5G高铁无线网建设关键技术与解决方案研究

5G高铁无线网建设关键技术与解决方案研究

摘要：近十年来，我国高速铁路和通信网络都在飞速发展，高速铁路网的建成，为大众提供了一种极为便利的出行通道，而如何为乘坐高铁出行的公众提供良好

的移动通信服务是移动、联通、电信三大运营商以及铁塔公司的重要课题。我国

国土面积大，地形复杂，世界上拥有的地形地貌基本上中国都有，在中国东西南

北纵深5000km的广袤大地上，高铁线跨越了各种地形、地貌和气候特征，而不

同的地形对移动通信网络建设方式的要求有所不同，在此背景下，研究复杂地形

环境中如何建设移动通信站址则非常重要。

关键词：5G高铁无线网建设；关键技术；解决方案研究

引言

高铁已成为中国人生活的一部分，5G时代为高铁用户提供高质量的移动通信网络非常重要。首先分析了进入5G时代后，高铁建设面临的诸多技术挑战，并在此基础上从5G高铁组

网关键技术、设备选型、传输资源需求分析等角度进行技术分析并提出解决方案，最后根据

5G网络建设需求提出多场景网络建设方案。基于以上技术分析，结合各地实际网络的建设需求、建设场景，现网条件和投资额度等因素，可因地制宜、精准高效地制定5G高铁无线网

络建设方案。

1高铁建网面临的困难

由于铁路沿线无线环境复杂，同时随着列车不断提速，车体封闭性越来越好，高铁无线

网络的覆盖面临着更大的挑战。主要包括以下几个方面：（1）穿透损耗大。穿透损耗与车

体材质、入射角等因系有关。通常情况下，普通空调车的穿透损耗约10几分贝。而高铁列

车由于是全密封车体，屏蔽性能好，其穿透衰耗要比普通空调车高得多，达到20多分贝。（2）切换频繁。由于高铁列车高速移动，短时间内终端可能穿越多个RRU覆盖小区，从而

产生频繁的小区间切换。当列车穿越覆盖区的时间小于系统切换最小时延时，会引起切换失败，产生掉线，影响网络性能。为了提高切换成功率，需要合理设置重叠覆盖区长度，一方

面确保终端有足够的时间完成切换，另一方面也避免重叠覆盖区过长，影响基站的平均有效

覆盖铁轨长度。（3）多普勒效应影响。Doppler效应带来的多普勒频偏，会造成信号解调性

能严重下降，误比特率变大，给通信系统带来严重性能损耗。目主主要采用自动频率校正（AFC）技术来解决频率偏移的问题。（4）工程建设困难。与普通铁路一样，高铁线路无线

覆盖环境复杂，选址困难。针对不同的场景，需要采取各种最合理的覆盖方式来解决信号的

覆盖。同时，为了更好地解决铁路沿线的信号覆盖，不可避免地需要将部分站点设置在红线内。由此也导致工程设计、工程施工、工程协调等方面的困难增大。

2高铁建网规划要点

无线网络覆盖规划的目的是规划站点的合理分布位置，其中最重要的工作就是通过链路

预算，确定单站的覆盖半径。对于高铁覆盖，由于车体的穿透损耗对覆盖效果有巨大的影响，因而还需要重点设定信号掠射角的门限。根据相关测试数据，当掠射角越小，则列车的穿透

损耗越大。当掠射角小于15°时，平均穿透损耗与掠射角之间基本呈线性反比关系；当掠射

角小于15°时，它们的关系开始呈非线反比上升；当掠射角小于10°时，穿透损耗开始随着掠

射角的减小而快速变大。另外，由于前文提到的频繁切换问题，高铁覆盖还需设置合理的重

叠覆盖区域。根据不同系统的切换时长要求，按高铁上运营列车的最高时速测算重叠覆盖区

长度，避免切换失败影响网络质量。此外，为了减少切换量，还需要采用多RRU共小区技术，

将多个RRU设置成一个逻辑小区；还应避免将切换区设置在隧道口处，应当将覆盖隧道口的RRU与覆盖隧道内邻近的RRU设置成同小区。

3 5G高铁无线网建设关键技术与解决方案

3.1狭长地形

狭长的地形一般是由自然或人为形成的凹地形，两山山谷狭窄的山谷之间，专做“U”型的地形特点是狭窄的地堑，凹地形高速铁路典型场景，具有一定的方向性，高速铁路覆盖范围过窄外部信号的不便。地形的覆盖方式根据实际地理条件红线施工尽量使用红色线建设，红线外实际的地理特征的影响无法得到电力，考虑到红线内的传输资源，协调铁路建设，覆盖了高速铁路场景如下：①对地形的优势合理利用，采用BBURRU等手段实现良好的覆盖，沿着狭窄的山谷覆盖高速铁路应该合理利用地形的优势，采用BBURRU和其他设备，一般采用定向的方式实现的高速铁路线覆盖，SHO可放置BBURRU的评估，及相关设备如天线系统的位置和配套建设的要求，综合考虑施工、维护成本和设计难度，合理确定具体施工方案。

②“U”型地堑应采用分布式基站RRU级联网络高速铁路覆盖：“U”应该用在分布式基站RRU 地堑级联网络，通过线性铺设RRU、天线系统和其他设备，单部门的权力或定向高速铁路沿线的方式使用线性范围。

3.2桥梁

根据现场实际情况的廊桥桥梁建设可采取红色线为红线外施工，红线外实际的地理特征的影响无法得到电力，考虑到红线内的传输资源铁路建设协调，建议覆盖这种高速铁路场景模式如下：①RRU远距离和短距离范围：短距离铁路高架桥、跨江大桥覆盖弱、盲区（如隧道与隧道间的间隙），则建议使用RRU拉远的方式来实现对弱覆盖好，盲区；②利用合理的地形优势，使用RRU延长距离：长距离铁路高架桥覆盖弱、盲区，应合理利用地形优势，实现盲区弱覆盖的方式拉远；③高速铁路采用分布式基站覆盖范围：RRU级联铁路高架桥或长距离的河，桥在海覆盖弱，盲目的，由于地形限制，不适合于覆盖范围广，覆盖了沿桥的方式应该是分布式基站RRU级联，通过线性布RRU设备和天线系统，高速铁路线覆盖；④开放式桥梁与封闭式桥梁建设方式。

3.3设备成熟度及网络演进

2T主设备方面，2×100W主设备2019年可商用；受功放产业能力限制，2×160W设备商用进程慢，目前无明确路标。如果采用2×100W设备进行160MHz带宽组网，反向开启4G时需牺牲下行覆盖能力，发射功率下降2dB，较4G现网覆盖半径收缩13%左右；天线方面，业界已有支持2T160MHz、可实现900/1800/FA/2600共天面部署的宽频天线，技术较为成熟。后续需驱动该天线增益从17dB提高到20dB，才能与4G高增益天线性能相当。8T设备主设备和天线均需根据新的技术要求重新研发产品，产品开发周期为6~12月，目前主要的高铁主设备厂商和天线场景均已开发相关产品。

结语

虽然高铁覆盖已不是新鲜话题，各营商也相当重视高铁覆盖的网络建设，但是高铁的网络质量仍不尽如人意，特别是隧道内的覆盖，掉线、卡顿等现象仍不是小概率事件，大大影响用户的业务体验。随着VoLTE的全面推广应用，网络质量问题势必将更显突出。因此，在短期内，高铁覆盖仍应当是移动通信技术人员的工作重点这一，提升高铁覆盖的网络质量，服务广大旅客。

参考文献

[1]郭天科，干大成.山区丘陵TD-LTE高铁覆盖解决方案.通信与信息技术，2015（5）：66~69.