運(yùn)營(yíng)商5G高鐵場(chǎng)景低成本解決方法研討

摘要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸行業(yè)正向智能化、信息化方向轉(zhuǎn)型。作為新一代通信技術(shù)，5G以其超高速率、超大連接數(shù)、低時(shí)延等特性，成為推動(dòng)高鐵交通運(yùn)輸領(lǐng)域的重要技術(shù)。高昂的建設(shè)與維護(hù)成本往往成為5G高鐵信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的絆腳石。5G高鐵場(chǎng)景低成本解決方法研討的目的是在保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和服務(wù)連續(xù)性的前提下，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新或策略調(diào)整，降低5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)維成本。

關(guān)鍵詞：5G高鐵場(chǎng)景低成本建設(shè)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(fā)展，5G技術(shù)與高速鐵路的融合成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的關(guān)鍵力量。本報(bào)告深入剖析5G高鐵部署的成本構(gòu)成，從基站建設(shè)與維護(hù)、傳輸網(wǎng)絡(luò)配置到運(yùn)營(yíng)維護(hù)的各項(xiàng)開(kāi)支，全面揭示了成本壓力所在。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了一系列低成本解決方案，旨在通過(guò)站址共享、集成化電源管理、既有設(shè)施利舊改造、協(xié)同建設(shè)運(yùn)維及綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，有效緩解成本難題，促進(jìn)5G高鐵的可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)這些策略的綜合運(yùn)用，不僅能夠顯著降低成本負(fù)擔(dān)，還能夠在保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量與服務(wù)連續(xù)性的前提下，加速5G技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為乘客帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)的通信體驗(yàn)。這不僅是技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施的革新，更是對(duì)未來(lái)智慧交通體系構(gòu)建的積極探索與實(shí)踐。

15G技術(shù)與高鐵發(fā)展的交匯背景與目的

傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)在高速列車運(yùn)行時(shí)可能會(huì)受到多種因素的干擾，如信號(hào)衰減、建筑物遮擋等，從而導(dǎo)致通信不穩(wěn)定或中斷。而5G技術(shù)采用了更高頻段的信號(hào)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(wèn)題，提高通信的穩(wěn)定性和可靠性[1]。5G網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控遠(yuǎn)程操控預(yù)防性維護(hù)等功能，能使鐵路系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全性得到很大的提高。

目前，高速鐵路通信系統(tǒng)存在穩(wěn)定性差、承載能力不足、易受周邊環(huán)境影響的問(wèn)題。這些問(wèn)題直接影響高速鐵路的運(yùn)行安全和乘客的出行體驗(yàn)[2]，但高昂的建設(shè)與維護(hù)成本，往往阻礙了5G高鐵覆蓋的建設(shè)進(jìn)展。本文的目的是在保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和服務(wù)連續(xù)性的前提下，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新或策略調(diào)整，降低5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)維成本。

2當(dāng)前5G高鐵場(chǎng)景部署的主要成本構(gòu)成分析

2.1網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施投資成本分析

2.1.1基站建設(shè)與維護(hù)成本

（1）基站數(shù)量與密度。因高鐵列車的快速移動(dòng)和沿線地形地貌的復(fù)雜化，為確保信號(hào)覆蓋的連續(xù)和穩(wěn)定，沿鐵路線密集部署基站是必要的。相較于一般城區(qū)或鄉(xiāng)村場(chǎng)景，鐵路沿線基站的間距可能會(huì)明顯縮短，從而增加基站數(shù)量。由此帶來(lái)的直接結(jié)果就是建設(shè)費(fèi)用的提高。

（2）設(shè)備類型與配置。高鐵場(chǎng)景下可能需要更多的特殊基站設(shè)備來(lái)優(yōu)化高速移動(dòng)環(huán)境下的通信，這些設(shè)備有增強(qiáng)型微基站、分布式天線系統(tǒng)、軌旁直放站等，通常具有更高的技術(shù)復(fù)雜度和成本。

2.1.2傳輸網(wǎng)絡(luò)與回傳鏈路成本

（1）前傳網(wǎng)絡(luò)。5G基站的大帶寬需求使得前傳網(wǎng)絡(luò)（連接基站與匯聚節(jié)點(diǎn)）的建設(shè)成本顯著增加?？赡苄枰渴鸸饫w直連、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PassiveOpticalNetwork，PON）、微波回傳等技術(shù)，以及相應(yīng)的光模塊、光纖、接頭、熔接等材料費(fèi)用。

（2）回傳網(wǎng)絡(luò)。高鐵沿線的回傳網(wǎng)絡(luò)需要具備高帶寬、低時(shí)延特性，可能需要新建或升級(jí)骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，包括鋪設(shè)光纖、租用傳輸線路、部署傳輸設(shè)備及相關(guān)軟件授權(quán)費(fèi)用。

2.1.3電力供應(yīng)與能耗成本

（1）電源配套設(shè)施建設(shè)。高鐵沿線基站可能需要獨(dú)立的電力供應(yīng)系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能裝置、太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)等，以及電力線纜、變壓器、開(kāi)關(guān)柜等配套設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)成本。

（2）能耗與運(yùn)維成本。5G基站功耗較高，尤其是在高鐵場(chǎng)景下，可能需要持續(xù)高功率運(yùn)行以維持穩(wěn)定覆蓋。電費(fèi)支出、設(shè)備散熱、能源管理系統(tǒng)等能耗相關(guān)成本不容忽視。

2.2運(yùn)營(yíng)成本分析

2.2.1網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)與優(yōu)化成本

（1）監(jiān)測(cè)設(shè)備與軟件。購(gòu)置和維護(hù)用6cf6afd3c115d3bb6ac2eab17217ab2a410a084154a56300761cffeeaaec8e18于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)KPI、用戶體驗(yàn)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、干擾等的硬件設(shè)備和軟件平臺(tái)。

（2）數(shù)據(jù)采集與分析。進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、清洗、分析以識(shí)別網(wǎng)絡(luò)瓶頸、預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)需求、制定優(yōu)化策略。

（3）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化行動(dòng)。實(shí)施具體的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施，如參數(shù)調(diào)整、小區(qū)合并/分裂、功率控制、頻率重配、天線傾角調(diào)整等，涉及現(xiàn)場(chǎng)工程師的人工成本、設(shè)備租賃或購(gòu)置成本、可能的交通與住宿費(fèi)用。

2.2.2故障排查與修復(fù)成本

（1）故障檢測(cè)。采用故障管理系統(tǒng)、告警平臺(tái)進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)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(fù)。派遣技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障排查、設(shè)備維修或更換、軟件升級(jí)等工作的人工成本，以及可能的備件采購(gòu)與運(yùn)輸成本。

（3）故障預(yù)防與維護(hù)。定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)、軟件更新、防塵防水處理、防雷接地檢查等預(yù)防性維護(hù)工作，以及制定應(yīng)急預(yù)案、進(jìn)行應(yīng)急演練的成本。

2.2.3網(wǎng)絡(luò)升級(jí)與擴(kuò)展成本

（1）技術(shù)升級(jí)。進(jìn)行5G技術(shù)演進(jìn)、新功能引入所需的軟硬件升級(jí)、系統(tǒng)集成、測(cè)試驗(yàn)證等成本。

（2）網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容。根據(jù)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)和用戶需求，增加基站數(shù)量、提升基站容量、擴(kuò)展傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬等成本。

2.2.4運(yùn)維管理與支撐成本

（1）運(yùn)維團(tuán)隊(duì)。運(yùn)維人員的薪酬福利、培訓(xùn)與發(fā)展、人力資源管理等成本。

（2）運(yùn)維流程與系統(tǒng)。構(gòu)建和維護(hù)運(yùn)維管理體系、IT支撐系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、運(yùn)維、升級(jí)成本。

（3）外包與合作成本。如果部分運(yùn)維工作外包給第三方服務(wù)商，須考慮合同費(fèi)用、合作管理、服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控等成本。

2.2.5能耗與碳排放成本

（1）能源消耗。基站設(shè)備、傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)中心等的電力消耗，以及由此產(chǎn)生的電費(fèi)支出。

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

2.35G高鐵場(chǎng)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(diǎn)，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(shí)，考慮掠射角對(duì)5G覆蓋的影響，掠射角過(guò)小會(huì)導(dǎo)致能量指數(shù)級(jí)衰減。

高鐵5G網(wǎng)絡(luò)視頻、Web、即時(shí)通訊的流量占比在85%左右，時(shí)長(zhǎng)占80%左右，這三類業(yè)務(wù)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(jī)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(shè)施等，通過(guò)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(shè)成本。5G高鐵常規(guī)場(chǎng)景可以使用“3.5GHzRRU（8TR）+高增益天線或3.5GHzAAU（16/32/64TR）”設(shè)備進(jìn)行部署[3]。根據(jù)高鐵列車運(yùn)行速度、車廂間干擾等因素，結(jié)合5G小區(qū)覆蓋半徑，科學(xué)規(guī)劃基站間隔，避免過(guò)度密集布設(shè)導(dǎo)致的資源浪費(fèi)。優(yōu)先選擇地勢(shì)平坦、地質(zhì)穩(wěn)定、電力供應(yīng)充足、交通便利、環(huán)境影響較小的地點(diǎn)作為站址，降低建設(shè)與維護(hù)成本。利用隧道、橋梁資源：在高鐵隧道內(nèi)、橋梁兩側(cè)等特殊場(chǎng)景，可考慮利用專用通信槽道、橋墩等現(xiàn)有設(shè)施安裝小型化、輕型化的5G設(shè)備，節(jié)省空間和成本。共建共享方案倡導(dǎo)多家運(yùn)營(yíng)商共同投資、建設(shè)和運(yùn)維同一站址的5G設(shè)施，共享頻譜資源和基礎(chǔ)設(shè)施，降低單個(gè)運(yùn)營(yíng)商的投資壓力和運(yùn)營(yíng)成本。

2.3.3集成化電源與配套設(shè)施

將高能效比的電源模塊與太陽(yáng)能/風(fēng)能等可再生能源以及電池儲(chǔ)能等備用電源相結(jié)合，形成一體化智能化的電源管理系統(tǒng)，確?；痉€(wěn)定供電降低能耗成本等方面都有很大的提高和優(yōu)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(tǒng)投資的情況下，實(shí)現(xiàn)資源共享，使總體費(fèi)用有較大幅度的降低。

2.3.4利舊與改造既有鐵路通信設(shè)施

在滿足安全、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡可能利用現(xiàn)有的鐵路通信鐵塔、支柱、隧道壁掛點(diǎn)等設(shè)施，安裝5G基站設(shè)備，避免重復(fù)建設(shè)，節(jié)省土建、征地等費(fèi)用。對(duì)接既有鐵路電力系統(tǒng)，為5G基站供電，減少單獨(dú)敷設(shè)電力線路的成本。

2.3.5協(xié)同建設(shè)與運(yùn)維

確保與現(xiàn)有設(shè)施無(wú)縫對(duì)接，避免重復(fù)投資和沖突，與鐵路部門密切配合，共同做好5G網(wǎng)規(guī)劃、站址選擇、設(shè)備選型等各項(xiàng)工作。參與5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和日常運(yùn)行維護(hù)，利用鐵路部門的工程施工隊(duì)伍和維護(hù)力量，降低外委費(fèi)用，提高反應(yīng)速度。

2.3.6能源管理與綠色節(jié)能技術(shù)

在高鐵沿線適宜的位置（如車站屋頂、站臺(tái)空地、護(hù)坡、隔音墻等）安裝太陽(yáng)能光伏板，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，供5G基站、傳輸設(shè)備等使用。光伏系統(tǒng)可以與市電或電池儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)或并網(wǎng)運(yùn)行，確保供電穩(wěn)定。在風(fēng)資源豐富的高鐵沿線，如山口、開(kāi)闊地帶等，安裝小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為5G設(shè)備供電。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以與太陽(yáng)能、市電等形成多能互補(bǔ)，提高供電穩(wěn)定性。構(gòu)建鐵路沿線的能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)可再生能源、市電、儲(chǔ)能等多種能源的互聯(lián)互通、智能調(diào)度，優(yōu)化整體能源利用效率，降低能源成本[4-5]。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施投資成本分析及運(yùn)營(yíng)成本分析，根據(jù)高鐵線路覆蓋與容量需求特征、站址選擇與共建共享機(jī)制、集成化電源與配套設(shè)施、利舊與改造既有鐵路通信設(shè)施、協(xié)同建設(shè)與運(yùn)維、無(wú)線技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新、能源管理與綠色節(jié)能技術(shù)等方式的研究。進(jìn)一步拓展5G高鐵場(chǎng)景低成本建設(shè)的新方向，以實(shí)現(xiàn)“碳中和”“碳達(dá)峰”等理念的實(shí)施。

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