基于共建共享模式的高铁隧道5G/4G覆盖策略

张 涛，刘莹莹，张 磊，马亚南（.中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007；.中国联通重庆分公司，重庆 400；.河北电信设计咨询有限公司，河北石家庄 050000）

1 概述

近年来，国家加大对铁路投资力度，我国铁路路网规模和质量大幅提升，截至2022 年底，全国铁路营业里程达到15.5 万km，其中高铁4.2 万km，铁路网覆盖全国99%的20 万人口以上城市。西部的高铁线路途经山地、丘陵，沿线地形地势复杂、隧道众多，如郑渝高铁（万州至巫山段）全长190 km，隧道长度175 km，隧道占比达92%。此类高铁隧道覆盖具有投资大、列车速度快、车体穿透损耗大、隧道内无线信号干扰大等特点［1］，如何在狭长的高铁隧道内低成本地提供高质量的无线服务，是各大运营商面临的挑战［2］。

针对上述高铁隧道覆盖的特点，基于共建共享模式，研究高铁隧道5G/4G 频率规划、网络覆盖、基站设备选型及泄漏电缆的使用等策略，将研究成果应用于西部某高铁隧道无线网络覆盖，为运营商提供质量高、竞争力强的4G/5G网络。

2 共建共享模式

高铁隧道共建共享一般涉及2 个方面：中国电信和中国联通（下文简称电联）基站设备共建共享，中国移动、中国电信、中国联通泄漏电缆、电力、光缆资源的共建共享，具体情况如图1所示。

2.1 基站主设备共建共享

考虑高铁隧道网络覆盖规划、建设、维护、优化的便捷性和一致性，同时综合网络建设和维护成本，电联双方根据协商确定的承建区域分工，采用接入网共享，频率资源共享，核心网自建的模式建设5G/4G 网络，优先采用5G/4G同厂家设备，确保共建共享区域的网络规划、建设、维护及服务标准统一，以便有效降低网络建设和维护成本，快速形成服务能力。

2.2 泄漏电缆、电力、光缆资源共建共享

泄漏电缆、电力、光缆是高铁隧道网络覆盖重要的配套资源，受隧道内空间狭小、建维成本高、施工协调难度大等因素限制，中国移动、中国电信、中国联通采用共建共享模式进行相关配套建设是最为经济可行的办法。

3家运营商多个系统设备（一般不超过6个），以隧道洞室为开断点（一般500 m 间隔），通过POI 或合路器馈入泄漏电缆，多系统信号通过泄漏电缆发射出去，完成高铁隧道内的网络覆盖。

高铁隧道内设备的电力由铁路公司供给，电力由铁路箱变引至设备开断点位置，运营商根据自身设备数量和功率，协商共享电力资源，按开断点配置3 台RRU设备，配置3 kW的电力资源即可满足设备需求。

高铁隧道内光缆应具有路由短捷、故障率小等优点［3］，可采用统一建设，协商分配纤芯资源的方式共建共享。若每家运营商配置2 个系统，考虑后期技术演进等因素预留，一般隧道内铺设1 条288 芯的贯通光缆基本可满足3家运营商设备级联和传输需求。

3 频率规划策略

频率规划时既要考虑当下4G 网络用户的语音和数据业务需求，还要考虑5G 网络的发展，做到4G/5G频率灵活调配，并兼顾与友商网络速率的竞对。

中国移动一般考虑在高铁隧道内部署1.8 GHz（下行1 805～1 830 MHz，上行1 710～1 735 MHz）和2.6 GHz（2 515～2 675 MHz）频段，其中1.8 GHz 的20 MHz带宽用于4G 网络，2.6 GHz 的60 MHz 带宽用于4G 网络，剩余100 MHz带宽用于5G 网络，后期视5G 用户发展情况，调整4G/5G网络使用带宽。

图2所示为不同系统下用户下载速率体验仿真对比，若后期中国移动5G 开通160 MHz，用户体验速率提升至410 Mbit/s。建议电联在高铁隧道内部署1.8 GHz（下行1 830～1 880 MHz，上行1 735～1 785 MHz）和2.1 GHz（下 行2 110～2 155 MHz，上 行1 920～1 965 MHz）频段，并考虑预留3.5 GHz（3 400～3 600 MHz）的资源。1.8 GHz 的40 MHz 带宽可用于4G 网络共建共享，2.1 GHz 的50 MHz 带宽用于前期与5G 网络共建共享。后续视5G 用户发展、友商网络速率竞对，及3.5 GHz 上车实验等情况，适时扩展5G 网络带宽，满足友商竞对的需求。电联高铁频率规划总结如表1所示。

表1 运营商高铁隧道频率使用情况

图2 不同系统下5G下行单用户平均速率仿真对比

4 网络覆盖策略

本章从链路预算、覆盖方式、组网方式等几个方面论述高铁隧道网络覆盖。

4.1 链路预算

泄漏电缆在隧道内的传播只和横向传播模型有关，与隧道的弯曲程度无关。以LTE 1.8 GHz+NR 2.1 GHz 频段为例，隧道内铺设5/4"漏缆，以RRU 单通道发射功率40 W、铁路隧道内洞室标准间隔距离500 m［4］为例进行无线链路预算，可以看到边缘场景基本能满足覆盖要求（见表2）。

表2 高铁隧道无线链路预算

4.2 覆盖方式

高铁隧道采用RRU+天线+泄漏电缆混合方式进行网络覆盖，洞口采用定向天线外延的方式增大室外宏站与隧道区域的重叠覆盖区域，保证切换的顺利完成（见图3）。

图3 长隧道及隧道群覆盖方式

4.3 组网方式

隧道设备组网方式如图4 所示，500 m 间隔的洞室，每个洞室内安装一个RRU，RRU 之间优选3或2级级联，n（n≤6）个RRU 配置成一个小区，上连红线外的BBU 基带板，长距离的隧道分属不同小区［5］，考虑将切换区设置在隧道内。

图4 隧道设备组网方式示意

5 基站设备选型

鉴于电联基站设备共建共享的背景，统筹考虑隧道内外5G/4G 网络覆盖，可采用传统LTE1.8 GHz+UNR2.1 GHz 基站或宽频LTE1.8 GHz/UNR2.1 GHz 基站2 种设备。表3 从设备形态、发射功率、网络覆盖及投资成本等角度对比分析了传统设备与宽频设备的优劣。

表3 基站设备选型对比分析

根据不同高铁线路的特点进行设备选型，对于客流量小的线路，电联双方采用共享载波（可开40 W 功率）；对于隧道少且短（＜450 m）可布放4 根漏缆的线路，优先选择传统LTE1.8 GHz+UNR2.1 GHz 基站设备；对于电联双方只接受独立载波且单载波开40 W、隧道多且长、只能布放2根漏缆的线路，优先选择宽频LTE1.8 GHz/UNR2.1 GHz基站设备。

6 泄漏电缆使用

本章从共用方式、选型及安装布放等方面讨论高铁隧道中泄漏电缆的使用。

6.1 泄漏电缆共用方式

本节从漏缆数量、干扰控制、协调难度、优化维护及建设成本等方面，对比隧道内电联与中国移动共缆、分缆2种方式的优劣（见表4）。若运营商沟通良好且投资受限，可选择共缆方式，否则选择分缆方式。

表4 电联与中国移动共缆、分缆对分析

6.2 泄漏电缆选型

漏缆的传输损耗系数与频率成正比［5］，即频率越高，单位长度的传输损耗越大。针对13/8"、5/4"泄漏电缆漏选择的问题，从频段支持、网络覆盖、网络演进、竞对分析及建设成本等几个方面进行性能对比分析（见表5）。考虑电联3.5 GHz 资源预留，建议优选5/4"漏缆。

表5 13/8"、5/4"泄漏电缆性能对分析

6.3 泄漏电缆安装布放示意

高铁车窗下沿距轨面2 m，上沿距轨面2.8 m［6］，为减少基站信号的穿透损耗，建议泄漏电缆能布放在高铁车窗范围内。

以电联与中国移动分用泄漏电缆，布放4 条泄漏电缆为例，电联和中国移动的泄漏电缆交叉布放，其中中国移动的2 条漏缆挂设在距轨面2.1 m 和2.7 m 的隧道桥架上，电联的2 条泄漏电缆挂设在距轨面2.25 m 和2.55 m 的隧道桥架上，同时保证信号辐射方向无遮挡，可满足垂直隔离要求（见图5）。

图5 隧道4缆安装示意

7 应用效果

将本文的研究成果应用于西部某隧道占比大于90%的高铁网络建设中，达到了良好的覆盖效果。从5G 网络道路测试数据来看，平均RSRP 为-90.5 dBm，覆盖率（RSRP≥-105 dBm 占比）为95.8%，平均SINR 为19.82 dB，平均下载速率为43.55 Mbit/s（20 MHz 带宽终端速率），具体情况如图6和图7所示。

图6 某高铁5G网络RSRP路测结果

图7 某高铁5G网络SINR路测结果

4G 网络道路测试数据如下：平均RSRP 为-86.73 dBm，覆盖率（RSRP≥-105 dBm 占比）为99.59%，平均SINR 为11.4 dB，平均下载速率为35.32 Mbit/s，具体情况如图8和图9所示。

图8 某高铁4G网络RSRP路测结果

图9 某高铁4G网络SINR路测结果

8 结束语

针对高铁隧道覆盖建设投资大、列车速度快、车体穿透损耗大、隧道内无线信号复杂干扰大等特点，基于共建共享模式，研究了高铁隧道4G/5G频率规划、网络覆盖、基站设备选型及泄漏电缆的使用等策略，达到了良好效果和经济效益，为后续此类型网络建设提供参考和借鉴。