5G優(yōu)化案例：高鐵場景的5G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化

1、高鐵場景的5G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化高鐵場景的5G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化XX分公司XXXX年XX月目錄1、 引言32、5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋在高鐵場景面臨的挑戰(zhàn)31.1、 穿透損耗31.2、 傳播損耗52.2、 多普勒效應(yīng)帶來的頻偏102.3、 用戶集中多，容量需求大112.4、 頻繁切換重選影響感知113、5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃113.1、 NSA/SA 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)113.2、 連續(xù)覆蓋規(guī)劃123.3、 Massive MIMO 選擇123.4、 高鐵覆蓋站點(diǎn)規(guī)劃153.5、 高鐵主要場景的規(guī)劃164、高鐵場景5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化174.1、 覆蓋的優(yōu)化174.2、 多普勒頻偏補(bǔ)償184.3、 切換參數(shù)優(yōu)化184.4、 PRAC

2、H參數(shù)優(yōu)化195、總結(jié)20高鐵場景5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃及優(yōu)化【摘要】為了做好高鐵場景5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃及優(yōu)化，介紹了 5G在高鐵場景面臨的 挑戰(zhàn)，研究了高鐵場景的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、天線選擇、站點(diǎn)選擇等方面的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，分 析并給出覆蓋、切換、隨機(jī)接入方面的參數(shù)優(yōu)化建議。【關(guān)鍵詞】高鐵；5G；多普勒效應(yīng)；大規(guī)模MIMO；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃1、引言隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的推動(dòng)和應(yīng)用場景的豐富，5G不僅需要滿足人們對(duì)超高流 量密度、超高連接數(shù)密度、超高移動(dòng)性的需求，能夠?yàn)橛脩籼峁└咔逡曨l、虛擬 現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云桌面、在線游戲等極致業(yè)務(wù)體現(xiàn)，同時(shí)還要滲透到互聯(lián)網(wǎng)的 各個(gè)領(lǐng)域，與工業(yè)設(shè)施、醫(yī)療儀器、交通工具等進(jìn)行深度的融合，實(shí)現(xiàn)“萬物互

3、 聯(lián)”的愿景，有效地滿足工業(yè)、醫(yī)療、交通等垂直行業(yè)的信息化服務(wù)需要。通過 分析5GNR高鐵覆蓋面臨的挑戰(zhàn)，研究了高鐵場景的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、天線選擇、站點(diǎn) 選擇等方面的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，分析并給出覆蓋、切換、隨機(jī)接入方面的參數(shù)優(yōu)化建議。2、5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋在高鐵場景面臨的挑戰(zhàn)在移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)覆蓋中，高鐵場景一直是一個(gè)很復(fù)雜的場景。高鐵列車 的封閉性很好、列車速度很快、用戶集中、高鐵沿線網(wǎng)絡(luò)覆蓋場景的多樣化等 特 征使得5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋在高鐵場景中存在一些挑戰(zhàn)。2.1、 穿透損耗參考3GPP協(xié)議38. 901,不同材質(zhì)的穿透損耗定義如下： 3Gpp材質(zhì)穿透損耗模型MaterialPenetration loss dBS

4、tandard multi-pane glass4=2 + 0-2ZIRR. glassTR.E：ti=.=. = 2 3十 0-3/Concrete心=5 +4/Wood£=4$5 + 0.12/Note:T is in GHz:38. 901同時(shí)定義了高損和低損兩種室內(nèi)穿透損耗計(jì)算模型，如下: 3GPP協(xié)議室內(nèi)穿透損耗模型Path loss through external wall: PLW indBIndoor loss:PLm in (dBStandard deviatioo:Sfein dBJLow-toss model5-101og1003.10 10 +0.7.10

5、10。.5 djo4ft4.4High-toss Riod-el5-101og10'.Z.g6、|0.7-10 10 +0.310 100 56.5據(jù)此日算的各種材質(zhì)的穿透損耗、室內(nèi)穿透損耗如下。3Gpp穿透損耗、室內(nèi)穿透損耗計(jì)算MaterialPenetration lossdB0.9G1.8GHz1.9G2.1GHz2.5GHz3.5GHz4.7GHz4.9GHzglass2.22.42.42.42.52.72.93.0IRR glass23.323.523.623.623.824.124.424.5concrete8.612.212.613.415.019.023.824.6wo

6、od0.51.01.11.21.52.02.72.9Low-loss model10.611.611.711.912.212.713.113.1high-loss model18.521.722.122.824.126.829.229.5鏈路預(yù)算主要考慮高損模型，參考上述計(jì)算結(jié)果，建議各個(gè)頻段的穿透損耗設(shè)置 如下： 穿透損耗穿透損耗(dB)頻段GHzDUUSURU0.9171513121.8201816141.9201816142.1222017152.5232017152.6232017153.5262320174.7292623204.930272320目前5GNR的主流頻段在C波段，以中

7、國電信分配的頻段為例，5G使用的 主要頻段為3. 5 GHz3. 6 GHz,這個(gè)頻段比現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)1. 8 GHz的頻段高了 一倍。根據(jù)傳播損耗和頻率成平方反比的關(guān)系，從理論上來說，3. 5 GHz頻段的 傳播損耗比1.8 GHz頻段高5. 8 dBo穿透損耗與網(wǎng)絡(luò)使用的頻率沒有明確的線 性關(guān)系，但對(duì)于同一介質(zhì)來說，穿透損耗是隨著頻率的增加而增加。車廂型號(hào) 不同對(duì)應(yīng)的穿透損耗也不同，復(fù)興號(hào)全封閉的新型列車就會(huì)比普通高鐵列車穿透 損耗更大。從實(shí)際測試的情況來看，高鐵列車的穿透損耗達(dá)到33dB、36dB,如表 所示：頻段1.8G2. 6G3. 6G和諧號(hào)283033復(fù)興號(hào)313336在3.5

8、 GHz頻段下,5G網(wǎng)絡(luò)在高鐵場景有更大的傳播損耗和車體穿透損耗。 特別是高鐵列車是線狀覆蓋，如果基站與高鐵列車的入射角更小，信號(hào)還會(huì)更 差。2.2、 傳播損耗傳播模型是鏈路預(yù)算最為重要的幾個(gè)參數(shù)之一。2/3/4G鏈路預(yù)算中通常采 用 Okumura-hata( 150MHzl. 5GHz)、Cost-231 Hata 模型(適用于 1. 5GHz2GHa), 或者經(jīng)過校正的Atoll/Aircom標(biāo)準(zhǔn)宏蜂窩傳播模型。上述的傳模適用的頻段均 為2GHz以內(nèi)，嚴(yán)格來說并不適用于5G低頻3. 5GHzo目前在5G宏站低頻3. 5GHz 的鏈路預(yù)算中，推薦使用3Gpp UMa (Urban Macr

9、o)和RMa (Rural Macro)模型。3GPP UMa/RMa傳播模型5GNR 協(xié)議 38. 901、36. 873 中提至1J了 UMi(UrbanMicr。),UMa (Urban Macro) 和RMa(Rural Macro)三種無線傳播模型，其中UMi適用于微站場景，宏站鏈路 預(yù)算使用的是UMa和RMa。模型的傳播損耗表達(dá)式分為LOS和NLOS兩種場景，鏈路預(yù)算我們主要關(guān)注 NLOS場景，UMa和RMa的路損表達(dá)式均為：Pathloss =161.04 -7.11oglO(lV) + 7.5 log 10(/?)一 (24.37 - 3.7(/ F)bg W%)+(43.42

10、 - 3. Ilog 10(飽$ og 10(J3D )-3)+20 log 10(/；) _(3.2(log 10(17.625)2 _ 4 97). 0.6(/-1.5)其中：力為平均建筑物高度，5? < h < 50川,UMa典型取值20m, RMa典型取值5m：卬為街道寬度，5/7/< IV <50/77,典型取值20m;“胡為基站高度，UMa典型取值25nb RMa典型取值35m；%為終端高度，UMa中15磯"紀(jì)5叫RMa中典型取值 1. 5m人是中心頻率，單位為GHzo Bia的頻率適用范圍為0. oGHzl00GHzo和4d的示意圖如下，兩者分別

11、是直角三角形的直角邊和斜邊：2D = J/ 一（% 一% J鏈路預(yù)算算得最大允許路徑損耗MAPL之后，通過傳模公式計(jì)算4d,再通過上述 公式計(jì)算4d。在以往的2/3/4G鏈路預(yù)算中，傳模損耗公式中的傳播距離d通 常直接認(rèn)為是基站到終端的距離，不做和的區(qū)分。-2D和-3D示意圖按照典型取值，UMa 25nl天線掛高，一般城區(qū)Mean Urban公式簡化為：Pathloss = 13.54 + 39.08 log I0 (t/3D )+20 log 10 (fc)RMa 35nl天線掛高，農(nóng)村Rual公式簡化為：Pathloss = 3.63 + 38.63 log10(t/3D)+20 logl

12、0(7'.)Cost231-hata與UMa的覆蓋對(duì)比：通過兩個(gè)模型的傳播損耗表達(dá)式，給定MAPL之后，可計(jì)算兩個(gè)傳模分別對(duì)應(yīng)的 半徑。以 1. 8GHz Mean Urban 環(huán)境為例(Cost231-hata Kc二OdB),從下圖可看到：相同路損情況下，UMa對(duì)應(yīng)的半徑大于Cost231-hata；1.8GHz頻段，相同覆蓋距離情況下，UMa對(duì)應(yīng)的路徑損耗約比Cost231-hata低 3dBo05009590100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500Cov

13、erage Radius (m)0 5 0 5 03 2 2 1 1IX 1X 1X 1X 1± 1X&P) SS。三&Cost231 hata 與 UMa 覆蓋半徑對(duì)比-1.8GHz DU再以 3. 5GHz Mean Urban 環(huán)境為例(Cost231-hata Kc=0dB),從下圖可看到:(8P SS。看 d9590100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500Coverage Radius (m)Cost231 hata 與 UMa 覆蓋

14、半徑對(duì)比-3. 5GHz MU1、相同路損情況下，UMa對(duì)應(yīng)的半徑大于Cost231-hata：2、3. 5GHz頻段，相同覆蓋距離情況下，UMa對(duì)應(yīng)的路徑損耗約比Cost231-hata 低 7dBoUMa傳播模型修正：UMa傳播模型一個(gè)重大爭議是公式中的頻率項(xiàng)，也即201ogl0(fc)。2/3/4G常用 的cost231-hata模型中，對(duì)應(yīng)的頻率因子是33. 9。Cost23hataPathLoss= 46.3 + 33.9 lg/-13.821g 為一 (/?,“)+ (44.9 - 6.551g 為)(lg d)r + Kcuaer 也即，隨著頻率的提升，cost231-hate模

15、型計(jì)算的路損提升更大，偏悲觀；而 UMa計(jì)算的路損則會(huì)偏小，偏樂觀。參考外場測試數(shù)據(jù)，目前產(chǎn)線基線建議將UMa頻率因子修改為25,用于Dense Urban：修正= 161.04 - 7.1 log 10(W) + 7.5 log 10(/z)一 (24.37 - 3.7(4s F )log 10(%)+(43.42 - 3. Ilog 1)X】og 1 U/o )- 3)+ 25 log 10(£.)-(3.2(log 10(17.625)2 -4.97)-0.6(% -1.5)為了將UMa適配不同的地物環(huán)境，有兩種方式：1、與Cost231-hata類似的方式,通過K Clutt

16、er (Kc)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)采用方式1時(shí)，建議傳播模型如下，其中DU/U/SU都采用UMa,通過Kc調(diào)整， 頻率因子取25； RU采用RMa (因?yàn)槭寝r(nóng)村環(huán)境，頻率因子不進(jìn)行修正，仍使用 20)o這個(gè)模型是目前產(chǎn)線基線。表2-11傳播模型推薦傳模參數(shù)(產(chǎn)線基線)DUUSURU基站天線掛高(m)25253040頻率衰減因子25252520路損環(huán)境調(diào)整因子Kc (dB)0-3-80垂直天線損失(16/8/4/2TR )(dB)3310傳播模型UMaUMaUMaRMa街道寬度W (m)20202040建筑物高度h (m)2020205通過UMa的參數(shù)平均建筑物高度h和平均街道寬度W來進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采用方

17、式2時(shí)，可結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際地物情況進(jìn)行調(diào)整。若需保持4/5G鏈路預(yù)算 半徑與產(chǎn)線基線基本持平，建議的參數(shù)取值如下：傳模參數(shù)(產(chǎn)線基線)DUUSURU基站天線掛高(m)25253035頻率衰減因子20202020路損環(huán)境調(diào)整因子Kc (dB)0000垂直天線損失(16/8/4/2TR )(dB)0000傳播模型UMaUMaUMaRMa街道寬度W (m)15203040建筑物商度h (m)25201052.2、 多普勒效應(yīng)帶來的頻偏我國的高鐵列車速度可高達(dá)300 km/h"500 km/h,這么快的速度會(huì)產(chǎn)生多普 勒頻移，導(dǎo)致基站的發(fā)射和接收頻率不一致。高鐵的速度越快，頻偏也越大， 這 將導(dǎo)

18、致基站信號(hào)接收性能下降，高速引起的大頻偏對(duì) 于接收機(jī)解調(diào)性能的提 升是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。圖1總鐵多普勃效應(yīng)當(dāng)UE與基間的相對(duì)移動(dòng)速度越大，多普勒頻移越大。通過計(jì)算可以得到表2, 5G網(wǎng)絡(luò)中，基站接收到UE的頻偏比LTE網(wǎng)絡(luò)高很多，已經(jīng)高于pleamble的子 載波間隔(1.25 kHz )o高鐵速度與頻段上行多普勒頻偏關(guān)系速率/'km.h”1.8 GHz2. 6 GHz3. 6 GHz頻段頻偏/Hz頻段頻偏/Hz頻段頻偏/Hz2006679631 3332508331 2041 6673001 0001 4442 0003501 1671 6852 3334001 3331 9262 6

19、674501 5002 1673 000多普勒頻移將使接收頻率偏移，產(chǎn)生OFDM符號(hào)內(nèi)和符號(hào)間干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì) 造成接收方無法解調(diào)出發(fā) 送方的發(fā)射數(shù)據(jù)，最終造成UE無法接入網(wǎng)絡(luò)。若UE 無法支持對(duì)應(yīng)頻率和速度下的頻偏范圍，將會(huì)導(dǎo)致UE入網(wǎng)困難、KPI惡化以 及吞吐率下降等性能問題。2.3、 用戶集中多，容量需求大目前乘坐高鐵的用戶越來越多，每當(dāng)高鐵過境時(shí)，覆蓋高鐵的基站用戶數(shù)劇 增，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷 瞬間飆升。以現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)來說，在高鐵列車過境時(shí)， RRC連接用戶數(shù)瞬間勰升100多個(gè)，導(dǎo)致瞬間的PRB利用率過高，基站負(fù)荷過高， 用戶感知下降。2.4、 頻繁切換重選影響感知高鐵經(jīng)過的區(qū)域較多，路

20、線較長，高鐵上用戶在使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 頻繁的小區(qū)切換、重選。如果高鐵覆蓋的切換帶設(shè)置不合理、切換參數(shù)設(shè)置不 合理的話，將會(huì)導(dǎo)致高鐵用戶在高鐵上切換時(shí)產(chǎn)生切換較慢、切換失敗、掉線 等網(wǎng)絡(luò)問題。3、5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃3. 1、NSA/SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)G NR 的組網(wǎng)模式,有 SA (Standalone)和 NSA (Non-Standalone)兩種方式。 SA即為獨(dú)立組網(wǎng)，包括Option 2/4/4a三種組網(wǎng)方式；而NSA則是NR以LTE eNB 做為控制面錨點(diǎn)接入EPC,包括Option3/3a/3x/7/7a/7xo當(dāng)采用NSA組網(wǎng)時(shí)，PUSCH的信號(hào)僅在其中1T發(fā)射，因此，發(fā)射功率將從 原

21、來的26dBm降低為23dBmo同時(shí)，參考系統(tǒng)仿真建議，SINR將在SA基礎(chǔ)上+2dB。 也即，對(duì)比SA組網(wǎng)，NSA的MAPL要小5dB。SA和NSA組網(wǎng)鏈路預(yù)算參數(shù)差異SANSAeUETx PowerdBm2623SINRdB一+3dBMAPLdB一-5dB而下行終端依然是4R接收，目前暫未考慮NSA對(duì)于下行鏈路預(yù)算的影響。實(shí) 際上，因?yàn)镹SA時(shí)上行SRS單發(fā)，影響賦形性能，下行也會(huì)有約10%20%的容量 損失。3.2、連續(xù)覆蓋規(guī)劃在SA網(wǎng)絡(luò)下，錨點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)將導(dǎo)致終端需要進(jìn)行過多的測量，影響用戶 感知速率及終端耗電。高鐵車速快,NSA下NR覆蓋如果不連續(xù)，會(huì)頻繁地添力口、 刪除NR輔小區(qū)，

22、用戶根本無法享受到5G帶來的高速率服務(wù)，所以建議NSA場 景下疝覆蓋一定要連續(xù)。同樣在SA網(wǎng)絡(luò)下，為了避免高鐵SA網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)覆蓋 而回落到LTE網(wǎng)絡(luò)帶來的感知下降，SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下NR也必須要連續(xù)覆蓋。刪除NR I I添加NR 輔小區(qū)!:輔小區(qū)II3. 3、Massive MIMO 選擇MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于WIFI、LTE等。理論上，天線越多，頻譜效率和傳 輸可靠性就越高。具體而言，當(dāng)前LTE基站的多天線只在水平方向排列，只能 形成水平方向的波束，并且當(dāng)天線數(shù)目較多時(shí).，水平排列會(huì)使得天線總尺寸過大 從而導(dǎo)致安裝困難。而5G的天線設(shè)計(jì)參考了軍用相控陣?yán)走_(dá)的思路，目標(biāo)是更 大地提升系統(tǒng)的空間

23、自由度?；谶@一思想的LSAS技術(shù)，通過在水平和垂直方 向同時(shí)放置天線，增加了垂直方向的波束維度，并提高了不同用戶間的隔離（如 圖7所示）。同時(shí)，有源天線技術(shù)的引入還將更好地提升天線性能，降低天線耦 合造成能耗損失，使LSAS技術(shù)的商用化成為可能。X XXX - -X XXX X XX* » ¥<5仁中R于Mazhe Ml NIC g壬小年WR布天線與4G天線對(duì)比由于LSAS可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整水平和垂直方向的波束，因此可以形成針對(duì)用 戶的特定波束，并利用不同的波束方向區(qū)分用戶。基于LSAS的3D波束成形可以提供更細(xì)的空域粒度，提高單用戶MIMO和多用戶MIMO的性能?；?/p>

24、3D波束成形技術(shù)的用戶區(qū)分同時(shí)，LSAS技術(shù)的使用為提升系統(tǒng)容量帶來了新的思路。例如，可以通過半靜 態(tài)地調(diào)整垂直方向波束，在垂直方向上通過垂直小區(qū)分裂(cell split)區(qū)分不 同的小區(qū)，實(shí)現(xiàn)更大的資源復(fù)用?；贚SAS的小區(qū)分裂技術(shù)大規(guī)模MIMO技術(shù)可以由一些并不昂貴的低功耗的天線組件來實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn) 在高頻段上進(jìn)行移動(dòng)通信提供了廣闊的前景，它可以成倍提升無線頻譜效率，增 強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和系統(tǒng)容量，幫助運(yùn)營商最大限度利用已有站址和頻譜資源。我們以一個(gè)20平方厘米的天線物理平面為例，如果這些天線以半波長的問 距排列在一個(gè)個(gè)方格中，則：如果工作頻段為3.5GHz,就可部署16副天線；如工作頻段為1

25、0GHz,就可部署169根天線了。Antenna element spacing (cf)3.5 GHz (>% = 8.6 cm)1O GHz (a = 3 cm)20 GHz(A = 1.5 cm)0.5工161696760.7 A9一 <51e； 5L 菸 120*20cm天線物理平面部署3D-MIM0技術(shù)在原有的MIM0基礎(chǔ)上增加了垂直維度，使得波束在空間上三 維賦型，可避免了相互之間的干擾。配合大規(guī)模MIMO,可實(shí)現(xiàn)多方向波束賦型。 口口口 口口口 口/一 口口 口口 口口口/波束在空間上三維賦型Massive MIMO是5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，通過大規(guī)模天線可以達(dá)到32T3

26、2R.64T64R,具有波束賦型和MU-MIMO的特性，可以提升覆蓋和容量。但高鐵場景 下，UE隨著高鐵快速移動(dòng)，無線信道時(shí)變非?？欤瑯I(yè)務(wù)波束很難快速捕捉并及時(shí) 跟蹤信道的變化，很難實(shí)現(xiàn)波束賦型。同時(shí).，高鐵場景的用戶非常集中，很難達(dá) 到MU-MIMO的用戶配對(duì)。因此，兼顧天線成本，高鐵場景下天線不采用64T64R 的大規(guī)模天線，而是采用8T8R高增益窄波束天線。當(dāng)高鐵穿過城區(qū)，車速會(huì)放 緩，為了兼顧大網(wǎng)的用戶，高鐵場景下城區(qū)區(qū)域可以采用32T32R天線。3.4、 高鐵覆蓋站點(diǎn)規(guī)劃根據(jù)鏈路預(yù)算方法，可以得到以下在上行/下行不同邊緣速率情況下的上行/下行最大允許路徑損耗的表格邊緣速率/Mbs -

27、上行允許最大路徑損耗/ dB下行允許最大路徑損耗/ dB城區(qū)農(nóng)村城區(qū)農(nóng)村UL 1/DL10119. 75124. 58137. 03141. 86UL 2/DL20116. 74121. 57131. 5139. 33UL 5/DL50112. 77117.6130. 29135. 12根據(jù)上表可以看出下行允許的最大路徑損耗比上行多17個(gè)dB,也就是說上行 的覆蓋更容易受限。因此，以上行1 Mb/s的上行最大路徑損耗來計(jì)算小區(qū)的覆 蓋 半徑。目前5G網(wǎng)絡(luò)主流頻段使用3. 5 GHz頻段，而且 在高鐵場景下基站大 部分都是用宏站，視距傳播，以3Gpp38. 901的傳播模型來計(jì)算，可以得到在城

28、區(qū)5G NR基站的小區(qū)覆蓋半徑為430m,農(nóng)村的小區(qū)覆蓋半徑為570m。在高鐵場景下，基站到鐵軌的垂直距離主要和掠射角有關(guān)，掠射角越小，穿透損 耗就會(huì)越大，一般掠射角不能小于10° ,基站到鐵軌的垂直距離在100 nl左右。關(guān)于高鐵沿線5G NR小區(qū)的切換時(shí)間，從切換的測 量、判斷、執(zhí)行的時(shí)間來看， 一般在1s內(nèi)就能完成切 換，考慮到一定的冗余時(shí)間，以高鐵2 s行駛的距離作 為5G小區(qū)的切換重疊覆蓋區(qū)，高鐵速度按照350 km/h來計(jì)算，重疊覆蓋區(qū)即 為 194m。根據(jù)邊緣速率，通過鏈路預(yù)算和傳播模型的公 式，可以計(jì)算得到高鐵5G小區(qū)在 城區(qū)和農(nóng)村的覆蓋半 徑。結(jié)合5G高鐵小區(qū)的切換

29、重疊覆蓋區(qū)，可以計(jì)算高鐵5G 小區(qū)的站間距，在城區(qū)場景高鐵5G小區(qū)站間距為666m,農(nóng)村場景高鐵5G小區(qū)站間距為946m。因此,高鐵5G小區(qū)的站間距范圍為6601n940 m03.5、 高鐵主要場景的規(guī)劃對(duì)于移動(dòng)通信來說，高鐵是個(gè)很復(fù)雜的場景，因?yàn)楦哞F沿線會(huì)有隧道、橋梁等特 殊場景的覆蓋需求。土高鐵候車大廳高鐵的候車大廳一般都是封閉的場館，通過室外的宏站進(jìn)行覆蓋，效果會(huì)較差, 一般采用室內(nèi)覆蓋的方式。候車大廳內(nèi)比較寬敞，但是人流非常密集，容量需求 非常高。在候車大廳這種場景，可以采用多個(gè)5G的AAU掛墻進(jìn)行覆蓋或者用數(shù) 字化室內(nèi)分布進(jìn)行覆蓋。*國鐵站分高鐵站臺(tái)是用戶在高鐵上下車及等待的區(qū)域，整

30、個(gè)區(qū)域比較開放，可以用附近的 宏站進(jìn)行覆蓋。高鐵在進(jìn)出站臺(tái)時(shí).，車速都會(huì)比較慢，幾乎沒有多普勒效應(yīng)，用 戶在上下車的等待中移動(dòng)性相對(duì)較少，基站的天線可以采用64T64R,同時(shí)兼顧 站點(diǎn)用戶的人流密集的容量需求。*高鐵沿線高鐵沿線一般經(jīng)過城區(qū)和農(nóng)村開闊地帶，都是用 宏站進(jìn)行覆蓋，采用8T8R的高 增益窄波束天線。在建設(shè)過程中盡量利舊現(xiàn)有的4G基站，在覆蓋不足的區(qū)域需 要新建基站，基站與鐵軌的垂直距離一般在100 m左右，盡量使得基站與終端之 間存在直射徑，這樣可以提供更好的覆蓋性能。高鐵5G基站的分布采用“之” 字型的方式，站點(diǎn)交錯(cuò)分布在高鐵的兩側(cè)，這有利于5G無線信號(hào)的均勻分布， 使得切換覆蓋

31、區(qū)的銜接更好。如果高鐵有拐彎時(shí)，盡量部署在鐵軌的內(nèi)拐彎處。當(dāng)高鐵隧道較短時(shí)，如長度小于500 m,可以在隧道的兩端用天線對(duì)打的方 式在隧道內(nèi)進(jìn)行覆蓋。在隧道較長時(shí).，如長度大于500 m,由于隧道空間狹小， 宜采用輻射型泄露電纜覆蓋，輻射型泄漏電纜覆蓋均勻，且具有方向性，適合 覆蓋隧道。在高鐵隧道中基本上每隔500 nl就會(huì)有個(gè)設(shè)備洞室，可以放置5G的 BBU和RRU,泄露電纜安裝在與高鐵列車窗口對(duì)應(yīng)的位置，為了增加容量和用戶 感知，可以采用兩根泄露 電纜形成雙流MIMO。4、高鐵場景5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化4.1、 覆蓋的優(yōu)化覆蓋是移動(dòng)通信的基礎(chǔ)，在高鐵場景下，5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化主要在于天線及切 換帶的大小

32、。在天線方面，天線的入射角會(huì)影響到入射信號(hào)在高鐵的穿透損耗， 因此合理的天饋方位角和俯仰角是保證良好覆蓋的基礎(chǔ)。在優(yōu)化中，盡可能地 讓天線近點(diǎn)覆蓋，減小信號(hào)衰減，同時(shí)根據(jù)站間距及站軌距合理設(shè)置天線入射 角度。在切換帶的大小方面，切換帶過小會(huì)導(dǎo)致切換失敗，過大則會(huì)產(chǎn)生乒乓 切換，增加干擾，因此需要合理的RF優(yōu)化，保證切換帶大小適中。4.2、 多普勒頻偏補(bǔ)償多普勒效應(yīng)是影響高鐵網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素，一直以來解決多普勒效應(yīng)的 頻移問題，主要都是靠設(shè)備廠家在基站上實(shí)施的頻偏補(bǔ)償方案?；就ㄟ^對(duì)接 收到上行信號(hào)進(jìn)行頻偏檢測，從而在發(fā)射下行信號(hào)時(shí)進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，來抵消多 普勒效應(yīng)帶來的頻偏問題，改善無線鏈路性

33、能。雖說5G網(wǎng)絡(luò)的頻段較高，帶來 的頻 偏較大，但目前的設(shè)備性能及頻偏校正算法，能更好 地跟蹤高速移動(dòng)速度, 具有更好的信道估計(jì)和頻偏檢測能力，能更及時(shí)地進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。4.3、 切換參數(shù)優(yōu)化高鐵是線覆蓋場景，在高鐵沿線跨區(qū)域跨基站的情況會(huì)比較多，而且由于高 鐵5G小區(qū)的覆蓋范圍較 小，用戶在使用過程中產(chǎn)生的切換會(huì)比較頻繁。在高 鐵5G網(wǎng)絡(luò)的切換策略上，切換各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置要根據(jù)高鐵的特點(diǎn)，保證切換的 順暢和快速完成。5G網(wǎng)絡(luò)采用A3事件觸發(fā)切換，在觸發(fā)A3事件前要進(jìn)行MR 測量 報(bào)告的上報(bào)。5G的測量報(bào)告是UE的物理層進(jìn)行測量，測量結(jié)果經(jīng)過L3濾 波向高層提供測量結(jié)果。高鐵的車速很快，信號(hào)波動(dòng)會(huì)

34、比較大，歷史測量結(jié)果 的可參考 度較低，在L3濾波的參數(shù)設(shè)置上要盡量減少歷史測量結(jié)果的影響。在 A3事件參數(shù)設(shè)置中，也要減少A3事件切換時(shí)間遲滯，使得目標(biāo)小區(qū)滿足A3事 件的RSRP后 能盡快觸發(fā)切換。在高鐵場景下，為了避免頻繁的切換，一般都會(huì)采用小區(qū)合并的方式來擴(kuò)大合并 后小區(qū)的覆蓋范圍，減少頻繁的小區(qū)間切換。對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)，在使用小區(qū)合并的 方法時(shí)，還可以采用CU+DU分開的架構(gòu)。同一個(gè)CU下的DU之間進(jìn)行切換，由于 控制面集中，PDCP的實(shí)例無需復(fù)位或重建，切換流程涉及到的網(wǎng)元交互會(huì) 減 少，可以減少切換的時(shí)延，降低切換失敗的概率。4.4、 PRACH參數(shù)優(yōu)化高鐵場景下，UE高速移動(dòng)的時(shí)候，頻偏會(huì)導(dǎo)致基站在檢測PRACH信道時(shí)， 時(shí)域上出現(xiàn)偽相關(guān)峰，影響 基站對(duì)PRACH信道的檢查。根據(jù)前面的分析可知， 時(shí)速超過200 km/h的多普勒頻移已經(jīng)超 過1. 25 kHz的preamble子載波間隔， 在這種高速的情況下，如果還是用普通低速模式下的PRACH參數(shù)規(guī)劃，將會(huì)嚴(yán) 重影響用戶的接