数字孪生技术，打造高铁精准规划新范式

市场潜力巨大，高铁专网如何满足人民美好生活需要

        铁路是国家重要的基础设施、国民经济的大动脉，《“十四五”铁路科技创新规划》指出，铁路在国家综合交通体系建设中处于骨干地位。其中，高铁运营全国已达142条，涉及4.5万公里，仍然处于里程建设增长发展阶段；并且高铁客流已是民航客流的3.3倍以上，成为旅客出行的首选方式。

        为了提升高铁用户的乘坐体验，网络服务质量至关重要。然而，高铁专网场景特殊，规划与建设的制约因素多。传统高铁规划建设存在诸多痛点：一是精度不足，高铁线路地图信息精度低，基于路测样本点的高铁线路重构仿真，难以精准评估线路的覆盖及结构的不合理；二是仿真误差，基于覆盖场强与质量的传统规划仿真误差在8dB以上，且缺少用户体验的仿真预测；三是反复优化，部分高铁站点建设困难，需要多次变更连续站点的工参规划，导致部分连续路段站点反复优化调整，成本高；四是效率较低，高铁场景运维优化（方位角、下倾角、功率、波束权值等）的验证需要乘坐高铁进行，不确定因素多而导致验证有效性低、验证周期长、效率低。

        如何解决传统规划建设的痛点，保障高铁专网覆盖的质量，满足人民美好生活的需要，对增强运营商核心竞争力具有战略意义。

数字孪生技术，解锁高铁专网最痛难题

        无线通信网络的生产活动包括规划、建设、优化、维护、运营，高铁专网遇到的难题是如何一次将事情做好，即需要将高铁专网的优化、维护等工作前置到规划阶段。基于数字孪生的高铁精准规划方案，通过更高精度的孪生建模，结合AI寻优实现优化、维护等工作的前置，实现更加精准的网络规划，达成“零工程优化”的目标。

        如图1所示，高铁专网的数字孪生解决方案构建了两大核心能力：数字站点孪生和无线信道孪生。方案通过实景模型与预制模型的建模实现数字站点孪生，通过无线信道的生成、电磁能量的叠加、孪生建模的加速实现无线信道孪生，以场景应用需求驱动预研数字孪生关键技术与业务流程的能力构建，赋能高铁专网场景解决方案的效率与质量提升。

       数字站点孪生，基于无人机、普通相机、激光雷达、全景相机等工具，针对室外站塔站/杆站、室外站屋顶站、室内站及设备这三大场景进行数字信息采集，通过实景孪生与预制建模实现数实融合，对环境与站点进行孪生建模，以构建数字站点能力服务于工参测量、数字设计、辐射评估等孪生应用，重塑勘察设计，实现更高质量的网络建设。其中，针对费时费力费人的“三费”室外站塔站/杆站场景提出无人机数字勘察解决方案，攻克了“四点特征法”的航迹规划算法，实现了自动飞控，40~60分钟完成每站的勘察与数据采集。

        无线信道孪生将传统仿真的知识驱动演进为“数据+知识”的双驱动，将孪生最难的部分，即将信道基于射线追踪进行孪生可视，开创双驱动的精准规划新范式。方案基于三维地图、站点孪生、天线规格、组网配置等信息，利用空间建模技术、射线追踪技术、电磁传播理论、空间搜索技术以及AI技术等，对无线环境信道进行孪生建模、模型校准、构建加速，服务于孪生可视、覆盖预测、覆盖寻优等孪生应用，重塑预演寻优，实现更加精准的网络规划。

现网实践成果：重塑高铁精准规划

        数字孪生创新课题高效精准地满足了天津移动京滨唐高铁、河南移动商合杭高铁平原场景下不同寻优要素的目标达成，以更加精准的网络规划一次建设到位。

        天津移动京滨唐高铁是4G 1.8G新建+5G 700M新建网络，700MHz信号穿透能力强，导致高铁线路的过度重叠覆盖干扰，如何实现覆盖精准预测、规划，一次施工实现最小化系统内覆盖干扰，是本项目的最大挑战之一。项目组应用数字孪生技术，通过覆盖预测、覆盖寻优来降低系统内的重叠覆盖。验证成果如下：

        - 覆盖预测验证

        孪生信道的射线追踪精度验证RSRP的RMSE（均方根误差）约4dB~5dB，业内水平约为8dB~9dB，更高精度的孪生支撑更加精准的网络规划。

        - 覆盖寻优验证

        高铁基于数字孪生的可视精准规划方案，5G 700M在覆盖方面较传统方案的验证增益为：SSB RSRP综合平均提升3dBm；SSB SINR综合平均提升1dB；用户感知下行速率提升15%以上。

        商合杭高铁网络是4G 1.8G替换+4G 2.6G新建+5G 2.6G新建，为了赶在杭州亚运会开幕前完成，仅有1周工程建设以及1周优化评估的时间窗口，并引入了天线替换的变量，要保障替换质量全面超越，风险大、时间短是本项目的挑战。项目应用数字孪生技术，通过覆盖预测、覆盖寻优保障专网系统内覆盖强度与质量达到最优。验证成果如下：

        - 覆盖预测验证

        孪生信道的射线追踪精度验证RSRP的均值误差为1dB，RMSE（均方根误差）约4dB~5dB。

        - 覆盖寻优验证

        4G 1.8G替换后指标全面超越，RSRP平均电平提升6dbm，SINR提升1db，下载速率提升92%以上，同时还保障4G业务量与指标、5G业务量与指标的整体多维度达标。

        IMT 2030在6G愿景白皮书中提出“万物智联、数字孪生”，未来，中兴通讯会继续加强在前瞻性预研技术方面的探索，推动5G-A/6G和网络应用的紧密结合，为企业数智化转型升级拓展道路，为用户提供更优的5G体验。同时，我们积极投入自智网络产业链、openDTN开源合作计划等项目，构建协同创新、合作共赢的产学研一体化开放新生态。