跨海大橋的無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐

容靜寶　曾哲君

【摘 要】通過分析總結(jié)跨海大橋場景下無線覆蓋的困難點，以廣東南澳大橋的實踐案例為基礎，針對性地提出了適合跨海大橋場景的無線覆蓋多網(wǎng)協(xié)同方案，并對實踐方案的創(chuàng)新點和實踐效益進行分析，指明了跨海大橋無線多網(wǎng)覆蓋方案的應用前景。

【關鍵詞】無線覆蓋 多網(wǎng)協(xié)同 跨海大橋場景

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.06.004 中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2016）06-0017-04

引用格式：容靜寶，曾哲君. 跨海大橋的無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐[J]. 移動通信， 2016，40（6）： 17-20.

1 引言

我國大小海灣和島嶼數(shù)量眾多，而大陸與島嶼之間、大陸與大陸之間跨海灣的聯(lián)系都需要架設橋梁。目前我國的跨海大橋主要是國內(nèi)地區(qū)間跨海灣或海峽的高速通道，而面積在10km2以上的海灣達150余個，顯然我國對跨海高速通道的建設有龐大的需求。

在跨海大橋上搭建的通信網(wǎng)絡既是跨海大橋的配套工程，也是通信運營商完善網(wǎng)絡覆蓋的必然要求。穩(wěn)定流暢的通信網(wǎng)絡不僅是橋梁用戶的需求，而且是橋梁管理方履行管理職責的必備條件。然而，由于跨海大橋所處的特殊環(huán)境，與跨海大橋的建設類似，通信網(wǎng)絡建設特別是無線覆蓋建設，也是困難重重的。

2 跨海大橋場景無線覆蓋的難點

跨海大橋這類橋梁與一般橋梁相比，建設難度大、周期長且對技術要求較高，是頂尖橋梁技術的體現(xiàn)。因此，跨海大橋一般都具有以下特點：

（1）橋梁長度長且大部分路段在海上，橋梁全長一般在20km以上，跨海部分一般達10～30km；

（2）具有強抗風能力，需承受包括海風、臺風等強風力；

（3）具有強抗腐蝕性，橋梁所處環(huán)境的鹽分高，對金屬構件等有很高的抗腐蝕要求；

（4）橋面較寬，達30～40m；

（5）為了增加橋梁跨度、方便使用和美觀等要求，橋梁通常具有一定上下起伏的坡度，同時會采用曲線設計；

（6）橋面的設計車速和實際車速均較高，一般達100～120km/h。

上述特點決定了在跨海大橋上進行無線覆蓋建設的高要求，也增加了建設方案的制定難度。根據(jù)現(xiàn)有建設經(jīng)驗和跨海大橋的特點，無線覆蓋建設主要有以下三大難點。

2.1 難點一：海面臺風及強腐蝕環(huán)境的特殊要求

跨海大橋一般地處風場，橋面常年刮4至5級大風，大概有半年時間刮6級以上的大風。每年臺風來臨時風力更會大增，且具有極大的破壞作用，普通的抱桿在這種情況下很容易被刮飛，抱桿上的通信設備更是會遭到毀滅性的破壞。

另外，通信設備和配套固定件幾乎全是金屬構件，而且不少部件是精密電子產(chǎn)品，高鹽度的環(huán)境對設備的腐蝕破壞是非常嚴重的，從而增加了通信設備的損壞率，在影響通信質(zhì)量的同時也增加了維護成本。

2.2 難點二：傳播環(huán)境的特殊要求

跨海大橋上的無線覆蓋主要依靠無線電波的傳播，其傳播路徑與一般的傳播環(huán)境不同，主要是通過空氣傳播的直射波和經(jīng)過海面反射的反射波，還需要考慮地球曲率將對信號傳播產(chǎn)生影響。此外，跨海大橋的設計形狀和坡度等均增加了無線電波傳播的復雜性，從而增加了干擾。綜合各種因素的影響，將為橋上無線網(wǎng)絡的覆蓋好壞和穩(wěn)定性帶來更大的挑戰(zhàn)。

2.3 難點三：終端高速移動的特殊要求

在跨海大橋上，用戶終端都是位于高速運行的車內(nèi)，最高時速可達100～120km/h。終端處于高速移動狀態(tài)會對信號接收造成影響，且金屬車殼也對信號造成損耗。由于跨海大橋的長度很長，海上段的無線覆蓋又只能依靠橋上的無線基站設備，因此通信基站數(shù)量會相應增加，終端的高速移動會造成服務小區(qū)間的快速切換。

在終端空閑狀態(tài)下，到達小區(qū)的邊緣如果不能很快重選到目標小區(qū)的話，此時服務小區(qū)信號強度比較差，容易引起脫網(wǎng)或者起呼失敗；而正在使用業(yè)務的用戶在服務小區(qū)的邊緣如果不能很快切換到目標小區(qū)的話，容易引起誤碼率升高而導致掉話。因此，終端的高速移動對無線網(wǎng)絡的覆蓋方案提出了挑戰(zhàn)。

3 南澳大橋的無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐

南澳大橋位于廣東省汕頭市，連接汕頭市澄海區(qū)和南澳島。南澳大橋是目前廣東省已建成的最長跨海大橋，也是省內(nèi)第一座真正跨外海、連通大陸與島嶼之間的大橋。大橋起于澄海萊蕪圍，終于南澳長山尾苦路坪，接環(huán)島公路，路線長約11.08km，其中橋梁全長9341m，連接線全長1739m，路基寬度12m，橋梁凈寬11m。為避免較長的直行路段，大橋在海面上拐了個大彎，從空中鳥瞰，平面上略呈“∩”形跨越南海。從縱面上看，大橋也并不是一條水平線，而是上下起伏，在南北航道的主橋處呈拱形，使大橋具有了起伏跌宕的立面形狀。

在南澳大橋的無線多網(wǎng)覆蓋方案中采用了領先的設備和工藝，創(chuàng)新規(guī)劃設計和組網(wǎng)方案不斷挑戰(zhàn)極限，成功實現(xiàn)了GSM、TD-LTE網(wǎng)絡的無縫覆蓋。在滿足各種無線業(yè)務需求的同時，還能滿足橋面日常管理、應急事故等通信調(diào)度需求。

與國內(nèi)其他已建成的跨海大橋相比，其無線多網(wǎng)覆蓋方案是領先的，如杭州灣跨海大橋的無線覆蓋方案是采用基站設備放置在橋廂內(nèi)的建設方案，該方案需要在海面上進行槽道的制作、線纜的布放、設備的運送和安裝等挑戰(zhàn)安全高難度的建設工作。與其相比，南澳大橋上的無線多網(wǎng)覆蓋方案就有不少創(chuàng)新實踐設計。

3.1 創(chuàng)新點一：通信設備的抗風和抗腐設計

在通信設備方面，選用天線及RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠單元）一體化的設備。設備尺寸小，體積約為8～12dm3，最小迎風面積為240cm2，其重量適中，約為10～12kg，設備的防塵和防水保護級別達IP65，因此該設備既能減少風阻以滿足抗風要求，也能忽略其對橋體荷載的影響，極大地增加了其安裝位置的靈活性和美觀性。同時，該設備采用致密鍍鋅等反腐處理，適合海面高鹽堿度的工作環(huán)境。

在通信配套構件方面，為了配合設備安裝和無線多網(wǎng)覆蓋方案設計的需要，采用0.8m超短抱桿設計。抱桿及所有構件均為Q235B鋼，均采用熱浸鋅防腐，鍍鋅量不少于700g/m2，所有焊縫均采用雙面焊，焊縫高度不小于6mm，抱桿的設計抗風壓為1.6kN/m2（風速約為50m/s）。

3.2 創(chuàng)新點二：通信設備的安全美觀設計

在通信設備方面，南澳大橋的無線多網(wǎng)覆蓋方案是將基站的一體化設備沿橋向布置，利用橋邊護墩上預留的地腳螺栓固定超短抱桿，因此設備安裝極大地減少了高空或海上作業(yè)，施工過程的安全系數(shù)較高，設備的安裝位置也整齊劃一，既不會影響大橋的外觀，也不會影響橋上的視野。

在通信配套線纜和取電方面，由于事前和大橋設計方的溝通，所以大橋預留了線纜管道，免除了在橋下或橋邊建設槽道的作業(yè)。基站設備是利用大橋均勻分布在橋面的9個變電站進行引電，同時各類線纜均充分利用大橋原有預留管道分別進行隱蔽走線，這樣既美觀又能減少高空或海上作業(yè)的危險，還能利用橋身的鋼筋混凝土構件保護線纜，對抗海面特殊的風場及鹽霧條件。

3.3 創(chuàng)新點三：針對跨海大橋的創(chuàng)新通信組網(wǎng)

方式及設計

為了解決跨海大橋橋面無線傳播環(huán)境復雜及車輛高速運動產(chǎn)生的問題，南澳大橋的無線多網(wǎng)覆蓋方案采用創(chuàng)新的組網(wǎng)方式及小區(qū)合并等技術。

在大橋兩端近岸段，采用高增益天線和高功率射頻設備的組網(wǎng)方式，關鍵是在大橋的跨海段沿橋向設置發(fā)射點，一共設置了24個發(fā)射點。其中，LTE發(fā)射點是14個，發(fā)射點之間的間隔為510m；GSM發(fā)射點是10個，發(fā)射點之間的間隔為570m，基本滿足橋面的覆蓋要求。

一般情況下，通信發(fā)射點多，服務小區(qū)的數(shù)量也要相應增加。為了減少終端高速移動產(chǎn)生小區(qū)間的頻繁切換問題，南澳大橋的無線多網(wǎng)覆蓋方案是利用小區(qū)合并技術（宏分集）通過將同系統(tǒng)且相鄰的多個RRU的智能天線合并成一個小區(qū)。LTE及GSM系統(tǒng)的同一個BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）下面的所有小區(qū)都做合并，因此不需要預留切換帶，即使終端在橋面高速移動也不會出現(xiàn)頻繁切換的問題，無線通信質(zhì)量的穩(wěn)定性會更好。小區(qū)合并技術示意圖如圖1所示：

4 實踐效益和未來前景

通過南澳大橋的無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐，驗證了借助完整的無線多網(wǎng)覆蓋方案規(guī)劃設計和多種新技術的綜合運用，在跨海大橋上進行無線覆蓋的難點是可以克服的。上述方案可實施性強，具有極強的示范效應和推廣價值。此外，在南澳大橋無線多網(wǎng)覆蓋項目建設和測試過程中積累的大量工程管理經(jīng)驗，也可為其他地區(qū)跨海大橋無線建設提供參考和借鑒。

從南澳大橋的無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐可以發(fā)現(xiàn)，該實踐既可以帶來可觀的經(jīng)濟效益，也有非常重要的社會效益。

4.1 經(jīng)濟效益

跨海大橋無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐不僅滿足了跨海大橋橋面的語音、高速率數(shù)據(jù)等業(yè)務需求，也滿足了大橋的日常管理及應急處理的需求，這都為移動通信運營商帶來了直接經(jīng)濟效益。實踐方案充分利用跨海大橋本身的系統(tǒng)及管道等資源進行方案設計，既減少了投資成本和工程建設的管理難度，也增加了工程建設的安全系數(shù)，具有較明顯的間接經(jīng)濟效益。

4.2 社會效益

跨海大橋極大地促進了包括旅游業(yè)、休閑度假、商務會議、物流交通等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這些產(chǎn)業(yè)也離不開無線通信的配套支持，跨海大橋無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐和跨海大橋一樣能起到廣泛的社會產(chǎn)業(yè)效益。跨海大橋無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐在遇到臺風、交通事故等緊急情況下，為應急處理提供前提條件及通信保障，是跨海大橋綜合應急管理系統(tǒng)的重要組成部分，承擔起重要的社會責任。

4.3 未來前景

目前，國內(nèi)比較重要的在建跨海大橋項目有廣西龍門跨海大橋、泉州灣跨海大橋、港珠澳大橋等，還有規(guī)劃中的瓊州海峽跨海大橋（粵海大橋）和臺灣海峽跨海大橋（臺海大橋）。根據(jù)上述跨海大橋的無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐，運營商應借助政府力量在跨海大橋的設計建設階段提前介入，才能最大程度地發(fā)揮方案的經(jīng)濟效益和社會效益，如固定設備的預留地腳螺栓、方便線纜鋪設預留管道、平衡分布的供電站等，都需要在跨海大橋的設計建設階段予以考慮。

港珠澳大橋作為世界上最長的六線行車沉管隧道及世界上跨海距離最長的橋隧組合公路，其氣候地域條件和南澳大橋相近，可充分利用南澳大橋無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新實踐的經(jīng)驗，再結(jié)合自身的設計建設和周圍環(huán)境的特點進行無線多網(wǎng)覆蓋方案設計。

5 結(jié)束語

由于跨海大橋的建設存在眾多困難，因此在該場景下進行無線多網(wǎng)覆蓋也成為無線通信的一個難點?；诖?，本文針對跨海大橋場景下無線覆蓋的三大困難點，詳細闡述了廣東南澳大橋的無線多網(wǎng)覆蓋創(chuàng)新設計，所提出的適合跨海大橋場景的無線覆蓋多網(wǎng)協(xié)同方案具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。同時，隨著越來越多跨海大橋的建成，無線多網(wǎng)覆蓋的創(chuàng)新研究也會得到進一步發(fā)展。

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作者簡介

容靜寶：經(jīng)濟師，雙專業(yè)學士畢業(yè)于華南理工大學，現(xiàn)任職于中睿通信規(guī)劃設計有限公司，主要研究方向為無線網(wǎng)絡建設和設計規(guī)劃、無線網(wǎng)絡仿真等。

曾哲君：工程師，PMP，工程碩士畢業(yè)于北京郵電大學，現(xiàn)任中睿通信規(guī)劃設計有限公司無線網(wǎng)絡設計院院長助理，長期從事無線通信網(wǎng)絡規(guī)劃咨詢和工程設計工作。