長株潭城際鐵路公網覆蓋工程建設共建共享模式分析

劉建宇

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長株潭城際鐵路公網覆蓋工程建設共建共享模式分析

劉建宇

中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063

結合目前飛速發展的高鐵、城鐵等建設情況，以長株潭城際鐵路的公網覆蓋工程為例，就中國鐵塔成立后的公網覆蓋共建共享問題進行了研究，并從技術和實施的角度提出了解決方案。

城際鐵路；POI；窄波束高增益寬頻天線；共建共享

引言

目前，我國存在著中國移動、中國電信、中國聯通三家移動運營商。為更好地擴大自身利益，各運營商均進行了大量的移動通信基礎設施建設，其中絕大部分為自建自用，產生了極為嚴重的資源浪費。這個問題隨著2014年中國鐵塔公司的成立得到有效緩解，但如何深度利用現有基礎資源，全面實行共建共享仍然是困擾中國鐵塔乃至各運營商的重要課題。本文以長株潭城鐵公網建設為例，針對共建共享的優劣勢、共建共享過程中需要解決的技術難點以及如何全面共享鐵路資源等問題進行深入分析，希望為今后的鐵路重點項目的共建共享建設起到借鑒參考意義。

1 長株潭城際鐵路公網建設概況

長株潭城際鐵路地處長株潭城市群中心地帶，是湖南省“3+5”城市群城際軌道交通網的重要組成部分和“核心”線路。該線路不僅承擔城市之間的城際客流，而且還承擔城市內的出行客流，具有城際和城市軌道交通的雙重功能，體現“內軌外際”功能特征。對建設長株潭城市群兩型社會、帶動全省經濟發展有著重要意義。長株潭城鐵列車設計行車速度200?km/h，全線共設22個車站，隧道25座，隧道總長度35.95 km，橋隧比為79.12%。

長株潭城鐵是中國鐵塔成立后第一條城際鐵路通信覆蓋建設項目。三家運營商均對此線路的通信覆蓋提出了建設要求，所需建設的通信系統多達9套。中國鐵塔股份有限公司湖南省分公司采用一次建成、各家運營商共享的建設模式，避免了重復建設，從而達到節能減排和節約投資的目的。本工程GSM系統和WCDMA系統采用上下行分路建設方案，其他通信系統采用雙路天饋系統建設方案。車站內建設雙天饋系統，隧道內建設雙漏纜，4G網絡覆蓋區域內實現MIMO技術。車站站廳層、設備層和站臺層根據信源功率情況實施分層覆蓋，將切換點設置在上下樓梯間，另站臺層分出一路信號饋入隧道內泄漏電纜，以確保站臺層與隧道的銜接覆蓋。隧道部分根據鏈路預算結果，并結合車站間隧道長度和隧道內洞室分布情況，在隧道洞室增加信源設備，并采用POI設備合路接入漏纜完成覆蓋[1]。

2 長株潭城際鐵路建設的難點及解決方案

長株潭城鐵公網通信覆蓋工程屬于大型共建共享項目，所需建設的通信系統多達9套。如何克服運營商不同系統間的干擾以及滿足運營商不同系統的覆蓋指標要求，成功實現運營商多系統合一建設的目標，是工程建設的首要目的。在此基礎上，長株潭城鐵內軌外際、高速高穿透損耗等特征，導致多普勒頻移、重疊覆蓋區規劃、突發型信令風暴、切換場景復雜等問題極為突出。針對以上種種困難，我們可以采用頻偏補償、地上地下協同規劃、同小區技術、低頻透傳POI和窄波束高增益寬頻天線等技術方案解決以上問題。但受限于文章篇幅，本文僅關注與共建共享相關的低頻透傳POI和窄波束高增益寬頻天線的技術方案[2]。

2.1 低頻透傳POI

POI為Point OF Interface的縮寫，即多系統合路平臺。該系統運用頻率合路器與電橋合路器對多個運營商、多種制式的移動信號合路后引入天饋分布系統，達到充分利用資源、節省投資的目的。由于運營商GSM、CDMA等低頻系統與WCDMA、LTE等高頻系統在鏈路預算中覆蓋范圍不一致，容易出現高頻系統功率受限而低頻系統功率富裕情況，從而導致覆蓋不平衡的問題。為解決該問題，長株潭城鐵公網引入低頻透傳POI，將CDMA800M和GSM900M低頻信號透傳，從而節省低頻系統信源，確保切換重疊區[3]。低頻透傳POI原理圖如圖1所示。

圖1 頻透傳POI原理圖

低頻透傳POI主要原理是通過定制三路濾波器，將低頻信號（720～960 MHz）在ANT1和ANT2之間透傳至泄漏電纜上，從而滿足節省低頻信源的需求。在長株潭城鐵公網項目中，通過采用低頻透傳POI技術，節省投資約530萬元。

2.2 窄波束高增益寬頻天線

針對建在城鐵隧道口用于保證隧道口正常切換的覆蓋天線，基于以下理由考慮。

（1）城鐵線路基本平直，覆蓋目標明確。

（2）原有大網基站的分布容易造成城鐵線路的短切換帶，影響切換性能。

（3）新建基站位置從入射角方面考慮，需與線路保持一定的垂直距離，但因此也增加了路徑損耗。

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（4）受投資資金、對現網的影響及城鐵沿線地形復雜等多方面因素的影響，新建基站理想位置選取困難，部分基站覆蓋不理想。

（5）城鐵GSM-R鐵塔原有負荷很難支撐三家運營商六面天線的安裝需求，容易影響行車安全，改造投資過大。

鑒于此，長株潭城鐵項目選取窄波束高增益寬頻天線，即半功率角為30°，增益為21 dBi，其中低頻天線工作頻率為820～960?MHz，用于接入電信CDMA和移動GSM通信系統，高頻天線工作頻率為1710～2400?MHz，用于接入聯通WCDMA和三家運營商LTE通信系統。采用此天線既可以增大覆蓋范圍，減少天線面數，降低新建基站投資，又可以對部分弱覆蓋區域進行補充，避免頻繁切換降低網絡整體性能。在長株潭城鐵公網項目中，通過采用窄波束高增益寬頻天線技術，節省投資約390萬元。

3 運營商共建共享優劣勢分析

2014年中國鐵塔公司成立后，通信工程建設主要分為運營商自建和委托鐵塔公司統建兩種情況。本文將以長株潭城鐵公網覆蓋工程為例對以上兩種方案進行對比分析[4]。

3.1 運營商自建方案

各運營商單獨規劃，自建信源、漏纜、天線、電源等設備。

3.1.1 優點

3.1.2 缺點

工程建設一次性投資巨大，受城鐵特殊環境制約，機房、洞室、鐵塔等通信基礎資源極為有限，工程實施難度較大，與國家共建共享、節能減排的基本政策相違背。

表1 運營商自建與鐵塔公司統建投資對比

3.2 鐵塔公司統建方案

鐵塔公司統籌規劃，建設除信源以外的漏纜、天線、電源等設備。

3.2.1 優點

可節省大量工程投資，最大限度利用城鐵極為有限的機房、洞室、鐵塔等通信基礎資源，符合國家共建共享、節能減排的基本政策，節省大量資源。

3.2.2 缺點

增加了如POI等合分路設備帶來的插入損耗，降低了覆蓋距離及覆蓋場強，各運營商自有系統的網絡指標較難控制。

3.3 方案分析

建設投資對比分析見表1。

從表1可看出，采用鐵塔公司統建方案時可節省投資2 377萬元，雖然統建方案將減少覆蓋范圍和降低覆蓋場強，同時在建設和維護方面帶來一定的不便，網絡指標控制的難度也進一步增大，但考慮到統建方案符合國家共建共享、節能減排的基本國策，且極大地節省了建設投資等方面，最終長株潭城鐵公網建設采用統建方案[5]。

4 長株潭城鐵共建共享實施簡況

2014年中國鐵塔成立后，三家運營商以工信部聯通〔2014〕586號文為依據委托鐵塔公司統籌代為建設長株潭城鐵公網項目。三家運營商共需覆蓋9套通信系統。鐵塔公司在接受運營商建設委托后，為確保整體項目建設“同步設計、同步施工、同步驗收、同步交付、同步維護”五同步，在項目立項之初就確定了由鐵塔公司牽頭建設、中鐵第四勘察設計院集團有限公司設計施工總承包的鐵路通信公網工程管理模式，并與鐵路相關業主簽訂了資源租賃、安全以及運維等方面的合作協議。

通過中鐵第四勘察設計院作為長株潭城鐵總體設計院的技術優勢，在保證安全可靠的前提下，對機房、洞室、電源、鐵塔、隧道掛壁等鐵塔基礎通信資源進行了摸底勘察，并結合運營商鐵路紅線外現有資源出具了初步建設方案。方案中提到由于長株潭城鐵建設前期未考慮公網覆蓋需求，目前存在部分洞室空間不足、原有鐵路通信鐵塔需改造以及部分隧道口無通信鐵塔等問題。經過鐵塔公司組織的多方論證和多次現場勘察，針對部分洞室空間不足的問題，在滿足消防要求及鐵路安全規范的前提下，對洞室空間進行增容處理；針對地下車站室分系統的設備用房問題，也通過總包方鐵四院的總體設計對車站房屋進行了優化調整，分割出了公網機房的獨立空間；針對原有鐵路通信鐵塔改造問題，由原鐵塔設計單位出具改造設計，原施工單位進行改造施工；針對部分隧道口無通信鐵塔的問題，如紅線外新建鐵塔滿足運營商覆蓋需求的，由鐵塔公司在紅線外按通信鐵塔標準進行新建，如紅線外不能滿足運營商覆蓋需求的，經長株潭城鐵公司同意，在符合鐵路安全規范的前提下，按照鐵路鐵塔標準進行新建。

在已建成的長株潭城際鐵路通信公網中，共建共享分為運營商和城鐵專網兩部分。城鐵專網部分為：共享專網機房外墻21處、使用專網鐵塔22座；紅線內新建機房5處、桿塔14座；共享鐵路隧道壁32公里、鐵路洞室和橫通道21處、車站機房11間、弱電槽道31?km、電力槽道21?km；引接公網電力回路22處。運營商部分為：共建共享POI設備216套、電力電纜28.615?km、漏纜67.18?km、光纜60.615?km。通過以上資源的共建共享，共計節省投資約5?400萬元左右，縮短工期約半年以上。

后期實測顯示，長株潭城鐵沿線4G網絡覆蓋率達99.37%，平均下載速率可達35.23 Mbit/s，列車上語音通話接通率在99.48%以上，掉線率在0.32%以下。全部滿足三家運營商的網絡指標要求。

由此可見，在運營商共建共享的基礎上，考慮到建設工期、工程投資、覆蓋指標等多方面影響，工程應盡早對鐵路機房、洞室、電源、鐵塔、隧道掛壁等基礎通信資源進行摸排，同時力爭得到鐵路業主的支持與理解，前期就與業主達成相關合作協議。在工程設計和建設過程中務必滿足鐵路相關規范要求和安全行車要求，掌握鐵路項目總體建設進度，加強與業主的溝通了解，最終實現公網與鐵路工程“五同步”，詮釋共享價值，拓展建設空間。

5 結束語

隨著中國鐵塔公司的成立，在強調節能減排、投資可控的今天，共建共享已經是各大運營商網絡建設的一種必然趨勢。但受限于鐵路的特殊環境，如何在此環境下全面推進共建共享，以及共建共享過程中如何確保運營商效益等問題勢必對運營商在鐵路公網建設過程中造成較大的困擾。本文以長株潭城鐵公網建設為例，希望起到拋磚引玉的作用，為全面推進鐵路公網共建共享工作盡一份綿薄之力。

[1]陸冰松，孫向前，郭琳，等. 行業標準《電信基礎設施共建共享技術要求》解析[Z]. 2010．

[2]王澤文. 關于鐵塔等通信基礎設施共建共享的幾點思考及建議[J]. 信息通信，2017（7）：238-240．

[3]余文才. 論析移動通信系統的抗干擾措施[J]. 廣東科技，2008（8）：72-73．

[4]吳海敏. 電信基礎設施共建共享模式的探索與實踐研究[J]. 數字化用戶，2017（37）：84．

[5]李童. 通信網絡共建共享建議及成本效益研究[D].北京：北京郵電大學，2012．

Analysis on the Co-Construction and Co-Sharing Mode of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Inter-City Railway Public Network Coverage Project Construction

Liu Jianyu

China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Hubei Wuhan 430063

Combined with the current rapid development of high-speed rail and urban railway construction, taking the public network coverage project of the Changsha-Zhuzhou-Xiangtan intercity railway as an example, the paper studies co-construction and co-sharing problem of the public network coverage after the the establishment of the China Railway Tower and put forward solution from the perspective of technology and implementation.

intercity railway; POI; narrow beam high gain broadband antenna; co-construction and co-sharing

U285.5

A

劉建宇（1973—），男，高級工程師，2014年畢業于華中科技大學工商管理專業，工商管理碩士，主要從事鐵路通信方面的研究工作，E-mail：ljywh@126.com。