跨海大桥的无线多网覆盖创新实践

2016-05-14容静宝曾哲君

移动通信 2016年6期

容静宝　曾哲君

【摘要】通过分析总结跨海大桥场景下无线覆盖的困难点，以广东南澳大桥的实践案例为基础，针对性地提出了适合跨海大桥场景的无线覆盖多网协同方案，并对实践方案的创新点和实践效益进行分析，指明了跨海大桥无线多网覆盖方案的应用前景。

【关键词】无线覆盖多网协同跨海大桥场景

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.06.004 中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2016）06-0017-04

引用格式：容静宝，曾哲君. 跨海大桥的无线多网覆盖创新实践[J]. 移动通信， 2016，40（6）： 17-20.

1 引言

我国大小海湾和岛屿数量众多，而大陆与岛屿之间、大陆与大陆之间跨海湾的联系都需要架设桥梁。目前我国的跨海大桥主要是国内地区间跨海湾或海峡的高速通道，而面积在10km2以上的海湾达150余个，显然我国对跨海高速通道的建设有庞大的需求。

在跨海大桥上搭建的通信网络既是跨海大桥的配套工程，也是通信运营商完善网络覆盖的必然要求。稳定流畅的通信网络不仅是桥梁用户的需求，而且是桥梁管理方履行管理职责的必备条件。然而，由于跨海大桥所处的特殊环境，与跨海大桥的建设类似，通信网络建设特别是无线覆盖建设，也是困难重重的。

2 跨海大桥场景无线覆盖的难点

跨海大桥这类桥梁与一般桥梁相比，建设难度大、周期长且对技术要求较高，是顶尖桥梁技术的体现。因此，跨海大桥一般都具有以下特点：

（1）桥梁长度长且大部分路段在海上，桥梁全长一般在20km以上，跨海部分一般达10～30km；

（2）具有强抗风能力，需承受包括海风、台风等强风力；

（3）具有强抗腐蚀性，桥梁所处环境的盐分高，对金属构件等有很高的抗腐蚀要求；

（4）桥面较宽，达30～40m；

（5）为了增加桥梁跨度、方便使用和美观等要求，桥梁通常具有一定上下起伏的坡度，同时会采用曲线设计；

（6）桥面的设计车速和实际车速均较高，一般达100～120km/h。

上述特点决定了在跨海大桥上进行无线覆盖建设的高要求，也增加了建设方案的制定难度。根据现有建设经验和跨海大桥的特点，无线覆盖建设主要有以下三大难点。

2.1 难点一：海面台风及强腐蚀环境的特殊要求

跨海大桥一般地处风场，桥面常年刮4至5级大风，大概有半年时间刮6级以上的大风。每年台风来临时风力更会大增，且具有极大的破坏作用，普通的抱杆在这种情况下很容易被刮飞，抱杆上的通信设备更是会遭到毁灭性的破坏。

另外，通信设备和配套固定件几乎全是金属构件，而且不少部件是精密电子产品，高盐度的环境对设备的腐蚀破坏是非常严重的，从而增加了通信设备的损坏率，在影响通信质量的同时也增加了维护成本。

2.2 难点二：传播环境的特殊要求

跨海大桥上的无线覆盖主要依靠无线电波的传播，其传播路径与一般的传播环境不同，主要是通过空气传播的直射波和经过海面反射的反射波，还需要考虑地球曲率将对信号传播产生影响。此外，跨海大桥的设计形状和坡度等均增加了无线电波传播的复杂性，从而增加了干扰。综合各种因素的影响，将为桥上无线网络的覆盖好坏和稳定性带来更大的挑战。

2.3 难点三：终端高速移动的特殊要求

在跨海大桥上，用户终端都是位于高速运行的车内，最高时速可达100～120km/h。终端处于高速移动状态会对信号接收造成影响，且金属车壳也对信号造成损耗。由于跨海大桥的长度很长，海上段的无线覆盖又只能依靠桥上的无线基站设备，因此通信基站数量会相应增加，终端的高速移动会造成服务小区间的快速切换。

在终端空闲状态下，到达小区的边缘如果不能很快重选到目标小区的话，此时服务小区信号强度比较差，容易引起脱网或者起呼失败；而正在使用业务的用户在服务小区的边缘如果不能很快切换到目标小区的话，容易引起误码率升高而导致掉话。因此，终端的高速移动对无线网络的覆盖方案提出了挑战。

3 南澳大桥的无线多网覆盖创新实践

南澳大桥位于广东省汕头市，连接汕头市澄海区和南澳岛。南澳大桥是目前广东省已建成的最长跨海大桥，也是省内第一座真正跨外海、连通大陆与岛屿之间的大桥。大桥起于澄海莱芜围，终于南澳长山尾苦路坪，接环岛公路，路线长约11.08km，其中桥梁全长9341m，连接线全长1739m，路基宽度12m，桥梁净宽11m。为避免较长的直行路段，大桥在海面上拐了个大弯，从空中鸟瞰，平面上略呈“∩”形跨越南海。从纵面上看，大桥也并不是一条水平线，而是上下起伏，在南北航道的主桥处呈拱形，使大桥具有了起伏跌宕的立面形状。

在南澳大桥的无线多网覆盖方案中采用了领先的设备和工艺，创新规划设计和组网方案不断挑战极限，成功实现了GSM、TD-LTE网络的无缝覆盖。在满足各种无线业务需求的同时，还能满足桥面日常管理、应急事故等通信调度需求。

与国内其他已建成的跨海大桥相比，其无线多网覆盖方案是领先的，如杭州湾跨海大桥的无线覆盖方案是采用基站设备放置在桥厢内的建设方案，该方案需要在海面上进行槽道的制作、线缆的布放、设备的运送和安装等挑战安全高难度的建设工作。与其相比，南澳大桥上的无线多网覆盖方案就有不少创新实践设计。

3.1 创新点一：通信设备的抗风和抗腐设计

在通信设备方面，选用天线及RRU（Radio Remote Unit，射频拉远单元）一体化的设备。设备尺寸小，体积约为8～12dm3，最小迎风面积为240cm2，其重量适中，约为10～12kg，设备的防尘和防水保护级别达IP65，因此该设备既能减少风阻以满足抗风要求，也能忽略其对桥体荷载的影响，极大地增加了其安装位置的灵活性和美观性。同时，该设备采用致密镀锌等反腐处理，适合海面高盐碱度的工作环境。

在通信配套构件方面，为了配合设备安装和无线多网覆盖方案设计的需要，采用0.8m超短抱杆设计。抱杆及所有构件均为Q235B钢，均采用热浸锌防腐，镀锌量不少于700g/m2，所有焊缝均采用双面焊，焊缝高度不小于6mm，抱杆的设计抗风压为1.6kN/m2（风速约为50m/s）。

3.2 创新点二：通信设备的安全美观设计

在通信设备方面，南澳大桥的无线多网覆盖方案是将基站的一体化设备沿桥向布置，利用桥边护墩上预留的地脚螺栓固定超短抱杆，因此设备安装极大地减少了高空或海上作业，施工过程的安全系数较高，设备的安装位置也整齐划一，既不会影响大桥的外观，也不会影响桥上的视野。

在通信配套线缆和取电方面，由于事前和大桥设计方的沟通，所以大桥预留了线缆管道，免除了在桥下或桥边建设槽道的作业。基站设备是利用大桥均匀分布在桥面的9个变电站进行引电，同时各类线缆均充分利用大桥原有预留管道分别进行隐蔽走线，这样既美观又能减少高空或海上作业的危险，还能利用桥身的钢筋混凝土构件保护线缆，对抗海面特殊的风场及盐雾条件。

3.3 创新点三：针对跨海大桥的创新通信组网

方式及设计

为了解决跨海大桥桥面无线传播环境复杂及车辆高速运动产生的问题，南澳大桥的无线多网覆盖方案采用创新的组网方式及小区合并等技术。

在大桥两端近岸段，采用高增益天线和高功率射频设备的组网方式，关键是在大桥的跨海段沿桥向设置发射点，一共设置了24个发射点。其中，LTE发射点是14个，发射点之间的间隔为510m；GSM发射点是10个，发射点之间的间隔为570m，基本满足桥面的覆盖要求。

一般情况下，通信发射点多，服务小区的数量也要相应增加。为了减少终端高速移动产生小区间的频繁切换问题，南澳大桥的无线多网覆盖方案是利用小区合并技术（宏分集）通过将同系统且相邻的多个RRU的智能天线合并成一个小区。LTE及GSM系统的同一个BBU（Building Base band Unit，基带处理单元）下面的所有小区都做合并，因此不需要预留切换带，即使终端在桥面高速移动也不会出现频繁切换的问题，无线通信质量的稳定性会更好。小区合并技术示意图如图1所示：

4 实践效益和未来前景

通过南澳大桥的无线多网覆盖创新实践，验证了借助完整的无线多网覆盖方案规划设计和多种新技术的综合运用，在跨海大桥上进行无线覆盖的难点是可以克服的。上述方案可实施性强，具有极强的示范效应和推广价值。此外，在南澳大桥无线多网覆盖项目建设和测试过程中积累的大量工程管理经验，也可为其他地区跨海大桥无线建设提供参考和借鉴。

从南澳大桥的无线多网覆盖创新实践可以发现，该实践既可以带来可观的经济效益，也有非常重要的社会效益。

4.1 经济效益

跨海大桥无线多网覆盖创新实践不仅满足了跨海大桥桥面的语音、高速率数据等业务需求，也满足了大桥的日常管理及应急处理的需求，这都为移动通信运营商带来了直接经济效益。实践方案充分利用跨海大桥本身的系统及管道等资源进行方案设计，既减少了投资成本和工程建设的管理难度，也增加了工程建设的安全系数，具有较明显的间接经济效益。

4.2 社会效益

跨海大桥极大地促进了包括旅游业、休闲度假、商务会议、物流交通等产业的发展，这些产业也离不开无线通信的配套支持，跨海大桥无线多网覆盖创新实践和跨海大桥一样能起到广泛的社会产业效益。跨海大桥无线多网覆盖创新实践在遇到台风、交通事故等紧急情况下，为应急处理提供前提条件及通信保障，是跨海大桥综合应急管理系统的重要组成部分，承担起重要的社会责任。

4.3 未来前景

目前，国内比较重要的在建跨海大桥项目有广西龙门跨海大桥、泉州湾跨海大桥、港珠澳大桥等，还有规划中的琼州海峡跨海大桥（粤海大桥）和台湾海峡跨海大桥（台海大桥）。根据上述跨海大桥的无线多网覆盖创新实践，运营商应借助政府力量在跨海大桥的设计建设阶段提前介入，才能最大程度地发挥方案的经济效益和社会效益，如固定设备的预留地脚螺栓、方便线缆铺设预留管道、平衡分布的供电站等，都需要在跨海大桥的设计建设阶段予以考虑。

港珠澳大桥作为世界上最长的六线行车沉管隧道及世界上跨海距离最长的桥隧组合公路，其气候地域条件和南澳大桥相近，可充分利用南澳大桥无线多网覆盖创新实践的经验，再结合自身的设计建设和周围环境的特点进行无线多网覆盖方案设计。

5 结束语

由于跨海大桥的建设存在众多困难，因此在该场景下进行无线多网覆盖也成为无线通信的一个难点。基于此，本文针对跨海大桥场景下无线覆盖的三大困难点，详细阐述了广东南澳大桥的无线多网覆盖创新设计，所提出的适合跨海大桥场景的无线覆盖多网协同方案具有明显的经济效益和社会效益。同时，随着越来越多跨海大桥的建成，无线多网覆盖的创新研究也会得到进一步发展。

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