高铁隧道移动网络覆盖方案

摘要:高铁移动网络覆盖是国内三大运营商的一个重点，而高铁隧道内移动网络覆盖更是运营商的一大难点。本文根据我国中部某高铁线路覆盖规划实例，采用“设备+PoI+泄漏电缆”模式，即3家运营商信号源设备通过同一多系统接入平台接入，信号输出到泄漏电缆进行隧道覆盖，隧道口场坪站安装宽频切换天线对隧道外进行延伸覆盖，通过链路预算合理布置各运营商主设备信号源，从而实现隧道到室外的无缝覆盖。最后，根据已有成熟网络覆盖解决方案，对未来5G高铁隧道移动网络覆盖方案进行了探讨。

关键词:多运营商；高铁隧道覆盖；多系统接入平台；泄漏电缆；链路预算；5G

截至2018年底，中国高铁营运里程超过世界高铁总里程的2/3，中国高铁动车组累计运输旅客突破90亿人次，中国高铁世界领先。高铁已经成为百姓日常出行必备的交通工具，伴随着移动通信网络的飞速发展，人们对于网络覆盖质量要求越来越高，高铁公共通信网络覆盖成为各运营商提升品牌效应，提高用户黏合度的重要竞争领域。由于高铁车厢材质特殊、高速移动、全封闭等特点，导致其移动通信网络覆盖存在穿透损耗大、多普勒频偏大、切换频繁等诸多困难。随着高铁建设飞速发展，尤其是在我国中西部地区，山区地形中的高速铁路具有大量隧道，网络覆盖难度进一步加大。以我国中部某一铁路为例，铁路线路全长265km，其中隧道67座，共约132.947km，隧道占比为50.17%。由于隧道占比较高，且均位于铁路红线内，需要与铁路部门进行协调，建设难度大，因此隧道覆盖成为高铁移动网络覆盖的重点和难点。

1高铁隧道覆盖总体原则

1.1隧道覆盖设计原则。（1）隧道内设计双漏缆方式覆盖，移动为LTEFDD1.8GHz和TD-LTE（F频）系统，电信为CDMA800MHz和LTEFDD800MHz系统，联通为WCDMA2.1GHz和LTEFDD2.1GHz系统，各需求系统信号源接入两根漏缆。（2）基站采用BBU+RRU方式，BBU均设于铁路红线外，铁路红线内仅设置RRU设备。（3）各通信系统多RRU设备应尽量统筹规划为一个小区，考虑到小区合并RRU数量限制，应将小区切换控制在隧道内，通过在隧道内设置性能稳定的优质泄漏同轴电缆进行信号覆盖，确保从正常的基站蜂窝边界点到切换区域没有信号场强的突变。同时，通过在网络中设置相应参数和调整各隧道的覆盖场强，可以使切换更加平滑，各系统切换需重叠区域如表1所示。1.2设备设置原则。（1）隧道设备设置原则：为了铁路运营安全，根据铁路部门要求，隧道内运营商公网通信设备不得随意安装摆放，必须放置于其指定位置，故覆盖需求设备均放置于铁路部门指定综合洞室中。（2）洞室设备点间隔：隧道内高频设备覆盖距离一般在600～800m之间，低频设备覆盖距离在1500～2000m之间，考虑到铁路隧道内过轨资源缺乏且施工困难，工程中尽量在同侧安装信源设备和泄漏同轴电缆，因铁路单侧可用综合洞室为500m一处，所以隧道内的高频通信系统信源设备考虑按500m间距设置，低频通信系统信源设备按1000m间距设置。（3）场坪站设置原则：场坪站通常位于铁路隧道出入口红线栅栏外，是将隧道内无线信号延伸至隧道外一定距离的无线站址，其主要功能是实现隧道内外无线信号的平滑切换。场坪站设置的两台PoI（PointofInterface，多系统接入平台）为定制设备，运营商信源设备统一接至PoI输入端口，PoI均设置两个输出端口，输出端口连接方式为一个端口经馈线至红线内连接隧道口壁泄漏同轴电缆，另一个端口连接场坪站切换天线或负载。（4）漏缆设置原则：隧道内采用双漏缆方式进行覆盖，漏缆采用13/8类型低烟无卤阻燃型宽频电缆规格，工作频段为800～2600MHz。公网通信漏缆与铁路专网漏缆同侧敷设，两根漏缆分别挂设于距离轨面2.1m和2.6m隧道壁处，以保证漏缆在列车车窗范围内，减少穿透损耗。（5）天线设置原则：在隧道口设置两副窄波束宽频天线，一副为低频天线，接入电信CDMA800MHz、LTEFDD800MHz等低频通信系统。另一副为高频天线，接入移动LTEFDD1.8GHz、TD-LTE（F频）和联通WCDMA2.1GHz、LTEFDD2.1GHz等高频通信系统。

2高铁隧道覆盖解决方案

2.1链路预算。隧道内的覆盖方案，需考虑隧道内和隧道口的链路预算。隧道内和隧道口链路预算包括“洞室内信源+泄漏电缆链路预算”和“隧道口信源+泄漏电缆链路预算”，如表2、3所示。2.2隧道内覆盖解决方案。根据以上链路预算，结合高铁隧道内洞室设置原则，隧道内低频系统单RRU覆盖间距设置为1000m，高频系统单RRU覆盖间距设置为500m，仅有高频RRU放置处采用低频透传型PoI透传低频信号。因此，隧道内洞室主设备设置方案有以下两种。方案1：低频+高频设备布置区采用普通型PoI，PoI输入端分别接入移动LTEFDD1.8GHz、移动TD-LTE（F频）、电信C/L800MHz双模、联通W/L2.1GHz双模，本期需求6个系统信源设备，PoI输出端分别接入设备安装洞室左右两侧的泄漏电缆。方案2：高频设备布置区采用低频透传型PoI，PoI输入端分别接入移动LTEFDD1.8GHz、移动TD-LTE（F频）、联通W/L2.1GHz双模4个高频系统信源设备，PoI输出端分别接入设备安装洞室左右两侧的泄漏电缆，低频信号则通过PoI直接透传。2.3隧道口延伸覆盖解决方案。根据隧道间距不同，选择不同的切换天线布置方案。根据隧道口信源和泄漏电缆链路预算，结合各隧道口场坪站实际建设条件差异，在满足场坪站切换天线挂高12m，且至最近洞室线缆路由长度小于245m条件下，对于隧道间距小于200m的考虑单边隧道口设置切换天线解决覆盖，对于隧道间距为200～400m的考虑双边隧道口设置切换天线完成露天部分覆盖，对于隧道间距大于400m的考虑双边隧道口设置切换天线，并且中间需新增红线外大网宏基站解决覆盖，3种布置方案如表4所示。根据上面切换天线布置方案，隧道口设备连接方案有下面含切换天线和无切换天线两种。隧道口含切换天线设备连接方案：采用普通型PoI，PoI输入端分别接入运营商6个需求系统信源设备；PoI输出端口1连接至隧道口的泄漏同轴电缆，PoI输出端口2通过合路器反接方式连接至高低频切换天线。隧道口不含切换天线设备连接方案：采用普通型PoI，PoI输入端分别接入运营商6个需求系统信源设备；PoI输出端口1连接至隧道口的泄漏同轴电缆，PoI输出端口2连接负载。

3高铁隧道5G网络覆盖

工信部已于2019年6月6日向电信运营商颁发了5G商用牌照，各运营商均已在全国范围内开展5G网络建设。高铁作为移动网络覆盖的一个特殊场景，其隧道的5G网络覆盖是不可回避的一个难题。根据工信部已发放的5G频段，中国电信和中国联通为3.5GHz频段，中国移动为2.6GHz和4.9GHz频段。依据泄露同轴电缆截止频率公式计算得出13/8类型漏缆理论截止频率为2.98GHz，5/4类型漏缆理论截止频率为3.6GHz。由此看出，13/8类型漏缆已无法满足多运营商（仅移动单家在2.6GHz频段可支持5G）高铁隧道覆盖5G演进，5/4类型漏缆也仅是理论上临界支持到5G的3.5GHz频段，国内尚无支持多运营商5G频段的商用漏缆产品。现有漏缆模式隧道覆盖方案在5G上适用性差，必须考虑其它解决方案。针对高铁隧道移动网络覆盖特性，建议5G隧道覆盖方案从以下几个方面考虑。（1）优化漏缆指标，漏缆厂家加大研发投入力度，采用分段耦合等新技术，提升现有漏缆指标以满足5G覆盖要求。（2）采用波导管等新型材料，用波导管代替传统泄露同轴电缆。波导管传送超高频电磁波，通过它的脉冲信号可以以极小的损耗被传送到目的地，满足低路损要求。（3）加大设备布置密度，在现有铁路隧道单侧可用综合洞室500m一处设置原则基础上，考虑在对侧或同侧可用综合洞室之间新增设备放置处，将设备放置间距缩短为250m甚至更低，以弥补漏缆高路损对信号的衰减。（4）采用八目天线或者对数周期天线，在隧道壁列车车窗同高处安装八目天线或对数周期天线，对列车进行定向覆盖。

4结束语

随着中国铁塔公司成立，大型公共项目移动网络覆盖运营商单兵作战局面已不复存在，铁塔公司牵头解决大型项目移动网络覆盖，不仅极大节约了网络建设投资，也更有利于与业主单位建设协调，但多运营商多网络覆盖需求给网络建设带来了新的挑战。本文依托高铁隧道覆盖规划实例，根据高铁现有隧道洞室分布情况，结合各需求系统链路预算，合理设置高低频主设备信号源，将各系统信号通过不同型号PoI设备合路输出至泄漏电缆进行隧道内移动网络覆盖；对于隧道内外衔接覆盖，根据长短隧道分布情况，在隧道口场坪合理设置设备和切换天线，实现隧道内至隧道外的延伸覆盖，从而解决三大运营商高铁隧道移动网络多系统覆盖问题，给予高铁隧道等封闭场景移动网络覆盖一个参考，具有一定的实践意义。

参考文献

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作者:彭威城 单位:湖南省邮电规划设计院有限公司