高铁场景下多系统无线网络覆盖的解决方案研究

蔡伟祥

广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630

引言

高铁列车具备车体密封性好、速度快等特点，高速列车上易出现无线网络信号无或者弱、接通率低、掉话率高等现象。如何有效完善高铁覆盖，确保高铁无线网络覆盖质量，是运营商面临的一个挑战课题。

1 多系统网络干扰分析

目前，中国移动运营的移动通信系统有GSM900、GSM1800、TD-SCDMA、TD-LTE等4种。中国联通运营的有 GSM900、GSM1800、WCDMA、FDD-LTE等4种。中国电信运营的有CDMA、FDD-LTE等2种。根据各运营商发展规划，高铁多系统建设典型需求如表1所示：

表1 高铁多系统建设典型需求

在制定高铁覆盖方案之前，我们需对多系统干扰进行分析。多系统共享网络存在的干扰类型主要有同邻频干扰、杂散干扰、接收机阻塞干扰以及接收机互调干扰。隧道内无线通信系统信号纯净，只要做好相应的频率规划即可消除同邻频干扰。但当使用同一天馈分布系统设计多频段系统时，杂散干扰、接收机阻塞干扰、接收机互调干扰会变得十分突出。为了减少干扰，可通过系统间端口隔离方式解决各系统间的杂散干扰和阻塞干扰；可以在 POI内加滤波器增加电路隔离，并确保工程使用的POI互调抑制指标达到企业规范要求（如-150 dBc器件），以有效抑制互调干扰；当互调干扰非常严重时，也可以让上行信号与下行信号分开，增加空间隔离进行规避。当然还可以协调三家运营商结合退让频段和降低功率的方法来降低各种干扰对多系统网络的影响。

通过对杂散干扰、阻塞干扰及互调干扰的隔离度计算，多系统共享网络所需最大的隔离度为90 dB。由于各厂家设备的性能指标远高于这要求，实际网络可以降低各系统之间的隔离要求。一般80 dB的隔离度即可满足各系统之间的干扰要求。

2 高铁场景下多系统无线网络覆盖的解决方案

我国地域广阔，地形复杂多样。高铁建设穿越经过市区、郊区、乡镇和农村等区域类型，也经过平原、高原、山地、丘陵、高架桥、隧道等地形。为了更好地解决多系统无线网络的信号覆盖问题，应根据地域特征提出对应有效的解决方案。

2.1 市区、郊区、乡镇和农村等区域类型

该区域类型一般属于幅员广阔的地域，阻挡较少，信号传播较远，可通过利旧现网基站、现网分布式基站的 RRU拉远或者新建基站等方式进行覆盖。为降低切换次数，建议优先采用BBU+RRU级联和小区合并的设置方式。天线选型宜采用高增益、窄波瓣天线[1]。

对于直线铁路轨道，相邻站点宜交错分布于铁路轨道两侧，形成“之”字型布局，有利于列车车厢内两侧信号均衡覆盖。对于铁路轨道的弯道，站点宜设置在弯道的内侧，相对外侧站点的入射角更有利于车厢内信号的覆盖。鉴于实际站点分布情况和工程实施难度，选址和实施难度大时不做严格要求。站点的站间距应结合地形和满足链路预算要求进行设置。

2.2 特殊场景

对于高铁经过狭长山谷的区域，应合理利用地形优势对高铁沿线进行线性覆盖。

对于“V”型地堑，可在“V”型地堑两侧山体上架设杆塔，采用BBU+RRU级联方式，使用单扇区功分或定向方式进行线性覆盖。也可在山体上敷设泄露电缆，让漏缆高度与列车车窗同高的设置方式来解决覆盖。

对于1 km以内的高架桥或过河桥梁，可选择在桥梁两端或者桥梁某侧合适地形建设站点，信号覆盖应可视通桥梁。对于1 km以上的高架桥或者过江、过海桥梁，因地形受限而无法选择桥梁中间或者外侧合适位置建设站点，可沿桥面两侧栏杆或桥上电杆安装泄漏电缆的方式，也可采用分布式基站+小天线的覆盖方式。

2.3 隧道

隧道覆盖主要在红线内采用RRU拉远+漏泄电缆的方式进行解决，需要和铁路部门协作覆盖。

（1）无洞室短隧道。由于隧道内没有可安装设备的位置，RRU等有源设备需在隧道口利用室外机柜或者铁路系统的场坪机房进行安排，设备安装不得影响铁路运行安全。隧道内覆盖应与隧道外采用同小区设置，避免切换引起的掉话。在隧道两侧墙壁架设低耦合损耗、低衰减的无卤低烟阻燃的漏泄电缆，漏泄电缆敷设高度要与列车车窗齐高，距离车轨2.2～2.8 m之间。

（2）有洞室长隧道和隧道群。在隧道两侧墙壁架设低耦合损耗、低衰减的无卤低烟阻燃的漏泄电缆。隧道内与隧道口的设备优选采用同小区设置，避免列车进出隧道口时引起切换掉话。隧道群之间的区间区域，视实际覆盖情况，可在隧道口按需设置外接天线或者立杆吊挂室外泄漏电缆进行延伸覆盖。

（3）隧道口。在铁路场坪上架设杆塔，采用高增益、窄波瓣天线进行隧道口的延伸覆盖。天线信号可引用隧道内漏缆信号；也可新增设备信号，并采用隧道内和隧道口的小区合并方式。两种方式应根据引接馈线长度、线缆损耗、天线口输出功率等来决定选用。用作延伸覆盖的天线，其高度、方向角和下倾角应根据覆盖需求进行合理设置。

2.4 车站

车站覆盖主要在红线内采用设备信源+双路室内分布系统进行解决，需要和铁路部门协作覆盖。

（1）室外基站覆盖。对于部分小型车站，因其客流量不高，经核算周边室外基站可以满足车站内网络覆盖质量和业务容量需求，建议采用室外基站覆盖。

（2）信源+双路室内分布系统覆盖。对于中大型车站，不仅客流量大、用户数和话务量高，而且面积较大，周边室外基站深度覆盖不足，建议采用信源+双路室内分布系统方式覆盖车站和站台。

3 高铁覆盖案例分析

以某高铁公网覆盖为例，三个运营商共部署9个无线通信系统。隧道内选用满足各系统间干扰隔离指标的九进二出POI设备接入到两条泄漏电缆，部分系统实现MIMO功能；隧道口利用铁路场坪资源，三家运营商分别建设各自9 m杆，用于安装天线和设备，杆塔之间相隔一定距离以达到系统间隔离的目的。测试数据显示2G语音覆盖率达98.21%，平均RxAGC是-72.24 dBm，平均TxPower是-14.56 dBm，平均Ec/Io是-3.74 dB，业务接通率100%，软切换成功率 100%；LTE数据基本覆盖率 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语音和LTE数据的测试覆盖率达到网络覆盖指标要求[2]。

4 结语

通信运营商在高速铁路场景建设中，通过共建共享方式，避免了道路反复开挖对环境的影响，节约建设资源，实现了多系统的无线网络覆盖，取得了良好的经济效益和生态效益。

[1]戴源.TD-LTE无线网络规划与设计[M].北京： 人民邮电出版社，2012.

[2]郑文生.高铁覆盖规划方案[J].无线互联科技，2013（12）：87.