運營商5G高鐵場景低成本解決方法研討

摘要：隨著信息技術的快速發展，交通運輸行業正向智能化、信息化方向轉型。作為新一代通信技術，5G以其超高速率、超大連接數、低時延等特性，成為推動高鐵交通運輸領域的重要技術。高昂的建設與維護成本往往成為5G高鐵信息網絡建設的絆腳石。5G高鐵場景低成本解決方法研討的目的是在保證網絡質量和服務連續性的前提下，通過技術創新或策略調整，降低5G網絡基礎設施建設與運維成本。

關鍵詞：5G高鐵場景低成本建設方案智能化

DiscussiononLow-CostSolutionsfor5GHigh-SpeedRailScenariosforOperators

HUZhaoboTIANWeishengZHANGHao

CETCPutianTechnologyCo.，Ltd.，Guangzhou，GuangdongProvince，510310China

Abstract：Withtherapiddevelopmentofinformationtechnology，thetransportationindustryistransformingtowardsintelligenceandinformatization.Asanewgenerationcommunicationtechnology，5Ghasbecomeanimportanttechnologyinpromotinghigh-speedrailtransportationduetoitsultra-highspeed，ultra-largenumberofconnections，andlowlatency.Thehighconstructionandmaintenancecostsoftenbecomeastumblingblocktotheconstructionof5Ghigh-speedrailinformationnetworks.Thepurposeofthisstudyistoexplorehowtoreducetheconstructionandoperationcostsof5Gnetworkinfrastructurethroughtechnologicalinnovationorstrategicadjustmentswhileensuringnetworkqualityandservicecontinuity.

KeyWords：5G;High-speedrailscenarios;Low-costconstructionplan;Intelligence

隨著科技的飛速發展，5G技術與高速鐵路的融合成為推動社會進步的關鍵力量。本報告深入剖析5G高鐵部署的成本構成，從基站建設與維護、傳輸網絡配置到運營維護的各項開支，全面揭示了成本壓力所在。在此基礎上，進一步探討了一系列低成本解決方案，旨在通過站址共享、集成化電源管理、既有設施利舊改造、協同建設運維及綠色節能技術的應用，有效緩解成本難題，促進5G高鐵的可持續發展。通過這些策略的綜合運用，不僅能夠顯著降低成本負擔，還能夠在保障網絡質量與服務連續性的前提下，加速5G技術在高鐵領域的廣泛應用，為乘客帶來更優質的通信體驗。這不僅是技術與基礎設施的革新，更是對未來智慧交通體系構建的積極探索與實踐。

15G技術與高鐵發展的交匯背景與目的

傳統的通信系統在高速列車運行時可能會受到多種因素的干擾，如信號衰減、建筑物遮擋等，從而導致通信不穩定或中斷。而5G技術采用了更高頻段的信號傳輸，具有更好的抗干擾和抗衰減能力，可以有效地克服這些問題，提高通信的穩定性和可靠性[1]。5G網絡的實時監控遠程操控預防性維護等功能，能使鐵路系統的運行效率和安全性得到很大的提高。

目前，高速鐵路通信系統存在穩定性差、承載能力不足、易受周邊環境影響的問題。這些問題直接影響高速鐵路的運行安全和乘客的出行體驗[2]，但高昂的建設與維護成本，往往阻礙了5G高鐵覆蓋的建設進展。本文的目的是在保證網絡質量和服務連續性的前提下，通過技術創新或策略調整，降低5G網絡基礎設施建設與運維成本。

2當前5G高鐵場景部署的主要成本構成分析

2.1網絡基礎設施投資成本分析

2.1.1基站建設與維護成本

（1）基站數量與密度。因高鐵列車的快速移動和沿線地形地貌的復雜化，為確保信號覆蓋的連續和穩定，沿鐵路線密集部署基站是必要的。相較于一般城區或鄉村場景，鐵路沿線基站的間距可能會明顯縮短，從而增加基站數量。由此帶來的直接結果就是建設費用的提高。

（2）設備類型與配置。高鐵場景下可能需要更多的特殊基站設備來優化高速移動環境下的通信，這些設備有增強型微基站、分布式天線系統、軌旁直放站等，通常具有更高的技術復雜度和成本。

2.1.2傳輸網絡與回傳鏈路成本

（1）前傳網絡。5G基站的大帶寬需求使得前傳網絡（連接基站與匯聚節點）的建設成本顯著增加。可能需要部署光纖直連、無源光網絡（PassiveOpticalNetwork，PON）、微波回傳等技術，以及相應的光模塊、光纖、接頭、熔接等材料費用。

（2）回傳網絡。高鐵沿線的回傳網絡需要具備高帶寬、低時延特性，可能需要新建或升級骨干傳輸網絡，包括鋪設光纖、租用傳輸線路、部署傳輸設備及相關軟件授權費用。

2.1.3電力供應與能耗成本

（1）電源配套設施建設。高鐵沿線基站可能需要獨立的電力供應系統，包括發電機、儲能裝置、太陽能光伏系統等，以及電力線纜、變壓器、開關柜等配套設施的建設和維護成本。

（2）能耗與運維成本。5G基站功耗較高，尤其是在高鐵場景下，可能需要持續高功率運行以維持穩定覆蓋。電費支出、設備散熱、能源管理系統等能耗相關成本不容忽視。

2.2運營成本分析

2.2.1網絡性能監測與優化成本

（1）監測設備與軟件。購置和維護用6cf6afd3c115d3bb6ac2eab17217ab2a410a084154a56300761cffeeaaec8e18于實時監測網絡KPI、用戶體驗質量、網絡覆蓋、容量、干擾等的硬件設備和軟件平臺。

（2）數據采集與分析。進行大規模數據采集、清洗、分析以識別網絡瓶頸、預測網絡需求、制定優化策略。

（3）網絡優化行動。實施具體的網絡優化措施，如參數調整、小區合并/分裂、功率控制、頻率重配、天線傾角調整等，涉及現場工程師的人工成本、設備租賃或購置成本、可能的交通與住宿費用。

2.2.2故障排查與修復成本

（1）故障檢測。采用故障管理系統、告警平臺進行故障自動檢測與定位，以及人工巡檢、用戶投訴處理等成本。

（2）故障診斷與修復。派遣技術人員進行現場故障排查、設備維修或更換、軟件升級等工作的人工成本，以及可能的備件采購與運輸成本。

（3）故障預防與維護。定期進行設備維護、軟件更新、防塵防水處理、防雷接地檢查等預防性維護工作，以及制定應急預案、進行應急演練的成本。

2.2.3網絡升級與擴展成本

（1）技術升級。進行5G技術演進、新功能引入所需的軟硬件升級、系統集成、測試驗證等成本。

（2）網絡擴容。根據業務增長和用戶需求，增加基站數量、提升基站容量、擴展傳輸網絡帶寬等成本。

2.2.4運維管理與支撐成本

（1）運維團隊。運維人員的薪酬福利、培訓與發展、人力資源管理等成本。

（2）運維流程與系統。構建和維護運維管理體系、IT支撐系統的開發、運維、升級成本。

（3）外包與合作成本。如果部分運維工作外包給第三方服務商，須考慮合同費用、合作管理、服務質量監控等成本。

2.2.5能耗與碳排放成本

（1）能源消耗。基站設備、傳輸設備、數據中心等的電力消耗，以及由此產生的電費支出。

（2）碳排放成本。在碳定價政策背景下，可能需要支付的碳排放費用或購買碳信用的成本，以及為降低碳排放進行節能減排改造、采用清潔能源等的額外投資。

2.35G高鐵場景低成本解決方案探討

2.3.1高鐵線路覆蓋與容量需求特征

高鐵5G覆蓋需考慮車體穿透損耗和傳播損耗大的特點，車體穿損：3.5G比2.6G車體穿損多3dB，比2.1G多5dB，自由空間傳播損耗：3.5G相比2.6G大2.5dB，相比2.1G大4.5dB。同時，考慮掠射角對5G覆蓋的影響，掠射角過小會導致能量指數級衰減。

高鐵5G網絡視頻、Web、即時通訊的流量占比在85%左右，時長占80%左右，這三類業務感知基本可以代表整體下行感知。

2.3.2站址選擇與共建共享機制

在站址選擇上充分利用高鐵沿線已有的通信基站、電力塔、公路設施等，通過改造或共建共享的方式部署5G基站，以減少新建站址的征地、建設成本。5G高鐵常規場景可以使用“3.5GHzRRU（8TR）+高增益天線或3.5GHzAAU（16/32/64TR）”設備進行部署[3]。根據高鐵列車運行速度、車廂間干擾等因素，結合5G小區覆蓋半徑，科學規劃基站間隔，避免過度密集布設導致的資源浪費。優先選擇地勢平坦、地質穩定、電力供應充足、交通便利、環境影響較小的地點作為站址，降低建設與維護成本。利用隧道、橋梁資源：在高鐵隧道內、橋梁兩側等特殊場景，可考慮利用專用通信槽道、橋墩等現有設施安裝小型化、輕型化的5G設備，節省空間和成本。共建共享方案倡導多家運營商共同投資、建設和運維同一站址的5G設施，共享頻譜資源和基礎設施，降低單個運營商的投資壓力和運營成本。

2.3.3集成化電源與配套設施

將高能效比的電源模塊與太陽能/風能等可再生能源以及電池儲能等備用電源相結合，形成一體化智能化的電源管理系統，確保基站穩定供電降低能耗成本等方面都有很大的提高和優化作用。最大限度地利用已有的高鐵沿線的公共資源，在減少新建配套系統投資的情況下，實現資源共享，使總體費用有較大幅度的降低。

2.3.4利舊與改造既有鐵路通信設施

在滿足安全、技術標準的前提下，盡可能利用現有的鐵路通信鐵塔、支柱、隧道壁掛點等設施，安裝5G基站設備，避免重復建設，節省土建、征地等費用。對接既有鐵路電力系統，為5G基站供電，減少單獨敷設電力線路的成本。

2.3.5協同建設與運維

確保與現有設施無縫對接，避免重復投資和沖突，與鐵路部門密切配合，共同做好5G網規劃、站址選擇、設備選型等各項工作。參與5G網絡的建設和日常運行維護，利用鐵路部門的工程施工隊伍和維護力量，降低外委費用，提高反應速度。

2.3.6能源管理與綠色節能技術

在高鐵沿線適宜的位置（如車站屋頂、站臺空地、護坡、隔音墻等）安裝太陽能光伏板，將太陽能直接轉化為電能，供5G基站、傳輸設備等使用。光伏系統可以與市電或電池儲能系統結合，實現離網或并網運行，確保供電穩定。在風資源豐富的高鐵沿線，如山口、開闊地帶等，安裝小型風力發電機，為5G設備供電。風力發電系統可以與太陽能、市電等形成多能互補，提高供電穩定性。構建鐵路沿線的能源互聯網平臺，實現可再生能源、市電、儲能等多種能源的互聯互通、智能調度，優化整體能源利用效率，降低能源成本[4-5]。

3結語

通過針對5G網絡基礎設施投資成本分析及運營成本分析，根據高鐵線路覆蓋與容量需求特征、站址選擇與共建共享機制、集成化電源與配套設施、利舊與改造既有鐵路通信設施、協同建設與運維、無線技術與網絡架構創新、能源管理與綠色節能技術等方式的研究。進一步拓展5G高鐵場景低成本建設的新方向，以實現“碳中和”“碳達峰”等理念的實施。

參考文獻

[1]孫活，劉石俊，李程幟，等.5G技術在高速鐵路通信中的應用[J].通信與信息技術，2024（3）：107-110.

[2]李家才.鐵路通信信息系統的幾個環境問題[J].鐵道通信信號，2008（7）：58-59.

[3]楊艷.5G高鐵覆蓋及部署能力研究[J].電信技術，2019（10）：28-31.

[4]游明博.高鐵場景智能超表面輔助通信網絡設計[D].北京：北京交通大學，2023.

[5]焦燕鴻，王韜，李富強，等.5G高鐵無線網建設關鍵技術與解決方案[J].電信科學，2020，36（8）：151-159.