高鐵場景下多系統無線網絡覆蓋的解決方案研究

蔡偉祥

廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東 廣州 510630

引言

高鐵列車具備車體密封性好、速度快等特點，高速列車上易出現無線網絡信號無或者弱、接通率低、掉話率高等現象。如何有效完善高鐵覆蓋，確保高鐵無線網絡覆蓋質量，是運營商面臨的一個挑戰課題。

1 多系統網絡干擾分析

目前，中國移動運營的移動通信系統有GSM900、GSM1800、TD-SCDMA、TD-LTE等4種。中國聯通運營的有 GSM900、GSM1800、WCDMA、FDD-LTE等4種。中國電信運營的有CDMA、FDD-LTE等2種。根據各運營商發展規劃，高鐵多系統建設典型需求如表1所示：

表1 高鐵多系統建設典型需求

在制定高鐵覆蓋方案之前，我們需對多系統干擾進行分析。多系統共享網絡存在的干擾類型主要有同鄰頻干擾、雜散干擾、接收機阻塞干擾以及接收機互調干擾。隧道內無線通信系統信號純凈，只要做好相應的頻率規劃即可消除同鄰頻干擾。但當使用同一天饋分布系統設計多頻段系統時，雜散干擾、接收機阻塞干擾、接收機互調干擾會變得十分突出。為了減少干擾，可通過系統間端口隔離方式解決各系統間的雜散干擾和阻塞干擾；可以在 POI內加濾波器增加電路隔離，并確保工程使用的POI互調抑制指標達到企業規范要求（如-150 dBc器件），以有效抑制互調干擾；當互調干擾非常嚴重時，也可以讓上行信號與下行信號分開，增加空間隔離進行規避。當然還可以協調三家運營商結合退讓頻段和降低功率的方法來降低各種干擾對多系統網絡的影響。

通過對雜散干擾、阻塞干擾及互調干擾的隔離度計算，多系統共享網絡所需最大的隔離度為90 dB。由于各廠家設備的性能指標遠高于這要求，實際網絡可以降低各系統之間的隔離要求。一般80 dB的隔離度即可滿足各系統之間的干擾要求。

2 高鐵場景下多系統無線網絡覆蓋的解決方案

我國地域廣闊，地形復雜多樣。高鐵建設穿越經過市區、郊區、鄉鎮和農村等區域類型，也經過平原、高原、山地、丘陵、高架橋、隧道等地形。為了更好地解決多系統無線網絡的信號覆蓋問題，應根據地域特征提出對應有效的解決方案。

2.1 市區、郊區、鄉鎮和農村等區域類型

該區域類型一般屬于幅員廣闊的地域，阻擋較少，信號傳播較遠，可通過利舊現網基站、現網分布式基站的 RRU拉遠或者新建基站等方式進行覆蓋。為降低切換次數，建議優先采用BBU+RRU級聯和小區合并的設置方式。天線選型宜采用高增益、窄波瓣天線[1]。

對于直線鐵路軌道，相鄰站點宜交錯分布于鐵路軌道兩側，形成“之”字型布局，有利于列車車廂內兩側信號均衡覆蓋。對于鐵路軌道的彎道，站點宜設置在彎道的內側，相對外側站點的入射角更有利于車廂內信號的覆蓋。鑒于實際站點分布情況和工程實施難度，選址和實施難度大時不做嚴格要求。站點的站間距應結合地形和滿足鏈路預算要求進行設置。

2.2 特殊場景

對于高鐵經過狹長山谷的區域，應合理利用地形優勢對高鐵沿線進行線性覆蓋。

對于“V”型地塹，可在“V”型地塹兩側山體上架設桿塔，采用BBU+RRU級聯方式，使用單扇區功分或定向方式進行線性覆蓋。也可在山體上敷設泄露電纜，讓漏纜高度與列車車窗同高的設置方式來解決覆蓋。

對于1 km以內的高架橋或過河橋梁，可選擇在橋梁兩端或者橋梁某側合適地形建設站點，信號覆蓋應可視通橋梁。對于1 km以上的高架橋或者過江、過海橋梁，因地形受限而無法選擇橋梁中間或者外側合適位置建設站點，可沿橋面兩側欄桿或橋上電桿安裝泄漏電纜的方式，也可采用分布式基站+小天線的覆蓋方式。

2.3 隧道

隧道覆蓋主要在紅線內采用RRU拉遠+漏泄電纜的方式進行解決，需要和鐵路部門協作覆蓋。

（1）無洞室短隧道。由于隧道內沒有可安裝設備的位置，RRU等有源設備需在隧道口利用室外機柜或者鐵路系統的場坪機房進行安排，設備安裝不得影響鐵路運行安全。隧道內覆蓋應與隧道外采用同小區設置，避免切換引起的掉話。在隧道兩側墻壁架設低耦合損耗、低衰減的無鹵低煙阻燃的漏泄電纜，漏泄電纜敷設高度要與列車車窗齊高，距離車軌2.2～2.8 m之間。

（2）有洞室長隧道和隧道群。在隧道兩側墻壁架設低耦合損耗、低衰減的無鹵低煙阻燃的漏泄電纜。隧道內與隧道口的設備優選采用同小區設置，避免列車進出隧道口時引起切換掉話。隧道群之間的區間區域，視實際覆蓋情況，可在隧道口按需設置外接天線或者立桿吊掛室外泄漏電纜進行延伸覆蓋。

（3）隧道口。在鐵路場坪上架設桿塔，采用高增益、窄波瓣天線進行隧道口的延伸覆蓋。天線信號可引用隧道內漏纜信號；也可新增設備信號，并采用隧道內和隧道口的小區合并方式。兩種方式應根據引接饋線長度、線纜損耗、天線口輸出功率等來決定選用。用作延伸覆蓋的天線，其高度、方向角和下傾角應根據覆蓋需求進行合理設置。

2.4 車站

車站覆蓋主要在紅線內采用設備信源+雙路室內分布系統進行解決，需要和鐵路部門協作覆蓋。

（1）室外基站覆蓋。對于部分小型車站，因其客流量不高，經核算周邊室外基站可以滿足車站內網絡覆蓋質量和業務容量需求，建議采用室外基站覆蓋。

（2）信源+雙路室內分布系統覆蓋。對于中大型車站，不僅客流量大、用戶數和話務量高，而且面積較大，周邊室外基站深度覆蓋不足，建議采用信源+雙路室內分布系統方式覆蓋車站和站臺。

3 高鐵覆蓋案例分析

以某高鐵公網覆蓋為例，三個運營商共部署9個無線通信系統。隧道內選用滿足各系統間干擾隔離指標的九進二出POI設備接入到兩條泄漏電纜，部分系統實現MIMO功能；隧道口利用鐵路場坪資源，三家運營商分別建設各自9 m桿，用于安裝天線和設備，桿塔之間相隔一定距離以達到系統間隔離的目的。測試數據顯示2G語音覆蓋率達98.21%，平均RxAGC是-72.24 dBm，平均TxPower是-14.56 dBm，平均Ec/Io是-3.74 dB，業務接通率100%，軟切換成功率 100%；LTE數據基本覆蓋率 96.2%，平均RSRP是-83.09 dBm，平均RSRQ是-5.43 dB，平均SINR是15.2 dB，ping成功率98.43%。可以看出，2G語音和LTE數據的測試覆蓋率達到網絡覆蓋指標要求[2]。

4 結語

通信運營商在高速鐵路場景建設中，通過共建共享方式，避免了道路反復開挖對環境的影響，節約建設資源，實現了多系統的無線網絡覆蓋，取得了良好的經濟效益和生態效益。

[1]戴源.TD-LTE無線網絡規劃與設計[M].北京： 人民郵電出版社，2012.

[2]鄭文生.高鐵覆蓋規劃方案[J].無線互聯科技，2013（12）：87.