（2020年度“华苏杯”获奖论文三等奖）沪苏通长江公铁两用大桥5G NR覆盖策略研究

付 斐 徐 明 沈 凌 于黎明

中国联合网络通信集团有限公司江苏省分公司

0 引言

沪苏通大桥是世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥，铁路桥总长11.0km，客运专线桥梁总长5.838km，四线公铁合建桥梁方案公路桥总长约5.838km。在高铁场景下，由于列车运行速度快、车体损耗高、多普勒频移和快衰落影响大，会发生频繁的小区切换。中国联通江苏省分公司基于现有5G高铁试验网项目，参考5G组网方式、穿透损耗、入射角、小区合并、重叠区等进行多角度分析，研究影响5G覆盖质量的因素，针对铁路桥特殊场景制定专题技术方案。

1 概述

目前高铁移动数据业务主要为娱乐、社交、办公类为主。5G时代将转向以4K、8K“高清视频”为核心的大带宽eMBB业务，满足人民日益增长的移动数据需求。

1.1 建设指标需求

作为国内首例铁路大桥采用泄漏电缆敷设，实现4G、5G信号同步覆盖的项目，设计质量重点指标需满足网络覆盖率大于95%、网络接通率大于90%以及掉话率小于10%等。

1.2 5G高铁测试

本覆盖方案综合分析前期5G高铁试验网测试数据及地铁隧道漏缆测试数据，综合分析NSA/SA不同组网的优劣、不同车型的穿透损耗、入射角对覆盖的影响、小区合并增益、地铁5G泄漏电缆覆盖测试分析结果和多因素影响下的链路预算。

2 沪苏通铁路桥覆盖的难点

2.1 大桥桥面环境复杂

沪苏通长江公铁两用大桥桥面环境复杂，下面铁路为四线，上面公路为六车道，桥梁采用连续钢桁梁结构，且未预留公网设备缆线安装位置，江面宽阔，桥面区域为覆盖盲区，设计施工难度极大。

2.2 切换场景复杂

由于列车运行速度快，桥面漏缆覆盖和铁路红线外基站的切换，发生在桥面漏缆两端的场景，桥面中间跨地市切换，有异频、异厂家设备切换等情况，对列车内的用户网络体验影响较大。

2.3 快速列车对重叠覆盖区规划的影响

铁路线场景移动网信号切换有软切换、硬切换、虚拟软切换、同频切换、异频切换以及异系统切换等类型，在快速移动的环境下，用户终端容易产生频繁切换、乒乓切换。当终端的移动速度足够快以至于穿过切换区的时间小于系统处理切换的最小时延时，将会导致掉话。因此在规划设计和优化调整阶段，必须保证网络覆盖有足够的重叠区域。

2.4 多系统间干扰的影响

各运营商与铁路GSM-R频段相隔较远，系统间干扰基本可忽略。各运营商4G频段极为接近，因此在站址选择及网络规划中要考虑运营商各系统间的干扰。

2.5 高速列车穿透损耗

高铁列车为全封闭结构，车体穿透损耗较大。CRH380B列车穿透损耗为22 dB左右（90度入射角），复兴号列车穿透损耗在27 dB左右（90度入射角），列车内外信号相差约1000倍。无线信号入射列车的角度不同，对应的列车穿透损耗也不同。当信号垂直入射时的穿透损耗最小；当基站与铁轨垂直距离较近时，在小区边缘信号进入车厢的入射角较小，穿透损耗就较大。

3 覆盖解决方案分析

3.1 高铁SA/NSA组网对比

根据理论分析和实测数据可知，SA组网平均RSRP为-99.14 dBm，平均SINR为12.24 dB，覆盖率（RSRP>-110&SINR-3）为92.93%，平均速率331Mbps；NSA组网平均RSRP为-92.33 dBm，平均SINR为12.36 dB，覆盖率（RSRP>-110&SINR-3）为97.22%，5G时长驻留比80.25%，综合覆盖率78.01%（阶段性优化后），平均下载速率211Mbps。

3.2 穿透损耗分析

不同车型的SSB RSCP分布曲线如图1所示。实测不同车型SSB RSCP，复兴号覆盖最差（穿透损耗最高），与CRH380D、CRH2C型差值在5～10dB。

复兴号CR400BF车型定点穿透损耗28.44 dB（站台定点测试，90度入射角），本次漏缆覆盖方式为90度入射角方式。3.5G穿透损耗定点测试结果如表1所示。

3.3 入射角分析

通过统计不同入射角场景下的弱覆盖采样点占比分析，RSRP小于-110的采样点基本集中在入射角0-20度之间；根据趋势线分析，在入射角小于20度后，存在RSRP陡降的情况，所以要求入射角不小于20度。泄露漏缆覆盖方式入射角基本保持在90度，符合入射角要求。入射角与RSRP关系散点图如图2所示。

3.4 小区合并RSRP增益分析

选取高铁试验段进行SA小区合并增益验证，小区合并后，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覆盖率提升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 重叠覆盖区分析

（1）重叠覆盖区设计

重叠覆盖区设计如图3所示。

图3 重叠覆盖区设计

（2）切换时延

切换时延如图4所示。

图4 切换时延

距离A：信号到满足切换电平迟滞（2 dB）需要的距离；并且考虑防止信号波动需重新测量而影响切换的距离余量。

距离B：切换区域，包含终端测量周期上报时长、切换时间迟滞以及切换执行时长对应的距离。

终端测量上报周期+切换时间迟滞：320 ms。

切换执行时延：20 ms。

（3）切换重叠覆盖区

切换重叠距离=2×（切换迟滞距离+切换触发时间距离+切换执行距离）。其中切换迟滞（2dB）、切换时延（320ms+20ms），350km/h切换重叠需求距离168米。重叠覆盖区计算如表2所示。

表2 重叠覆盖区计算

3.6 链路预算与实测站间距分析

（1）链路预算

本方案仅考虑铁路桥面部分的覆盖方案，因此只考虑铁路桥面部分的链路预算。铁路桥面单个设备覆盖距离（泄漏电缆）、具体链路预算如表3所示。

表3 1-1/4”漏缆链路预算

（2）漏缆覆盖距离实测

5G RRU1配置为2个2T2R小区，往左右各接两根漏缆，RRU2关闭，5G RRU1为8*30W设备，漏缆为5/4漏缆，CPE发射功率23 dBm、增益4 dBi。

隧道测试如图5所示。实测数据表明：双漏缆的情况下，单边覆盖300米，双向600米，边缘场强可达-85 dBm；双向600米，边缘SINR 31 dB，峰值SINR可达35 dB，平均SINR可达33 dB；双向600米，边缘下载速率300 Mpbs，峰值下载速率可达376 Mpbs，平均下载速率可达350 Mpbs。

图5 隧道测试示意图

高铁与地铁下行覆盖链路预算差异如表4所示。

表4 高铁与地铁下行覆盖链路预算差异

1）200米处，地铁边缘场强可达-75 dBm，推算高铁边缘场强可达-99.8 dBm；2）250米处，地铁边缘场强可达-80 dBm，推算高铁边缘场强可达-104.8 dBm；3）300米处，地铁边缘场强可达-85dBm，推算高铁边缘场强可达-109.8 dBm。

双漏缆的情况下，单边覆盖300米，双向600米，边缘场强可达-86 dBm；双向600米，边缘SINR 32 dB，峰值SINR可达39 dB，平均SINR可达38 dB；双向600米，边缘上载速率30 Mpbs，峰值上载速率可达48 Mpbs，平均上载速率可达39 Mpbs。

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高铁与地铁上行覆盖链路预算差异如表5所示。

表5 高铁与地铁上行覆盖链路预算差异

1）200米处，地铁边缘场强可达-78 dBm，推算高铁边缘场强可达-102 dBm；2）250米处，地铁边缘场强可达-82 dBm，推算高铁边缘场强可达-106 dBm；3）300米处，地铁边缘场强可达-88 dBm，推算高铁边缘场强可达-110 dBm。

3.7 铁路桥覆盖方案分析

本方案采用射频拉远单元+漏泄同轴电缆的方式解决铁路桥面的覆盖；桥面两侧各吊挂4根漏缆，多RRU采用共小区的方式减少切换。长江大桥铁路桥梁部分区域无线覆盖采用RRU设备，利用POI将各系统设备信号合路到漏缆，参照链路预算结果、实测数据和重叠覆盖区的要求，漏缆断点350米满足4、5G的覆盖需求。

（1）站址方案

沪通铁路长江大桥公网覆盖工程铁路桥梁部分建设规模为新建设备站点共34处（左右侧各17处）。为减少干扰提高网络质量，桥两侧信源做小区合并，东西两侧光缆在桥下汇接到光交，接到BBU机房。

（2）漏缆方案

13/8泄漏电缆受到同轴电缆截止频率的制约，最高频段只能支持到2.7GHz；5/4及以下规格电缆截止频率都超过3.6GHz。根据各运营商频率分配情况，移动采用13/8电缆，电信和联通采用5/4漏缆。

本方案覆盖的铁路桥段长度为5824米，通信泄漏附挂高度介于车窗玻璃上下沿，两侧各敷设漏缆4根、双侧附挂8根漏缆，开断距离350米，移动单侧独享2根13/8英寸漏缆、电信联通单侧共享2根5/4英寸漏缆。

（3）小区合并方案

1）桥面漏缆覆盖和铁路红线外基站的切换，发生在高架桥面漏缆两端的场景，桥面中间还涉及跨地市切换，可能存在异频切换、异厂家设备切换的情况。红线内桥面设备与红线外桥下宏站尽量设置为同一厂家、同一频率，将桥面和引桥部分相邻小区合并为同一小区，从而减少切换，改善用户体验。如为不同厂家、异频，则应确保足够的切换重叠距离，避免因切换距离不足而导致用户掉话。

2）铁路桥单边都为两根漏缆，2.1G LTE信源均选择4TR设备，3.5G NR信源选择8TR设备（设备厂商暂无3.5G 4TR设备），信源采用6小区合并的方式减少切换次数。

3）桥东西两侧信源做小区合并，东西两侧光缆桥下汇接到光交，由光交分别接入桥南北两侧的BBU集中机房。

4）苏州侧：规划3个小区，桥上RRU归属BBU集中到桥下最近机房“联通通沙汽渡”，苏州侧桥上末端RRU与下桥首站点“联通通沙汽渡”做小区合并，避免漏缆末端输出功率较低下桥点弱覆盖导致信号不连续切换失败的问题。

5）南通侧：规划3个小区，桥上RRU归属BBU集中到桥下最近机房“沪通大桥”，南通侧桥上末端RRU与下桥首站点“沪通大桥北”做小区合并，避免漏缆末端输出功率较低下桥点弱覆盖导致信号不连续切换失败的问题。

4 结束语

依据高铁试验网实测数据并结合地铁泄漏电缆覆盖经验，分析研究了高铁铁路桥漏缆覆盖方案，综合评估5G覆盖SA/NSA组网方式对比，分析穿透损耗、入射角、小区合并、重叠覆盖区、漏缆性能对覆盖的影响，通过合理重叠区规划、小区合并等手段，运用实测数据优化铁路桥覆盖方案，保证铁路桥5G网络的覆盖连续性和完整性。