时速350公里京沪高铁的WCDMA网络覆盖建设策略

其中f d为接收端频率，发射端相对速度，θ
表1 WCMDA 2100M网络的最大多普勒频移
2.2 列车穿透损耗分析
高速铁路列车采用密闭箱体设计，车体对无线信号的穿透损耗较高，表2列举了国内几种高速铁路新型列车的车体穿透损耗值：
表2 国内高铁列车的车体穿透损耗值
注：以上数据供参考，实际数据与入射角、多径信号等多种因素有关。

图1是某设备商的测试结果。

由图可知，信号入射角越小，穿透损耗越大；当入射角在10°左右时，CRH列车的平均穿透损耗可达20dB～25dB。

图1 信号入射角与CRH列车的穿透损耗2.3 切换重叠区分析
图2 切换重叠区
WCDMA系统有两种状态的切换：通话和起呼。

分析不同状态下切换的具体流程，WCDMA成功完成切换的时间T大约为1.2s。

由图2可知，切换重叠区距离
L＝2T·v（2）其中v为列车行驶速度。

表3为不同时速下切换区域情况：
表3 不同时速下的切换区域
3 京沪高铁覆盖规划与设计目标
京沪高铁是国家规划的“四纵四横”快速客运网的“北京-上海”客运专线，全长1318公里，途经北京、天津、河北、山东、安徽、江苏和上海七个省市。

其中安徽段长为266公里，途经宿州、蚌埠和滁州三个地市，目前在建，计划于2011年6月通车。

京沪高铁设计时速350公里，最高可达380公里。

3.1 京沪高铁WCDMA网络建设目标
覆盖目标：全线95%以上的路段，W C D M A网R S C P 大于-95dBm。

全线达到语音业务和VP（视频通话）业务（CS64kbps）连续覆盖，并能提供高速率的分组数据
业务。

质量目标：全线接通率大于98%，掉话率小于1%，切换成功率大于98%。

工程目标：在保证网络服务的同时，做到建设成本最低、建设周期最短。

3.2 高铁覆盖基本参数取定
（1）列车穿透损耗
不同车型的火车车厢穿透损耗差异很大，车体损耗取值应按未来可能采用的车体类型考虑，以满足对全系列高速列车的覆盖要求。

在京沪高铁规划中，车体损耗取值25dB。

同时，在设计中尽量控制基站与铁路垂直距离，避免入射角过小而造成穿透损耗过大。

（2）小区切换时间
设计中为保证切换可靠性，按时速350km/h计，WCDMA系统切换时间为3s，即重叠区域L＝290m。

（3）多普勒频移
WCDMA制式标准允许的中心频率偏差为±800Hz，因此在时速350公里时，不会影响网络的正常运行。

3.3 基站覆盖半径的规划
根据不同业务在不同场景下上行链路预算的结果，计算覆盖半径如表4。

由此可看出，相同天面配置下，CS12.2kbps业务相对CS64kbps业务，其覆盖距离增加40％～60%左右。

4 高铁上不同3G业务对网络覆盖的要求
从链路预算结果看，不同业务所允许的最大路径损耗有所差异，CS12.2kbps和CS64kbps业务连续覆盖所允许的路径损耗相差约5dB，通过传播模型计算出的小区覆盖半径R也有所差异。

考虑到切换所需重叠覆盖区域，以及不同环境下的网络组网方式，可以计算出满足不同业务需求而需要设置的最小站距。

在城区环境下，采用65°天线蜂窝组网，站距D=1.5(R-L/2)；郊区环境下，考虑兼顾乡镇的覆盖，采用90°天线蜂窝组网，扇区夹角120°，站距D=1.73(R-L/2)，此时基站距铁路垂直距离建议500m～900m。

如果基站距离铁路较近（300m～500m），建议采用65°天线，扇区夹角150°左右，站距D=1.93(R-L/2)；如果是纯高铁覆盖，且不考虑兼顾乡镇的覆盖，可采用33°天线，基站距铁路垂直距离建议150m～300m，此时可以认为D≈29(R-L/2)。

表5为不同的业务需求情况下，基站的天线、站高、站距以及基站距铁轨垂直距离的典型参考值。

可见，在典型参数情况下，郊区基站考虑兼顾乡镇覆盖，如果保证V P业务连续，在挂高40m～50m 情况下，平均站距在2.5km～2.8km之间；如果是纯道路覆盖，采用高增益窄波束天线，站距可以做到3.4km～3.9km。

如果只保证语音业务连续，郊区基站考虑兼顾乡镇覆盖，在挂高40m～50m情况下，平均站距在3.9km～4.5km之间；如果是纯道路覆盖，采用高增益窄波束天线，站距可以做到5.6km～6.0km。

表4 不同业务不同场景下的覆盖半径
5 基站建设策略比较
京沪高铁安徽段全长266km，设计时速350公里，考虑满足不同业务需求，基站建设策略有两种：
（1）策略一：一步到位，按满足CS64kbps业务连续覆盖，并可提供高速数据业务来建设基站，基站平均站距2.7km；
（2）策略二：分阶段建设，先满足纯语音业务连续覆盖，基站平均站距4.2km；随着WCDMA用户增长和业务的发展，再考虑逐步增加基站，满足CS64kbps连续覆盖和全线提供高速数据业务的要求。

不同的建设策略在新增基站规模和投资规模以及建
设周期上，有较大差异，表6从覆盖
里程所需基站数（加10%余量）、可
利旧的基站配套数量（约30%基站可
现网共站建设）、设备和相关电源、
配套和传输等平均综合造价计算以及
投资额度等各个方面进行比较。

通过比较可知，如果采用一步到
位的建设策略，一次性配套建设规模
较大，比分步实施策略的高出一倍，
投资规模也高一倍，但可满足VP业务
的连续覆盖。

分步实施的建设策略只
能先提供语音业务的连续覆盖，在未
来几年逐步增加覆盖站点，极端情况下，按每2个基站之间增加1个基站计算，最终平均站距达到约2.1km。

分步实施的建设策略的优点主要是：一次性投入较少，建设工程量小。

未来的投资规模可根据业务发展逐步加大，投资效益比可控制。

6 京沪高铁覆盖策略及未来网络需求可能6.1 近两年高铁覆盖策略
根据上面的业务需求分析和覆盖策略比较，安徽联通制定了分阶段进行京沪高速铁路无线网络覆盖的建设策略。

（1）高速铁路建设阶段
此阶段根据施工开工情况，有选择地挑选规划站址完成GSM/WCDMA基站的建设，为施工人员提供语音和低速数据等移动通信业务。

此阶段建设的基站需参考全线基站规划和布置，在高铁施工完毕后，只需做简单调整即可作为高铁线覆盖基站，以保护前期投资不浪费。

（2）WCDMA业务发展前期
京沪高速铁路计划2011年中开通运营，参考WCDMA业务的发展，将高铁覆盖规划期2010～2012年定义为WCDMA业务发展前期。

安徽联通综合考虑业务需求和工程实施条件，制定
表5 不同业务需求下基站站距的典型值
表6 两种基站建设策略的比较
【作者简介】
王 磊：工程硕士毕业于安徽大学无线电技术专业，现就职于中国联通安徽省分公司，任移动网络建设部副总经理。

钟永新：博士毕业于浙江大学信息与通信工程专业，现任中国联通安
徽省分公司副总经理。

参考文献
[1]陈雄颖,苏华鸿. 高铁覆盖传播模型的探讨[J]. 邮电设计技术,2009(6).
[2]黄必鑫,杨孝最. WCDMA网络中的高速铁路规划策略[J]. 电信工程技术与标准化,2009(10).
[3]叶银法. WCDMA系统工程手册[M]. 北京: 机械工业出版社,2006.
[4]郭东亮. WCDMA规划设计手册[M]. 北京: 人民邮电出版社,2005. ★
了分步实施策略来实现京沪高铁的WCDMA网络覆盖，即在WCDMA业务发展前期，京沪高铁覆盖只满足WCDMA 语音业务连续覆盖的需求，同时全线提供WCDMA高速数据业务接入能力。

6.2 未来几年高铁覆盖策略
未来几年，在WCDMA业务发展中期，要根据业务实际发展的情况，有针对性地完善京沪高铁的覆盖。

（1）情况一：VP业务快速发展，数据业务快速发展VP业务对WCDMA网络覆盖有较高要求，为满足VP 连续覆盖的需求，参考前面的分析，需在WCDMA业务发展前期的基站规划基础上新增一定量WCDMA基站，将平均站距减小至2km。

在前期网络规划时，一并考虑未来需新增基站的站址选择，做好前期建设的基站和后续新增基站备选点的整体规划，实现“一次规划，分步实施”的建设策略。

新增基站后，除满足VP业务连续外，全线还能提供高速数据业务接入的能力。

（2）情况二：VP业务发展缓慢，高速数据业务快速发展
对于数据业务，对连续覆盖要求不高，但高速数据业务对下行覆盖链路有较高要求。

此种情况可采用增强基站发射功率改善下行链路，开通WCDMA第二载波作为数据业务专用频道等手段解决高速数据业务需求，而无需新增基站。

对合宁高铁进行的基站发射功率调整测试表明，基站发射功率由20w（43dB）提高到40w（46dB）后，高铁沿线下行覆盖明显改善，HSPA业务测试结果非常理想。

图3 基站发射功率与高铁沿线下行覆盖效果
7 结束语
我国高速铁路建设进入了蓬勃发展的新时期，通过分析不同3G业务对无线组网的不同需求，制定“一次规划、分步建设”的高速铁路覆盖方案，在目前投资压力较大、3G不同业务存在不同发展可能的情况下，不失为一种经济实用的组网方案。