【淺析面向5G的高速鐵路通信系統(tǒng)應(yīng)用8800字（論文）】

面向5G的高速鐵路通信系統(tǒng)應(yīng)用研究目錄1.緒論 41.1研究背景 41.2研究目的和意義 41.2.1研究目的 41.2.2研究意義 41.3相關(guān)概念 51.3.15G系統(tǒng)概述 51.3.25G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 52.5G高鐵覆蓋重要性及技術(shù)難點(diǎn) 72.15G高鐵覆蓋的重要性 72.25G高鐵覆蓋技術(shù)難點(diǎn) 72.2.1多普勒頻偏影響接收機(jī)解調(diào)性能 82.2.2超高速移動導(dǎo)致切換區(qū)不足及頻繁切換問題 82.2.35G高頻段的車體穿透損耗更大 93.高鐵多場景5G覆蓋規(guī)劃方案 93.1規(guī)劃目標(biāo)建議 93.2鏈路預(yù)算分析 103.3切換區(qū)域設(shè)計(jì) 123.4高鐵線路覆蓋方案 133.5高鐵隧道覆蓋方案 143.6高鐵站廳覆蓋方案 154高鐵場景5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化 164.1覆蓋的優(yōu)化 164.2多普勒頻偏補(bǔ)償 164.3切換參數(shù)優(yōu)化 17總結(jié) 17參考文獻(xiàn) 181.緒論1.1研究背景我國高速鐵路發(fā)展非常迅速，在2015年未運(yùn)營里程已有1.98萬公里，發(fā)展到2020年未更是達(dá)到3.79萬公里，目前我國高速鐵路運(yùn)營里程在世界上穩(wěn)居第一。中國鐵路已經(jīng)經(jīng)過6次大提速，截止到最后一次大提速后，我國鐵路高速列車已經(jīng)在多條線路開始運(yùn)行并且最高時速高達(dá)380千米。我國對高速鐵路的建設(shè)仍然還有著很大的發(fā)展空間，未來仍會快速增長。隨著高鐵的發(fā)展，不斷有新的通信業(yè)務(wù)需求被提出，人們對車地通信的要求越來越高，同時還需要更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。截止到目前，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的越來越成熟，更多的人們看到5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，開始重視建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)。同時，為了推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的商用，我國相關(guān)部門發(fā)布許多文件，這些文件很大程度上影響到通信行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。抓住全球移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展契機(jī)，進(jìn)一步推動5G產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展目前是我國重要的任務(wù)和戰(zhàn)略要求。將5G網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋高鐵場景并為旅客提供更高質(zhì)量的通信服務(wù)，這是一個新的競爭領(lǐng)域，通過該領(lǐng)域相關(guān)的運(yùn)營商可以獲得客觀的利潤。因?yàn)楦哞F列車的技術(shù)較為先進(jìn)，導(dǎo)致5G信號有更大的路徑損耗、更強(qiáng)的多普勒效應(yīng)和更高的基站覆蓋密度等問題，這些問題進(jìn)一步制約了5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，因此攻克這些難題是目前需要迫在眉睫的任務(wù)。1.2研究目的和意義1.2.1研究目的隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步推動了中國鐵路的建設(shè)。根據(jù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，在鐵路建設(shè)特別是建設(shè)高速鐵路的過程中已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)。在這樣的背景下，高鐵通信仍有許多的問題，比如系統(tǒng)的承載效果和穩(wěn)定性能較低，在遇到復(fù)雜地形部分功能無法實(shí)現(xiàn)，像經(jīng)過隧道的時候信號頻率很容易受到干擾甚至出現(xiàn)沒有信號的情況，并且在高鐵列車運(yùn)行的過程中會出現(xiàn)一些隱患等問題[1]。根據(jù)各個場景的實(shí)際情況和5G技術(shù)向結(jié)合進(jìn)行優(yōu)化，同時通過合理的規(guī)劃進(jìn)一步促進(jìn)我國建設(shè)高鐵通信系統(tǒng)，并且更加安全和智能。1.2.2研究意義根據(jù)鐵路場景的特點(diǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用5G技術(shù)，既可以提升旅人的高鐵體驗(yàn)感，又能分析我國鐵路運(yùn)行中存在的各種問題并制定對應(yīng)的策略，對目前的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步的優(yōu)化，提升網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況和通信質(zhì)量。以此使得鐵路列車能夠有序的運(yùn)行，很大程度上有利于高鐵運(yùn)行過程中更加安全和智能化，在我國高鐵建設(shè)網(wǎng)絡(luò)化和智能化的通信系統(tǒng)過程中有這非常重要的意義1.3相關(guān)概念1.3.15G系統(tǒng)概述我國移動通信發(fā)展非?？焖?，在2019年11月移動通信的第五代系統(tǒng)已經(jīng)開始商用，目前我國越來越多的人們開始研究5G技術(shù)。為了能夠加強(qiáng)人們與萬物之間的聯(lián)系，信息隨心所至和萬物觸手可及的愿景得以實(shí)現(xiàn)，圍繞著用戶全方位的建設(shè)信息生態(tài)系統(tǒng)。5G的特點(diǎn)有可靠和容量高，時延和功耗低。相較于傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，用戶體驗(yàn)速率最高可以達(dá)到10Gbit/s，是4G網(wǎng)絡(luò)的100倍。同時時延可達(dá)毫秒，很大程度上改善了實(shí)時應(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)相較于傳統(tǒng)的空中接口技術(shù)向智能化發(fā)展，不僅僅在速率、能力和帶寬上獲得提升，更是全面的面對用戶融合多項(xiàng)技術(shù)和業(yè)務(wù)。5G技術(shù)很大程度上將會影響到會話類、消息類、控制類、交互類、采集類和物流類業(yè)務(wù)，成為連接世界和社會的重要支柱。1.3.25G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)5G的基站功能主要有兩個功能實(shí)體，分別是CU和DU，這兩者功能進(jìn)行切分需要根據(jù)處理內(nèi)容的實(shí)時性區(qū)分。CU：主要功能是無線高層協(xié)議棧，這個功能并不具備實(shí)時性，同時部署邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)和一些核心網(wǎng)功能下沉也需要CU的支持。DU:主要處理實(shí)時性需求和物理層功能。考慮到需要節(jié)省RRU和DU之間的傳輸資源，RRU也可以實(shí)現(xiàn)一些物理層功能。（1）C—RANC-RAN：和4GBBU情況一樣，C-RAN機(jī)房中集中了CU和DU。CU和DU在一個機(jī)房之中，協(xié)作時延小的同時還能夠得到高低層協(xié)作增益。通過RRU和BBU的有效連接構(gòu)架C-RAN。構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)想要廣覆蓋和高容量則需要結(jié)合天線和RRU共同進(jìn)行。集中化基帶處理單元，有利于進(jìn)一步提升處理的效率。因?yàn)锽BU池中集中進(jìn)行多個基站的基帶處理，需要單基站能力的綜合比基帶處理能力要高，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)容量和頻譜利用率，以此將總體的利用率提升同時降低BBU數(shù)量。還可以根據(jù)實(shí)際情況，將BBU在使用流量低的時間段關(guān)閉，整體網(wǎng)絡(luò)覆蓋并不會受到影響，還有利于降低消耗的電量。（2）D—RAND-RAN：CU/DU主要安裝在無線接入機(jī)房中，它的操作與BBU間無站間協(xié)作不同。2.33G在部署安裝5G網(wǎng)絡(luò)的時候，使用的方式為兩種，即SA與NSA。5G獨(dú)立組網(wǎng)在建立的過程中，主要使用5G核心網(wǎng)NGC技術(shù)，使其實(shí)現(xiàn)建立端與端之間的網(wǎng)絡(luò)連接。將5G技術(shù)的突出作用做了展示，使其服務(wù)水平得到了進(jìn)一步的提升；而使用的5G非獨(dú)立組網(wǎng)則是將當(dāng)前的5G網(wǎng)絡(luò)連接到LTE中，通過使用雙連接技術(shù)，使其建造成本得以節(jié)約，完成了資源的合理配置。（3）SA5G選擇采用新網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)方式進(jìn)行獨(dú)立組網(wǎng)，NGC，為了能夠支持5G網(wǎng)絡(luò)新增的空中接口，無線系統(tǒng)采用gNodeB，進(jìn)一步提供5G類服務(wù)。5G基站通過NC接口直接連接核心網(wǎng)，將數(shù)據(jù)和信令傳遞給NAS；5G通過5GNR傳遞RRC信令和數(shù)據(jù)；在NR側(cè)上行手機(jī)終端可以進(jìn)行雙發(fā)。圖1-1SA組網(wǎng)示意圖（4）非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）5G非獨(dú)立組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)4G和5G的聯(lián)合主要是采用了雙連接技術(shù)。用戶通過4G或5G基站進(jìn)行分流。在分流過程中，Option3有著較高的對LTE硬件容量要求和對核心網(wǎng)要求。Option3x數(shù)據(jù)分流在5GNR。圖1-2NSA組網(wǎng)示意圖2.5G高鐵覆蓋重要性及技術(shù)難點(diǎn)2.15G高鐵覆蓋的重要性目前，全國各地都在進(jìn)行高鐵建設(shè)，信息化和快速化已經(jīng)成為主要的發(fā)展趨勢；中國高鐵在目前已經(jīng)成為我國的主要交通方式之一，是人們的首選，并且在全球中，中國高鐵里程占據(jù)了60%。高鐵用戶每年都有大量的增長，趨向信息化，在這個背景下，5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商應(yīng)該結(jié)合高鐵覆蓋進(jìn)行制定相應(yīng)的計(jì)劃，形成網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)勢和用戶體驗(yàn)優(yōu)勢。高鐵可以說是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商進(jìn)行品牌展示的重要窗口，因?yàn)楦叨戎睾系倪\(yùn)營商價值客戶和高鐵乘客特征：首先，高鐵有著良好的環(huán)境并且速度和容量上都較為突出，因此更多的人出行時選擇交通工具首先想到高鐵；其次，高鐵中商務(wù)人士較多，在高鐵用戶中占比較大的是高端客戶，有助于網(wǎng)絡(luò)品牌的提升，可以說是建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)場景。2.25G高鐵覆蓋技術(shù)難點(diǎn)5G網(wǎng)絡(luò)在高鐵場景中面臨的困難主要有三個方面：一是多普勒頻偏，二是需要頻繁的切換，三是有較大的穿透損耗。相較于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的主流頻段頻率更高，是3.5GHz,因此想要全面覆蓋高鐵場景將比4G更為困難。想要解決這個問題，則需要重視規(guī)劃站點(diǎn)、站點(diǎn)的布局、頻率糾偏和系統(tǒng)切換重疊區(qū)域設(shè)計(jì)等，有利于網(wǎng)絡(luò)性能的進(jìn)一步提升。2.2.1多普勒頻偏影響接收機(jī)解調(diào)性能5G系統(tǒng)可以支持每小時500千米以上的移動性，多普勒頻偏在高速移動下會影響到5G網(wǎng)絡(luò)和接收機(jī)解調(diào)性能，對前者的影響效果大于后者。3.5GHz相當(dāng)于以往的1.8GHz增大一倍，列車速度能夠達(dá)到每小時350千米，在3.5GHz的時候，上行多普勒頻偏會超過2269Hz,因此5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中最難克服的問題就是如何在高頻段克服多普勒頻偏和終端高速移動的情況下保持多普勒頻偏。想要解決多普勒頻偏的問題需要根據(jù)基站設(shè)備糾偏算法進(jìn)行，糾正用戶的頻率，進(jìn)一步消除因此多普勒頻偏產(chǎn)生的各種問題。表2-1不同頻段的上行最大多普勒頻偏速度(km/h)2002503003504501800MHz（15kHz）頻偏/Hz667833100011671500百分比%4.45.66.77.8103500MHz（30kHz）頻偏/Hz12861619192922692894百分比%4.35.46.47.69.64900MHz（30kHz）頻偏/Hz18162267272231764083百分比%6.17.69.110.613.62.2.2超高速移動導(dǎo)致切換區(qū)不足及頻繁切換問題5G無線通信系統(tǒng)有著無限接近100%的可靠性需求，中間時延小于1ms。相較于普通場景，列車高速移動每小時350千米，超過90m個切換區(qū)域的時候，需要更多的重疊覆蓋距離，并且相對來說5G基站距離偏小，明顯的可以發(fā)現(xiàn)頻繁切換的問題。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，每500米一個基站，高速列車每小時350千米平均3秒就要切換一次，在小區(qū)內(nèi)終端用戶頻繁切換過程中，能夠明顯的感覺到吞吐率體驗(yàn)下降，甚至?xí)黾拥粼挕ｎl繁的切換小區(qū)會直接影響到用戶的感知，這也是5G技術(shù)的一個難題。需要規(guī)劃合適的無線網(wǎng)絡(luò)布局并設(shè)置對應(yīng)的參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)小區(qū)之間切換的問題，并且可以一定程度上降低切換的頻率，有利于網(wǎng)絡(luò)速率和可靠性的提升。圖2-1高鐵5G基站小區(qū)切換示意圖2.2.35G高頻段的車體穿透損耗更大3.5GHzs是目前5G網(wǎng)絡(luò)的使用頻段，和1.8GHz相比，有更高的車廂損耗和自由空間損耗，前者傳播的損耗約高3~5dB，而后者傳播的損耗高6dB。CRH380A車廂內(nèi)部平均約有20dB的整體損耗，3.5GHz頻段下約有25dB的整體穿透損耗更高，穿透損耗會受車型和材質(zhì)的影響，不同的材料和車型之間穿透損耗也各不一樣，如下表所示。同時損耗還會受到基站到高鐵入射角的影響，兩者之間成反比，入射角大損耗就小，因此，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的過程中需要控制入射角，并且基站和高鐵之間最小距離約在80米到200米之間。表3-2不同列車不同頻段的穿透損耗（dB）車型CRH380ACRH380B復(fù)興號400AF年份201120122017LTE1.8GHz2029343.5GHz2534394.9GHz2837423.高鐵多場景5G覆蓋規(guī)劃方案3.1規(guī)劃目標(biāo)建議高鐵業(yè)務(wù)在當(dāng)前以eMBB業(yè)務(wù)為主，包括了游戲、辦公、社交和視頻等。分析以往統(tǒng)計(jì)的4G高鐵數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，高鐵的業(yè)務(wù)模型類似于大網(wǎng)eMBB，對寬帶的文字需求和圖片需求沒有太大的改變，對視頻業(yè)務(wù)的需求更多，占據(jù)了一半的比例，未來增長流量，在未來很長的時間內(nèi)都將以視頻為主要業(yè)務(wù)。才開始實(shí)行5G的時候，eMBB業(yè)務(wù)主要分為兩種，4K視頻+HDTV/VR和2K視頻+智能手機(jī)，如下圖所示；5G業(yè)務(wù)中2K視頻是最小業(yè)務(wù)要求，高鐵用戶大部分處于每小時200千米以上的速度運(yùn)行中，規(guī)劃邊緣速率可以根據(jù)4K視頻業(yè)務(wù)的需求：大于50Mbit/s的4K視頻+HDTV/VR，按照覆蓋目標(biāo)的不同要求調(diào)整上行速率，在初期的時候，建議UL大于1Mbit/s，之后根據(jù)不同階段調(diào)整大于5Mbit/s，以此滿足上傳視頻1080P的要求。規(guī)劃邊緣的高鐵場景可以按照UL1、5Mbit/s和DL50Mbit/s。表3-3eMBB業(yè)務(wù)帶寬需求參數(shù)像素分辨率色深編碼/bit幀率/fps壓縮率2Dor3D平均碼率/帶寬需求/（Mbit/s）智能手機(jī)/PAD2K2D25601440103016516.710.12K3DVR終端4K2D384019201230165116.124.14K3D384019201230165232.248.3說明2K屏選取相對普遍的2560×1440壓縮率的不同對帶寬影響不同，取經(jīng)驗(yàn)值165理論上的理想平均碼率因網(wǎng)絡(luò)傳輸速率波動，取實(shí)際寬帶需求值為平均碼率的1.5倍3.2鏈路預(yù)算分析良好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量需要規(guī)劃合理的站址，在現(xiàn)有資源充分利用的基礎(chǔ)上還需要合理的進(jìn)行站址規(guī)劃。我國5G頻譜目前約在3500MHz到3600MHz之間，根據(jù)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，和1.8GHz相比，3.5GHz總損耗大了約有14dB，主要損耗是在自由空間的損耗和穿透車廂的損耗，還有就是間隙發(fā)射產(chǎn)生的損耗。以目標(biāo)邊緣吞吐率的小區(qū)半徑鏈路預(yù)算為基礎(chǔ)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)相較于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)站址有著更密集的規(guī)劃站距。詳細(xì)見下表：表3-4基于目標(biāo)邊緣吞吐量的小區(qū)半徑鏈路預(yù)算（2.5ms單周期）參數(shù)農(nóng)村郊區(qū)普通市區(qū)密集市區(qū)上行下行上行下行上行下行上行下行系統(tǒng)帶寬/MHz100100100100100100100100RB帶寬/載波帶寬/kHz360360360360360360360360總RB數(shù)/載波數(shù)272272272272272272272272邊緣速率120120120120上行與下行配比14141414基站天線增益/dB1111111111111111EIRP/dBm2663.92663.92663.92663.9發(fā)射天線數(shù)232232232232接收天線數(shù)324324324324SINR/dB-2.2-5.5-2.2-5.5-2.2-5.5-2.2-5.5最大發(fā)射功率/dBm2653265326532653發(fā)射天線增益/dBi011011011011干擾余量/dB35353535單用戶分配RB數(shù)/載波數(shù)40272402724027240272接收機(jī)噪聲系數(shù)/dB3.573.573.573.57接收基底噪聲/dBm-98.9-87.1-98.9-87.1-98.9-87.1-98.9-87.1接收機(jī)靈敏度/dBm-101.1-92.6-101.1-92.6-101.1-92.6-101.1-92.6熱噪聲/dBm-102.4-94.1-102.4-94.1-102.4-94.1-102.4-94.1接收天線增益/dBi110110110110最大路徑損耗/dB107.2126.6107.2126.6104.4123.8104.4123.8人體損耗/dB00000000穿透損耗/dB3636363636363636饋線損耗/dB00000000塔放增益/dB00000000陰影衰落/dB5.855.855.855.858.658.658.658.65分集增益/波束賦形增益/dB1417141714171417切換增益/dB00000000用戶終端高度/m1.51.51.51.51.51.51.51.5頻率/MHz35503550355035503550355035503550覆蓋半徑（3GPP模型）/m22571814948011035883275覆蓋半徑（3GPP模型）/m22571814948011035883275街道寬度（W）/m2020202020201010基站天線掛高/m3030303030303030樓宇平均高度（h）/m55202025253030站間距（Cost-Hata）/m1171179880站間距（3GPP模型）/m337223165124對基于目標(biāo)邊緣吞吐量的小區(qū)半徑鏈路進(jìn)行預(yù)算分析，測算3GPP模型和Cost-Hata模型之間有著非常大的差異，比如通過對廣東聯(lián)通高鐵調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的4G存量站址之間約有600米到800米的距離，想要滿足5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要求需要增加的站址至少要大于1倍，這對于運(yùn)營商來說并不容易，主要的問題有投資成本過高、物業(yè)之間不容易協(xié)調(diào)、選取站址和建設(shè)工程困難等方面。因此目前最重要的任務(wù)便是解決高頻段損耗站點(diǎn)過密的提問，同時還需要進(jìn)一步的降低建設(shè)成本。LTE現(xiàn)網(wǎng)與NR下行之間可以實(shí)現(xiàn)1:1共站，覆蓋的方式主要有兩種，首先是上下行解耦，其次是DC雙連接提升上行的方式。根據(jù)具體站點(diǎn)的實(shí)際現(xiàn)狀進(jìn)行規(guī)劃小區(qū)實(shí)際覆蓋半徑，以1:1為基礎(chǔ)補(bǔ)充個別站點(diǎn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)。3.3切換區(qū)域設(shè)計(jì)5G無線通信系統(tǒng)有著無限接近100%的可靠性需求，中間時延小于1ms，列車高速移動每小時350千米，雙向切換的范圍相對較大。在小區(qū)內(nèi)終端用戶頻繁切換過程中，能夠明顯的感覺到吞吐率體驗(yàn)下降，甚至?xí)黾拥粼?。綜上所述，想要高鐵用戶的體驗(yàn)感提升，首先需要盡量的減少小區(qū)之間的頻繁切換。通過測算5G系統(tǒng)切換所需的重疊區(qū)域如下圖，可以發(fā)現(xiàn)過渡區(qū)位于切換區(qū)域之前，也就是在滿足切換電平要求前，考慮到測量期間可能會產(chǎn)生的信號波動而影響切換的距離余量；切換區(qū)域：主要分為兩個部分，時延1和時延2，前者主要是終端測量上報(bào)周期和切換時間的延遲，后者主要是執(zhí)行時延切換，比如數(shù)據(jù)面和信令面的執(zhí)行時延。想要連續(xù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)，首先需要合理的規(guī)劃重疊覆蓋區(qū)域，重疊覆蓋區(qū)域過大過小都會有所影響，在進(jìn)行實(shí)際規(guī)劃過程中，需要以網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置為基礎(chǔ)結(jié)合時延要求評估，合理的設(shè)計(jì)切換區(qū)域。圖3-1切換重疊區(qū)域測算示意在進(jìn)行單詞切換時重疊距離等于切換執(zhí)行、電平遲滯對應(yīng)、切換出發(fā)時間對應(yīng)三者的距離想加再乘以2.以常用配置為基礎(chǔ)，若不同列車速度如下圖所示，小區(qū)間5G網(wǎng)絡(luò)有150米的重疊覆蓋距離，滿足了小區(qū)之間切換要求的重疊覆蓋區(qū)域。表3-5不同列車速度對應(yīng)的重疊距離需求速度（km/h）200250300350過渡區(qū)A/m50505050切換區(qū)B/m10121417切換重疊需求距離/m120124128134小區(qū)合并應(yīng)用可以參考4G網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合大網(wǎng)用戶實(shí)際性能和容量進(jìn)行選擇符合RRU共小區(qū)的方式，這也是有效降低頻繁切換進(jìn)一步提升用戶感知的手段。采用RRU合并解決5G網(wǎng)絡(luò)中的切換問題，5G采用HyperCell進(jìn)行技術(shù)小區(qū)合并，之后通過廣播信道形成邏輯小區(qū)，進(jìn)一步保證了用戶的感知。HyperCell：因?yàn)榛緜?cè)基于上行信號判斷切換，所以當(dāng)用戶沒有出邏輯小區(qū)范圍時并不能感知到TRP變更。3.4高鐵線路覆蓋方案線路站址規(guī)劃：建議按照之字形進(jìn)行布置高鐵線路，盡量保證線路全面的覆蓋不漏掉邊邊角角，在會車時也盡量保證車內(nèi)能夠良好的通信。（1）站軌距：因?yàn)闊o線信號在傳播的過程中信號入射角越大，穿透的損耗越小，所以建議站點(diǎn)的入射角通常在10°以上，又因?yàn)樘炀€水平波瓣在90°時增益約等于0，為了避免塔下沒有信號的情況，根據(jù)合理規(guī)劃，建立在鐵軌200米內(nèi)進(jìn)行建立站點(diǎn)。（2）站高：在設(shè)計(jì)基站高度的時候需要考慮到信號穿透損耗，因?yàn)橄噍^于從車頂穿透，信號從車窗穿透的損耗更小，所以基站天線的高度需要和鐵軌高度對應(yīng)，最好高度是20米到45米之間；方位角：入射角的角度和穿透損耗成反比，入射角越大穿透損耗就越小。因此基站規(guī)劃的過程中需要保證鐵路和天線之間在10°以上；下傾角：高鐵場景下設(shè)置5G網(wǎng)絡(luò)需要遵從天線下傾設(shè)置的原則，邊緣才能最大程度增強(qiáng)天線垂直波束。為了保證信號能夠更好的覆蓋列車上兩邊的座位，建議站點(diǎn)建立鐵軌的35米到120米之間。選擇覆蓋高鐵線路的設(shè)備型號，可以參照表3—7。表3-6入射角與基站離鐵軌的距離關(guān)系信號入射角10°基站離鐵軌距離/m100150200相對站高/m223445表3-7不同類型設(shè)備覆蓋對比小區(qū)邊緣速率/(Mbit/s)下行（50%RB）站距500m8T1316T1732T32站距650m8T816T1332T25站距1000m8/16TNA32T10在理論上相較于8T，32T/64T覆蓋性和容量都較高，但是由于小區(qū)合并的要求更大，波束賦形算法要求更高，需要結(jié)合高鐵場景的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)方案，根據(jù)廠家現(xiàn)有的設(shè)備來建設(shè)，成熟度更高的是8T方案。圖3-2高鐵沿線基站部署示意圖3.5高鐵隧道覆蓋方案高鐵在通過隧道的時候因?yàn)樗俣冗^快在加上空間較為狹小，產(chǎn)生的風(fēng)壓過大，常規(guī)的天線覆蓋并不適用這個場景，可以如下圖采用泄露電纜覆蓋隧道內(nèi)部，出口出可以朝外延伸定向天線進(jìn)一步增加重疊覆蓋面積，有利于終端能夠順利切換。圖3-3高鐵隧道覆蓋方案覆蓋方案的對比可以見下圖。通過分析可以發(fā)現(xiàn)兩種方案中漏纜替換的方案最為合適。表3-8高鐵5G隧道覆蓋方案對比5G高鐵覆蓋方案3.5GHzRRU+定向天線3.5GHzRRU+利舊現(xiàn)有泄露電纜3.5GHzRRU+新建

3.5GHz泄露電纜3.5GHz泄露電纜方案對比直線傳播，經(jīng)過彎曲的地方傳播效果并不好；定向天線需要新部署，在高鐵隧道天線外露缺乏安全性多種隧道場景都可以用泄露電纜；存量泄露電纜不支持3.5GHz同時損耗過高，覆蓋要求很難滿足多種隧道場景都可以用泄露電纜；3.5GHz漏纜需要新建首先，選擇全帶漏纜換掉存量漏纜，因?yàn)樵诎惭b空間方面更為自由，在sub3GKPI方面會有惡化的風(fēng)險(xiǎn)。其次，新增3.5GHzonly窄帶漏纜：因?yàn)橛辛己玫闹笜?biāo)，不會影響sub3GKPI，但是在安裝空間方面要求較高，因此會產(chǎn)生較大的穿透損耗。隧道組網(wǎng)建議使用漏纜和POI相結(jié)合，由三家運(yùn)營商共同合作建立，節(jié)省投入成本的同時有利于進(jìn)一步降低建設(shè)難度。3.6高鐵站廳覆蓋方案高鐵站樞紐的功能有許多，主要的功能區(qū)域有三個，分別是站臺、站廳和出入口，這幾個地方場景空間較大但是容量的密度也較高，站臺到站廳之間很難進(jìn)行干擾控制。站廳中用戶密度非常大，特別是在高鐵運(yùn)行的時間人流量巨大。從業(yè)務(wù)方面來看，站廳有著密集的用戶，有利于業(yè)務(wù)的發(fā)展。結(jié)合高鐵站廳的特點(diǎn)，覆蓋規(guī)劃可以在傳統(tǒng)DSA系統(tǒng)上進(jìn)行新增，緩和部署5G數(shù)字化室分模塊。詳細(xì)如圖3-3。圖3-3高鐵站廳覆蓋方案示意圖數(shù)字化室分設(shè)備在站廳使用有三個方面的優(yōu)勢。首先，高性能，能夠很好的提升用戶的體驗(yàn)感；其次，網(wǎng)線和光纖相結(jié)合進(jìn)一步降低了施工的周期；最后，支持軟件擴(kuò)容，不用對小區(qū)進(jìn)行硬件改造，有利于維持用戶的體驗(yàn)。4高鐵場景5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化4.1覆蓋的優(yōu)化移動通信最重要的是覆蓋面積，這也是最基礎(chǔ)的，在高鐵場景里對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化主要是針對天線進(jìn)行優(yōu)化和改善切換帶的大小。在天線方面，由于天線入射角的不同穿透損耗也有很大差異，因此需要合理的規(guī)劃站點(diǎn)天線的入射角度，這也是覆蓋需要解決的基礎(chǔ)問題。在進(jìn)行優(yōu)化的過程中，需要最大程度將天線近點(diǎn)覆蓋，進(jìn)一步降低信號衰減，并且可以按照站間距離的不同設(shè)置合適的天線入射角度。在切換帶的大小方面，切換帶過大或者過小都會有一定的影響，因此需要合理的優(yōu)化RF，合理的設(shè)置切換帶大小。4.2多普勒頻偏補(bǔ)償高鐵網(wǎng)絡(luò)性能受到多普勒效應(yīng)的直接影響，為了解決多普勒效應(yīng)帶來的問題，傳統(tǒng)的解決方式基本是上依靠設(shè)備進(jìn)行的。雖然5G網(wǎng)絡(luò)有著較高的頻段和頻偏，但是由于現(xiàn)有的設(shè)備性能和頻偏校正算法能夠很好的解決頻偏問題。4.3切換參數(shù)優(yōu)化高鐵場景中主要是線進(jìn)行覆蓋，在高鐵沿線區(qū)域有著較多的跨區(qū)域情況和跨基站情況，并且因?yàn)檩^小的高鐵5G覆蓋范圍，用戶使用時需要頻繁切換。為了解決這個問題，需要結(jié)合高鐵的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，以及保持順利并快速的完成切換。通過A3事件對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行觸發(fā)切換，在這之前需要上報(bào)MR測量報(bào)告。5G的測量報(bào)告主要測量方式是通過UE的物理層進(jìn)行的，最后經(jīng)過L3得出的結(jié)果提高給高層。由于高鐵列車運(yùn)行的過程中速度過快，導(dǎo)致信號產(chǎn)生較大的波動，因此以往的測量結(jié)果并不具有參考性，需要減少以往測量的結(jié)果對結(jié)果通過L3濾波的影響。同時設(shè)置A3參數(shù)的過程中需要注意切換時間遲滯的問題，進(jìn)一步滿足A3事件的RSRP使得切換更好的出發(fā)。在高鐵場景下需要盡量減少切換的頻率，普遍上采用覆蓋范圍擴(kuò)大的方式來減少的。5G網(wǎng)絡(luò)可以通過CU+DU分開進(jìn)行小區(qū)合并。DU在相同CU下切換的過程中，因?yàn)檩^為集中