高铁专网建设指导意见

高铁覆盖规划建设指导意见
一、总体概述
随着12月1日郑万高铁(河南段)、郑阜高铁、商合杭高铁(北段)同时正式开通运营，河南米字型高铁已初见端倪，形成了郑州出发的6条高铁线路及车站室内信号的全覆盖，覆盖总里程1839.8公里。

河南当前高铁建设及覆盖情况如图一所示：
图一 河南米字高铁及网络覆盖情况
二、高铁专网规划要求
根据行业标准《高速铁路设计规范（试行）》（TB 10621-2009 J971-2009）中定义，高速铁路定义为列车设计最高行车速度达到250km/h 及以上的铁路。

其中高铁列车运行速度在250km/h 以上，复兴号列车运行速度达350km/h 以上。

目前电信企业网络覆盖制式如下：
移动：1.8G 连续覆盖，同步考虑900M 双模G/L 。

电信：1.8G 连续覆盖，同步补点800M C/L 共模基站连续覆盖支持1X 语音；对于大网用户占用专网较多的，可根据容量和业务体验
序号现状
线路名称线路里程（KM）车站数（个）1
京广高铁51492徐兰高铁610123郑焦高铁10464郑万高铁350.8105郑合高铁212
86商合杭高
铁4921焦太高铁33.9222
郑济高铁
196.87
7
已开通高铁线路完成覆盖
在建高铁线路
保障需求，按需叠加扩容2.1G。

联通：对于新开通的高铁线路，采用UL2100 SDR设备进行高铁3G/4G网络覆盖。

2.1覆盖问题分析
由于高速铁路复杂性、特殊性以及网络覆盖频率高给高速铁路的覆盖带来巨大难题，具体如下：
（1）多普勒频移：高速移动的手机产生较大的多普勒频偏，频偏对通信性能有影响。

（2）车体穿透损耗：由于车体的高损耗，因此在铁路沿线信号覆盖电平设计时要有足够强的信号。

（3）软/同频硬/异频盲切换和导频污染：快速移动导致信号的快速衰落，需要快速切换到新的小区。

（4）覆盖目标区域地形多样：铁路呈线状分布，将经过平原、丘陵、山区等具有鲜明地貌特点的区域；其中还需要通过密集城区、隧道、高架铁路桥、凹陷的U形地堑等各类差异很大的地形区域。

2.2站址规划建议
针对高速状态下的无线网络覆盖问题，其不仅与网络制式相关，而且与站址选取更加密切，如站址的站轨距、站间距、塔型塔高等。

因此，合理规划站址至关重要。

高速铁路呈线状分布，经过城区、郊区、平原农村、丘陵、山区等具有鲜明地貌特点的区域，同时还需要通过城区车站、隧道、高架铁路桥等各类差异很大的地形区域，不同
的区域特点有不同的站间距要求及天线挂高要求。

（1）站间距建议
根据当前建网策略，移动需求站间距远小于电信和联通，满足移动需求，即能满足电信和联通需求。

D频段覆盖半径远小于F频段覆盖半径，根据覆盖半径计算如下表所示：
根据实测F频段高铁专网站间距建议最大控制在1.2km左右结论。

但结合目前电信企业在近期完成的新建高铁覆盖的站间距，建议新增高铁的专网覆盖站间距在400米左右。

（2）覆盖半径建议
当前LTE网络下，经过计算需满足200米的重叠覆盖区，因此有效覆盖半径控制在“站间距一半+100米”之外。

（3）站轨距及天线挂高建议
站轨距要求因各地区无线传播环境不同而不同，原则上覆盖高铁沿线基站的天线主瓣方向和高速铁路沿线夹角（掠射角）应大于10度。

因此，站轨距并不是越小越好，太近容易掠射角小于10，导致穿损过大，站轨距需要与覆盖半径相结合，覆盖半径越小，站轨距可设置越小。

对于站高需要综合考虑天线入射效果以及天线倾角可调范围，天线物理下倾建议不超过10度，站高过高会导致下倾太大，站高设计
需保证信号直射径能从列车玻璃穿透，减少信号从车顶穿透几率。

同一覆盖半径下，站轨距越小，相对站高（塔高高出轨道面高度）需求越低，因此在站间距需求确定后，掠射角设置大于10度减少穿透损耗，但同时尽可能降低站轨距，控制相对站高要求，节约建设成本。

根据相关测算方法，不同站距对应站轨矩及相对站高建议如下表所示：
从上表可看出，在选址时不能一味追求塔离铁塔越近约好，需要根据站间距来判断合理的站轨距，同时站轨距需满足高铁线路红线要求。

（4）网络拓扑结构
当前高铁场景下，最大可支持6个RRU进行小区合并，多个子站合并为一个小区，列车经过无需进行小区切换，提高性能，具体如下图所示：
单个小区设置一个BBU,BBU安装于某站机房中，目前根据地市建设情况，每个小区的中间站点建设机房或者机柜。

（5）站址整体布局
站址整体布局应结合工程条件优先将站点交错部署在铁路两侧，有利与信号的均匀分布，对于弯路区域，优先将站点设置在弯道内侧，便于对高速铁路沿线进行良好覆盖，具体下图所示：
不过这样的布局对于传输及电源建设带来较大挑战。

（6）5G站间距预判
5G时代提供了更多的设备形态选择（2T/4T/8T/16T/32T/64T等)，综合设备的网络性能、组网能力、网络演进、设备成熟度、工程量、
投资等多方面因素，选择八通道设备进行高铁专网建设。

5G高铁专网总体原则是沿用4G专网建设方式，实施以专有设备、专有组网技术、专有参数及功能为核心的“三专组网策略”，在站间距满足要求的情况下，网络结构与4G保持继承关系，原则上不新增基站。

5G高铁专网可能引入新覆盖技术，降低对站间距要求，当前部署未成熟。

（7）高铁专网覆盖站址规划建议
为减小多普勒频移的影响以及避免“塔下黑”问题，站点离铁路垂直距离建议在60米～150米（具体根据站间距需求确定）。

天线挂高应考虑铁轨高度，需高出铁轨至少10m～20m以上，保证天线与轨面视通。

（具体根据站间距需求确定）。

根据最近新建高铁专网覆盖经验，站间距可设置400米左右，站轨距可控制在60米～100米之间，相对站高6米到13米之间，考虑后续移动4G+5G需求，联通电信5G需求，联通电信各2个4G需求，共5层抱杆需求。

即额外新增4套需求，每层2米共8米。

建议相对站高调整到15米到20米之间（如轨道12米，车高4米，可新建40米塔高）。

根据以上需求，在专网站址规划中，需充分掌握高铁沿线存量站址资源条件，分析其可用性，在优先使用可用存量资源条件下，规划新建站址，减少建设投资。

三、新建塔桅与机房
3.1新建塔桅选型
高铁沿线铁塔的建设在满足客户覆盖需求前提下，可充分利用地理环境优势，降低塔身高度，节省建设成本。

根据业务推广需求，也可兼顾拓展新业务，在进行新建塔桅选型时，应考虑如下一些因素：（1）各场景塔型选型顺序建议
密集市区：外爬支架式单管塔>双轮/风帆插接景观塔>灯杆/花瓣插接景观塔>普通插接单管塔>三管塔
一般市区：外爬支架式单管塔>双轮/风帆插接景观塔>灯杆/花瓣插接景观塔>普通插接单管塔>三管塔
县城：外爬支架式单管塔>三管塔>双轮/风帆插接景观塔>普通插接式单管塔>灯杆/花瓣插接景观塔
乡镇：三管塔>外爬支架式单管塔>普通插接式单管塔
农村：三管塔>普通插接式单管塔
（2）风压选择
综合考虑运营商、投资、租金、关系，取定省内铁塔风压为0.45kN/㎡。

（3）平台间距选择
选用3米间距塔型。

（4）推荐塔型
考虑当前新建高铁建设场景更多在农村和郊区，塔型选择优先三管塔、单管塔及落地拉线塔（具备地形优势）。

在满足覆盖条件下，可以利用地形地势、电力塔等社会资源的，优先使用社会资源。

对于周边有公网覆盖需求的，选择图集中有平台的，每层抱杆数较多的塔型。

而站址周边明显无公网覆盖需求的，建议选用无平台，每层抱杆数较少的高铁专用塔，节省建设成本。

对于后续有拓展业务需求，尤其是广告业务，建议选择承载力较强的三管塔。

3.2新建机房选型
高铁专网站点分为3种类型，类型一：仅有高铁专网远端站点；类型二：同时有近端和远端站点，类型三：不仅有高铁专网设备，同时含有公网设备。

对于类型二级类型三优先选用土建砖混机房，提高基站配套的稳定性及安全性，机房面积优选15平方米，对于无法新建土建机房的，建议优选双柜和三柜的非金属机柜，满足足够后备时长需求。

对于类型一建议根据承接远端类型、数量选取单柜或双柜建设，土建预留双柜建设空间。

四、外电引入
高铁专网覆盖站址新建外市电引入项目必须全量采用直供电引入方式，且外市电引入需采用三类以上（含三类）市电供电（三类市电供电为引入供电线从一个电源引入一路供电线，平均每月停电次数不应大于 4.5 次，平均每次故障时间不应大于 8h）。

高铁专网覆盖站址由于优先铁轨两侧交叉布放，外电引入方式有较大局限性，选择外电引入方案时，应进行合理设计和配置，同时考虑后期运营商5G需求。

高铁站点优先从附近已有电业部门变压器单独引入直供电,提高稳定性，原则上不允许跨高铁、跨桥敷设。

对于条件不满足的站点，可考虑新建变压器，以子母站的形式进行小范围内的集中供电,或采用直流远供方式进行远程供电。

此种方式需提高相应设备的稳定性以及维护设备的容量提升。

运营商目前高铁只有4G网络需求，考虑到后期运营商5G网络建设，高铁覆盖新建站址外电引入和存量站址外电引入方案，应符合《中国铁塔股份有限公司河南省分公司2019年5G基站建设指导意见（暂行）》（以下称5G建设指导意见）中外电引入建设方案章节中的相关要求。

2.1子母站集中供电
供电方式：根据网络拓扑结构，将沿线基站以机房站为核心，将交流电向两边延展，建议一个母站，两个子站。

机房站为母站，母站引入变压器外电，并为下挂的子站交流供电。

母站与子站均配置梯次电池。

子站采用油机接口拉远至母站，保证小范围集中发电。

主备引入：若下挂子站外电满足压降要求，同时母站变压器可不同台区引入，则进行母站双路由保证。

子站到母站采用4*35 mm²线径铝芯电缆，母站到变压器采用4*50 mm²线径铝芯电缆。

为满足压降要
求，距离最远的子站到母站与母站到变压器的电缆长度之和不超过1.3Km。

（具体线缆根据实际需求设计）
特殊场景选取原则：
（1）山区、或上站不便地区配置专变和油机；
（2）部分压降不满足一带2的场景，酌情选择一带一。

若一带一仍不满足压降，则进行专变引入。

2.2直流远供方式
由于高铁覆盖站址距离相对较近，在交流引入困难情况下，可采用高压直流远供系统。

新建直流远供系统时，应充分评估组网方式对投资、后期扩容、维护等方面的影响，采用链式组网或发射型组网方式。

新建直接远供系统，采用“一拖一”或者“一拖二”的方式布局。

电缆导线介质可选用铜芯或铝芯，铜芯材质在等效电阻值及载流量情况下，电缆质量轻；铝芯材质在等线径情况下价格低，但是等效电阻值高。

电缆导线选取需要综合负荷需求、直流输送距离、建设方式、造价要求等多种因素，根据实际选取。

直流远供方式减少了远端机房的动力配套的投入，但其对于直流
远供的稳定性提出较高要求，避免远端断电。

四、总结
高铁专网建设涉及站址多，网络安全性要求高，且新建站址量巨大，建设条件复杂多变，给站址协调带来较大挑战，同时也带来了高额建设投资，因此高铁专网新建站址需满足日常项目管理审核要求，同时高铁专网规划需做到合理规划站址、严谨设计机房、配套、塔桅以及市电引入，确保严格按图实施，实现高质量、快交付。

五、附录：各指标计算明细
5.1 2019年新建专网站间距、站轨距及塔高调研
从地市的数据获悉，2019年开通的郑万和郑合高铁建设情况如下表所示：
新建高铁专网覆盖站间距控制在400米左右。

从河南高铁专网建设历程看，京广、郑西通过补点，站间距通过进一步缩小，新建高铁站点距控制在了400～450米之间，可以兼顾后续5G需求。

5.2 切换带计算方法
考虑单次切换时，重叠距离= 2* (电平迟滞对应距离+切换触发时间对应距离+切换执行距离。

合理的重叠覆盖区域规划是实现业务连续的基础，重叠覆盖区域过小会导致切换失败，过大会导致干扰增加，影响用户业务感知。

根据计算，4G重叠覆盖区距离需求如下表所示：
高铁小区间重叠覆盖距离建议200m。

5G系统的小区间重叠覆盖距离还需进一步分析。

5.3电缆线径的选择
电流、电阻、压降相关计算公式
（1）计算线路电流I,公式：I=P/1.732×U×cosθ
其中：
P—功率，用“千瓦”；
U—电压，单位kV；
cosθ—功率因素，用0.8～0.85。

（2）计算线路电阻R，公式：R=ρ×L/S
其中：
ρ—导体电阻率，铜芯电缆用0.01740代入，铝导体用0.0283代入；
L—线路长度，用“米”代入；
S—电缆的标称截面。

（3）计算线路压降，公式：ΔU=I×R。

在满足《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008中的压降要求（10KV 以下三相供电电压允许偏差应为标称系统电压的±7%；220V单相供电电压允许偏差应为标称系统电压的﹢7%、-10%）条件下，遵循造价最优的原则，考虑运营商需求网络设备功耗，在只有4G网络需求时，应优先选用4*35 mm²线径铝芯电缆，其次选用4*16 mm²线径铜芯电缆。

后期运营商提出5G需求时，电力线缆线径应符合5G指导意见中，8.3.4外电引入改造方案中的要求。

5.4新建变压器的容量计算
计算公式：
φ
的近似值是1.732；
U是电压的标准值0.38，单位千伏；
cosφ是功率因数，取的额定值0.8。

即根据额定功率计算用电设备的额定电流。

以S11型号变压器为例，主要技术参数如下
100kvA的变压器低压侧额定电流:I=100/(1.732*0.4)=144.34A
允许超载10%运行，所得最大电流为144.34*1.1＝158.77A
变压器能带设备负荷：
额定值:P=1.732*0.38*144.34*0.8=75.99KW
最大值:P=1.732*0.38*158.77*0.8=83.59KW
所以最大允许带84千瓦。

5.5平顶山案例
（1）概况
平顶山郑万新建62（以下简称62号站）、平顶山郑万新建63（以下简称63号站）和平顶山郑万新建64（以下简称64号站）是由平顶山市三家运营商提出的高铁专用4G基站共建需求，本次三家运营商均新增1套4G系统。

62号站选址经纬度为113.194212，33.903232，基站建设方式为一体化机柜+35米三管塔；63号站选址经纬度为113.194212，33.903232，基站建设方式为自建砖混机房+35
米三管塔；64号站选址经纬度为113.187780，33.899191，基站建设方式为一体化机柜+35米三管塔。

三个站点选址位置如下图所示：
运营商为了保障高铁专网站点信号覆盖质量，减少断站时间，要求提供后备电源保障及集中供电。

经过勘察站点附近社会变压器分布情况，距离母站最近的社会变压器位于东边的村子里，与母站的直线距离为665米，考虑到实际路由布放距离过长引起的压降等因素，平顶山铁塔推出了高铁子母站建设方案，即将63号站作为母站（传输机房），62号站和64号站作为子站，在母站附近新建一台50KV变压器，新引一路10KV高压线路至此变压器，低压380V从变压器引入机房，在母站机房的交流配电箱旁新增一个交流配电屏，之后分路给周边子站供电。

如遇市电停电情况，代维在母站交流配电屏处统一发电即可，大大节省去上子站发电时间，减少子站断电时长。

如下图：
（2）新建变压器原因
经设计单位与外电单位现场勘察外电路由，63号站至62号站外电路由全长474米，63号站至64号站外电路由全长501米，63号站至最近社会变压器直线距离665米，如图所示：
由此可得知，社会变压器-母站-最远子站（64号站）距离总和为665+501=1167米。

根据基站负荷要求，选择合适的线径：从高压线路至变压器，使用线缆要求4*50铠装铝电缆；从变压器至母站及从母站到子站，使用线缆要求4*35铠装铝电缆。

压降测算：
经测算，社会变压器-母站-最远子站（64号站）距离总和1167m，符合压降要求。

但综合现场情况考虑，外电路由不能按照直线距离布放线缆，再加上接火点预留，进机房预留等因素，社会变压器-母站-最远子站（64号站）距离会超过1300m（即不满足压降要求），再考虑到未来5G需求，对外市电要求较高，故采用新建变压器方案。

（3）新建变压器容量大小的选择
运营商设备功耗表如下：
根据运营商后备时长不低于3小时的要求，现结合运营商目前设备功率及考虑后期5G设备功率的冗余，计算动力配套的配置需求。

梯次电池容量简易计算方法
Q=K×a×(P1×T1+P2×T2)/51.2
式中：
Q—电池容量（Ah）；
K—安全系数，取1.25；
P1—一次下电侧通信设备工作实际功率（W）；
P2—二次下电侧通信设备工作实际功率（W）；
T1—一次下电侧设备备电总时长（h），T1不应小于等于1小
时；
T2—二次下电侧设备备电总时长（h）；
a—温度调整系数，寒冷、寒温I、寒温II地区取1.25；其余地区取1.0，河南为暖温地区，系数取1；
无线设备电池后备时间按3小时配置，传输等设备电池后备时间按相应延长2小时配置。

综上所述：
机房方案：P1(无线设备总功率)=7.85kw,T1=3,P2(传输设备和监控设备功率)=650w,T2=5。

计算得出Q=654Ah，考虑机房内其他设备供电，需配置8组100Ah梯次电池。

机柜方案：P1(无线设备总功率)=2.1kw，T1=3,P2(传输设备和监控设备功率)=650w,T2=5。

计算得出Q=233Ah，需配置3组100Ah梯次电池。

62号站为RRU拉远站点
基站功率测算：
传输、监控等设备功耗=200*3+50=650w
蓄电池功耗=100*3/10*56=1680w
空调功耗=2*860=1720
无线设备功耗=700*3 =2100w
机房总功率=650+1680+1720+2100=6150w，取6.5KW，
63号站为BBU放置站点
基站功率测算：
传输、监控等设备功耗=200*3+50=650W
蓄电池功耗=100*8/10*56=4480w
空调功耗=3*860=2580w
无线设备功耗=（650+700）*3+3800=7850w
机房总功率=650+4480+2580+7850=15560w，取16KW 64号站为RRU拉远站点
基站功率测算：
传输、监控等设备功耗=200*3+50=650w
蓄电池功耗=100*3/10*56=1680w
空调功耗=2*860=1720
无线设备功耗=700*3 =2100w
机房总功率=650+1680+1720+2100=6150w，取6.5KW，
由此可得知三个站总功率约为6.5+16+6.5=29KW
变压器配置计算：公式：P=√3UIcosφ
根号3的近似值是1.732、U是电压的标准值0.38，单位千
伏；
cosφ是功率因数，取的额定值0.8。

即根据额定功率计算用电设备的额定电流。

50kvA的变压器低
压侧额定电电流:
I=50/(1.732*0.4)=72.17A
允许超载10%运行，所得最大电流为72.17*1.1＝79.387A
变压器能带设备负荷：
额定值:P=1.732*0.38*144.34*0.8=37.995KW
最大值:P=1.732*0.38*79.387*0.8=41.80KW，所以最大允许带42千瓦。

考虑到后期新增5G设备功耗，参照河南铁塔公司5G建设指导意见中新增5G设备后的市电容量需求，如下：
故选用新建50KVA的变压器。