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。
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