长株潭城际铁路公网覆盖工程建设共建共享模式分析

刘建宇

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

摘要：文章结合目前飞速发展的高铁、城铁等建设情况，以长株潭城际铁路的公网覆盖工程为例，就中国铁塔成立后的公网覆盖共建共享问题进行了研究，并从技术和实施的角度提出了解决方案。

关键词：城际铁路；POI；窄波束高增益宽频天线；共建共享

中图分类号: U285.21    文献标识码: A    DOI:

Discussion on the Co-construction and Sharing Mode of Public Network Coverage Project Construction of Chang-Zhu-Tan Inter-city Railway

LIU Jian-yu

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

Abstract: Based on the rapid development of high-speed railway and inter-city railway, this paper takes the public network coverage project of Chang-Zhu-Tan inter-city railway for example, studies the co-construction and sharing mode of communication infrastructure after the establishment of China Tower, and proposes solutions in terms of technology and implementation.

Key words： inter-city railway, POI, narrow beam high gain broadband antenna, co-construction and sharing

1  引言

目前我国存在着移动、电信、联通三家移动运营商，为更好的扩大自身利益，各运营商均进行了大量移动通信基础设施的建设，其中绝大部分为自建自用，从而产生极为严重的资源浪费。该问题随着2014年中国铁塔公司的成立得到有效缓解，但如何深度利用现有基础资源，全面实行共建共享仍然是困扰中国铁塔乃至各运营商的重要课题。本文将以长株潭城铁公网建设为例，针对共建共享的优劣势，共建共享过程中需要解决的技术难点以及如何全面共享铁路资源等问题进行深入分析，希望为今后的铁路重点项目的共建共享建设起到借鉴参考意义。

2 长株潭城铁公网建设概况

长株潭城际铁路地处长株潭城市群中心地带，是湖南省“3+5”城市群城际轨道交通网的重要组成部分和“核心”线路。该线路不仅承担城市之间的城际客流，而且还承担城市内的出行客流，具有城际和城市轨道交通的双重功能，体现“内轨外际”功能特征。对建设长株潭城市群两型社会、带动全省经济发展有着重要意义。长株潭城铁列车设计行车速度200公里/小时，全线共设22个车站，隧道25座，隧道总长度35.95公里，桥隧比为79.12%。

长株潭城铁是中国铁塔成立后第一条城际铁路通信覆盖建设项目，三家运营商均对此线路的通信覆盖提出了建设要求，所需建设的通信系统多达9套。中国铁塔股份有限公司湖南省分公司采用一次建成、各家运营商共享的建设模式，有效避免了重复建设，从而达到节能减排和节约投资的目的。本工程GSM系统和WCDMA系统采用上下行分路建设方案，其他通信系统采用双路天馈系统建设方案。车站内建设双天馈系统，隧道内建设双漏缆，4G网络覆盖区域内实现MIMO技术。车站站厅层、设备层和站台层根据信源功率情况实施分层覆盖，将切换点设置在上下楼梯间，另站台层分出一路信号馈入隧道内泄漏电缆，以确保站台层与隧道的衔接覆盖。隧道部分根据链路预算结果，并结合车站间隧道长度，隧道内洞室分布情况，在隧道洞室增加信源设备，并采用POI设备合路接入漏缆完成覆盖。

3 长株潭城铁建设的难点及解决方案

长株潭城铁公网通信覆盖工程属于大型共建共享项目，所需建设的通信系统多达9套，如何克服运营商不同系统间的干扰以及满足运营商不同系统的覆盖指标要求，成功实现运营商多系统合一建设的目标，是工程建设的首要目的。在此基础上，长株潭城铁内轨外际、高速高穿透损耗等特征，导致多普勒频移、重叠覆盖区规划、突发型信令风暴、切换场景复杂等问题极为突出，针对以上种种困难，我们可采用频偏补偿、地上地下协同规划、同小区技术、低频透传POI和窄波束高增益宽频天线等技术方案用于解决以上问题，但受限于文章篇幅，本文仅关注与共建共享相关的低频透传POI和窄波束高增益宽频天线的技术方案。

3.1 低频透传POI

POI为POINT OF INTERFACE的缩写，即是多系统合路平台。该系统运用频率合路器与电桥合路器对多个运营商、多种制式的移动信号合路后引入天馈分布系统，达到充分利用资源、节省投资的目的。由于运营商GSM、CDMA等低频系统与WCDMA、LTE等高频系统在链路预算中覆盖范围不一致，容易出现高频系统功率受限而低频系统功率富裕情况，从而导致覆盖不平衡的问题。为解决该问题，长株潭城铁公网引入低频透传POI，将CDMA800M和GSM900M低频信号透传，从而节省低频系统信源，确保切换重叠区。低频透传POI原理图如下所示：

图1  低频透传POI原理图

低频透传POI主要原理是通过定制三路滤波器，将低频信号（720-960MHz）在ANT1和ANT2之间透传至泄漏电缆上，从而达到节省低频信源的需求。在长株潭城铁公网项目中，通过采用低频透传POI技术，节省投资约530万元。

3.2 窄波束高增益宽频天线

针对建在城铁隧道口用于保证隧道口正常切换的覆盖天线，基于以下理由考虑：

（1）城铁线路基本平直，覆盖目标明确；

（2）原有大网基站的分布容易造成城铁线路的短切换带，影响切换性能；

（3）新建基站位置从入射角方面考虑，需与线路保持一定的垂直距离，但因此也增加了路径损耗；

（4）受投资资金、对现网的影响及城铁沿线地形复杂等多方面因素的影响，新建基站理想位置选取困难，部分基站覆盖不理想。

（5）城铁GSM-R铁塔原有负荷很难支撑三家运营商六面天线的安装需求，容易影响行车安全，改造投资过大。

有鉴于此，长株潭城铁项目选取窄波束高增益宽频天线，即半功率角为30度，增益为21dBi，其中低频天线工作频率为820-960MHz，用于接入电信CDMA和移动GSM通信系统，高频天线工作频率为1710-2400 MHz，用于接入联通WCDMA和三家运营商LTE通信系统。采用此天线既可增大覆盖范围，减少天线面数，降低新建基站投资，同时也可对部分弱覆盖区域进行有效补充，避免频繁切换降低网络整体性能。在长株潭城铁公网项目中，通过采用窄波束高增益宽频天线技术，节省投资约390万元。

4 运营商共建共享优劣势分析

2014年中国铁塔公司成立后，通信工程建设主要分为运营商自建和委托铁塔公司统建两种情况，本文将以长株潭城铁公网覆盖工程为例对以上两种方案进行对比分析。

4.1 运营商自建方案

各运营商单独规划，自建信源、漏缆、天线、电源等设备。

优点：

避免了如POI等合分路设备带来的插入损耗，增大了覆盖距离及覆盖场强，更容易控制各运营商自有系统的网络指标。

缺点：

工程建设一次性投资巨大，受城铁特殊环境制约，机房、洞室、铁塔等通信基础资源极为有限，工程实施难度较大，与国家共建共享、节能减排的基本政策相违背。

4.2 铁塔公司统建方案

铁塔公司统筹规划，建设除信源以外的漏缆、天线、电源等设备。

优点：

可节省大量工程投资，最大限度利用城铁极为有限的机房、洞室、铁塔等通信基础资源，符合国家共建共享、节能减排的基本政策，节省大量资源。

缺点：

增加了如POI等合分路设备带来的插入损耗，降低了覆盖距离及覆盖场强，各运营商自有系统的网络指标较难控制。

4.3 方案分析

建设投资对比分析见下表：

表1  运营商自建与铁塔公司统建投资对比