（2020年度“華蘇杯”獲獎論文三等獎）滬蘇通長江公鐵兩用大橋5G NR覆蓋策略研究

付 斐 徐 明 沈 凌 于黎明

中國聯合網絡通信集團有限公司江蘇省分公司

0 引言

滬蘇通大橋是世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋，鐵路橋總長11.0km，客運專線橋梁總長5.838km，四線公鐵合建橋梁方案公路橋總長約5.838km。在高鐵場景下，由于列車運行速度快、車體損耗高、多普勒頻移和快衰落影響大，會發生頻繁的小區切換。中國聯通江蘇省分公司基于現有5G高鐵試驗網項目，參考5G組網方式、穿透損耗、入射角、小區合并、重疊區等進行多角度分析，研究影響5G覆蓋質量的因素，針對鐵路橋特殊場景制定專題技術方案。

1 概述

目前高鐵移動數據業務主要為娛樂、社交、辦公類為主。5G時代將轉向以4K、8K“高清視頻”為核心的大帶寬eMBB業務，滿足人民日益增長的移動數據需求。

1.1 建設指標需求

作為國內首例鐵路大橋采用泄漏電纜敷設，實現4G、5G信號同步覆蓋的項目，設計質量重點指標需滿足網絡覆蓋率大于95%、網絡接通率大于90%以及掉話率小于10%等。

1.2 5G高鐵測試

本覆蓋方案綜合分析前期5G高鐵試驗網測試數據及地鐵隧道漏纜測試數據，綜合分析NSA/SA不同組網的優劣、不同車型的穿透損耗、入射角對覆蓋的影響、小區合并增益、地鐵5G泄漏電纜覆蓋測試分析結果和多因素影響下的鏈路預算。

2 滬蘇通鐵路橋覆蓋的難點

2.1 大橋橋面環境復雜

滬蘇通長江公鐵兩用大橋橋面環境復雜，下面鐵路為四線，上面公路為六車道，橋梁采用連續鋼桁梁結構，且未預留公網設備纜線安裝位置，江面寬闊，橋面區域為覆蓋盲區，設計施工難度極大。

2.2 切換場景復雜

由于列車運行速度快，橋面漏纜覆蓋和鐵路紅線外基站的切換，發生在橋面漏纜兩端的場景，橋面中間跨地市切換，有異頻、異廠家設備切換等情況，對列車內的用戶網絡體驗影響較大。

2.3 快速列車對重疊覆蓋區規劃的影響

鐵路線場景移動網信號切換有軟切換、硬切換、虛擬軟切換、同頻切換、異頻切換以及異系統切換等類型，在快速移動的環境下，用戶終端容易產生頻繁切換、乒乓切換。當終端的移動速度足夠快以至于穿過切換區的時間小于系統處理切換的最小時延時，將會導致掉話。因此在規劃設計和優化調整階段，必須保證網絡覆蓋有足夠的重疊區域。

2.4 多系統間干擾的影響

各運營商與鐵路GSM-R頻段相隔較遠，系統間干擾基本可忽略。各運營商4G頻段極為接近，因此在站址選擇及網絡規劃中要考慮運營商各系統間的干擾。

2.5 高速列車穿透損耗

高鐵列車為全封閉結構，車體穿透損耗較大。CRH380B列車穿透損耗為22 dB左右（90度入射角），復興號列車穿透損耗在27 dB左右（90度入射角），列車內外信號相差約1000倍。無線信號入射列車的角度不同，對應的列車穿透損耗也不同。當信號垂直入射時的穿透損耗最小；當基站與鐵軌垂直距離較近時，在小區邊緣信號進入車廂的入射角較小，穿透損耗就較大。

3 覆蓋解決方案分析

3.1 高鐵SA/NSA組網對比

根據理論分析和實測數據可知，SA組網平均RSRP為-99.14 dBm，平均SINR為12.24 dB，覆蓋率（RSRP>-110&SINR-3）為92.93%，平均速率331Mbps；NSA組網平均RSRP為-92.33 dBm，平均SINR為12.36 dB，覆蓋率（RSRP>-110&SINR-3）為97.22%，5G時長駐留比80.25%，綜合覆蓋率78.01%（階段性優化后），平均下載速率211Mbps。

3.2 穿透損耗分析

不同車型的SSB RSCP分布曲線如圖1所示。實測不同車型SSB RSCP，復興號覆蓋最差（穿透損耗最高），與CRH380D、CRH2C型差值在5～10dB。

復興號CR400BF車型定點穿透損耗28.44 dB（站臺定點測試，90度入射角），本次漏纜覆蓋方式為90度入射角方式。3.5G穿透損耗定點測試結果如表1所示。

3.3 入射角分析

通過統計不同入射角場景下的弱覆蓋采樣點占比分析，RSRP小于-110的采樣點基本集中在入射角0-20度之間；根據趨勢線分析，在入射角小于20度后，存在RSRP陡降的情況，所以要求入射角不小于20度。泄露漏纜覆蓋方式入射角基本保持在90度，符合入射角要求。入射角與RSRP關系散點圖如圖2所示。

3.4 小區合并RSRP增益分析

選取高鐵試驗段進行SA小區合并增益驗證，小區合并后，RSRP提升2.66 dB（-100.71→-98.05），SINR提升5.75 dB（11.3→17.05），RSRP≥-105且SINR≥-3覆蓋率提升5.68 PP（74.80%→79.12%），下行速率大于50Mbps比例提升2.40 PP（86.61%→89.01%）。

3.5 重疊覆蓋區分析

（1）重疊覆蓋區設計

重疊覆蓋區設計如圖3所示。

圖3 重疊覆蓋區設計

（2）切換時延

切換時延如圖4所示。

圖4 切換時延

距離A：信號到滿足切換電平遲滯（2 dB）需要的距離；并且考慮防止信號波動需重新測量而影響切換的距離余量。

距離B：切換區域，包含終端測量周期上報時長、切換時間遲滯以及切換執行時長對應的距離。

終端測量上報周期+切換時間遲滯：320 ms。

切換執行時延：20 ms。

（3）切換重疊覆蓋區

切換重疊距離=2×（切換遲滯距離+切換觸發時間距離+切換執行距離）。其中切換遲滯（2dB）、切換時延（320ms+20ms），350km/h切換重疊需求距離168米。重疊覆蓋區計算如表2所示。

表2 重疊覆蓋區計算

3.6 鏈路預算與實測站間距分析

（1）鏈路預算

本方案僅考慮鐵路橋面部分的覆蓋方案，因此只考慮鐵路橋面部分的鏈路預算。鐵路橋面單個設備覆蓋距離（泄漏電纜）、具體鏈路預算如表3所示。

表3 1-1/4”漏纜鏈路預算

（2）漏纜覆蓋距離實測

5G RRU1配置為2個2T2R小區，往左右各接兩根漏纜，RRU2關閉，5G RRU1為8*30W設備，漏纜為5/4漏纜，CPE發射功率23 dBm、增益4 dBi。

隧道測試如圖5所示。實測數據表明：雙漏纜的情況下，單邊覆蓋300米，雙向600米，邊緣場強可達-85 dBm；雙向600米，邊緣SINR 31 dB，峰值SINR可達35 dB，平均SINR可達33 dB；雙向600米，邊緣下載速率300 Mpbs，峰值下載速率可達376 Mpbs，平均下載速率可達350 Mpbs。

圖5 隧道測試示意圖

高鐵與地鐵下行覆蓋鏈路預算差異如表4所示。

表4 高鐵與地鐵下行覆蓋鏈路預算差異

1）200米處，地鐵邊緣場強可達-75 dBm，推算高鐵邊緣場強可達-99.8 dBm；2）250米處，地鐵邊緣場強可達-80 dBm，推算高鐵邊緣場強可達-104.8 dBm；3）300米處，地鐵邊緣場強可達-85dBm，推算高鐵邊緣場強可達-109.8 dBm。

雙漏纜的情況下，單邊覆蓋300米，雙向600米，邊緣場強可達-86 dBm；雙向600米，邊緣SINR 32 dB，峰值SINR可達39 dB，平均SINR可達38 dB；雙向600米，邊緣上載速率30 Mpbs，峰值上載速率可達48 Mpbs，平均上載速率可達39 Mpbs。

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高鐵與地鐵上行覆蓋鏈路預算差異如表5所示。

表5 高鐵與地鐵上行覆蓋鏈路預算差異

1）200米處，地鐵邊緣場強可達-78 dBm，推算高鐵邊緣場強可達-102 dBm；2）250米處，地鐵邊緣場強可達-82 dBm，推算高鐵邊緣場強可達-106 dBm；3）300米處，地鐵邊緣場強可達-88 dBm，推算高鐵邊緣場強可達-110 dBm。

3.7 鐵路橋覆蓋方案分析

本方案采用射頻拉遠單元+漏泄同軸電纜的方式解決鐵路橋面的覆蓋；橋面兩側各吊掛4根漏纜，多RRU采用共小區的方式減少切換。長江大橋鐵路橋梁部分區域無線覆蓋采用RRU設備，利用POI將各系統設備信號合路到漏纜，參照鏈路預算結果、實測數據和重疊覆蓋區的要求，漏纜斷點350米滿足4、5G的覆蓋需求。

（1）站址方案

滬通鐵路長江大橋公網覆蓋工程鐵路橋梁部分建設規模為新建設備站點共34處（左右側各17處）。為減少干擾提高網絡質量，橋兩側信源做小區合并，東西兩側光纜在橋下匯接到光交，接到BBU機房。

（2）漏纜方案

13/8泄漏電纜受到同軸電纜截止頻率的制約，最高頻段只能支持到2.7GHz；5/4及以下規格電纜截止頻率都超過3.6GHz。根據各運營商頻率分配情況，移動采用13/8電纜，電信和聯通采用5/4漏纜。

本方案覆蓋的鐵路橋段長度為5824米，通信泄漏附掛高度介于車窗玻璃上下沿，兩側各敷設漏纜4根、雙側附掛8根漏纜，開斷距離350米，移動單側獨享2根13/8英寸漏纜、電信聯通單側共享2根5/4英寸漏纜。

（3）小區合并方案

1）橋面漏纜覆蓋和鐵路紅線外基站的切換，發生在高架橋面漏纜兩端的場景，橋面中間還涉及跨地市切換，可能存在異頻切換、異廠家設備切換的情況。紅線內橋面設備與紅線外橋下宏站盡量設置為同一廠家、同一頻率，將橋面和引橋部分相鄰小區合并為同一小區，從而減少切換，改善用戶體驗。如為不同廠家、異頻，則應確保足夠的切換重疊距離，避免因切換距離不足而導致用戶掉話。

2）鐵路橋單邊都為兩根漏纜，2.1G LTE信源均選擇4TR設備，3.5G NR信源選擇8TR設備（設備廠商暫無3.5G 4TR設備），信源采用6小區合并的方式減少切換次數。

3）橋東西兩側信源做小區合并，東西兩側光纜橋下匯接到光交，由光交分別接入橋南北兩側的BBU集中機房。

4）蘇州側：規劃3個小區，橋上RRU歸屬BBU集中到橋下最近機房“聯通通沙汽渡”，蘇州側橋上末端RRU與下橋首站點“聯通通沙汽渡”做小區合并，避免漏纜末端輸出功率較低下橋點弱覆蓋導致信號不連續切換失敗的問題。

5）南通側：規劃3個小區，橋上RRU歸屬BBU集中到橋下最近機房“滬通大橋”，南通側橋上末端RRU與下橋首站點“滬通大橋北”做小區合并，避免漏纜末端輸出功率較低下橋點弱覆蓋導致信號不連續切換失敗的問題。

4 結束語

依據高鐵試驗網實測數據并結合地鐵泄漏電纜覆蓋經驗，分析研究了高鐵鐵路橋漏纜覆蓋方案，綜合評估5G覆蓋SA/NSA組網方式對比，分析穿透損耗、入射角、小區合并、重疊覆蓋區、漏纜性能對覆蓋的影響，通過合理重疊區規劃、小區合并等手段，運用實測數據優化鐵路橋覆蓋方案，保證鐵路橋5G網絡的覆蓋連續性和完整性。