淺析5G無線網絡在高鐵場景中的規(guī)劃與優(yōu)化

張榮濤

摘要：本文探討了5G網絡在高鐵場景下面臨的問題，分析了5G網絡在高鐵場景下面臨的問題，研究了高鐵場景5G無線網絡的規(guī)劃和優(yōu)化措施。

關鍵詞：5G無線網絡;高鐵;規(guī)劃與優(yōu)化

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0017-01

1 5G無限網絡在高鐵場景規(guī)劃和優(yōu)化的意義

2018年國際移動通信標準化組織3GPP工作組在韓國釜山召開了5G第一階段標準制定的最后一場會議，這宣布這第一階段5G標準的確定，隨后三大運營商便開始對一些試點城市進行5G的部署和規(guī)劃。目前中國聯(lián)通也把高鐵列入到了無線網絡的使用場景中，高鐵和高鐵站的人流量都十分巨大，之前也已經完成了對高鐵的3G、4G網絡的覆蓋且如今已經達到較高的水平，而隨著社會的發(fā)展旅客對網絡的需求將進一步加大，為了滿足旅客的需求，完成5G在高鐵場景規(guī)劃就十分重要。

2 5G網絡在高鐵場景下面臨的問題

高鐵場景中有人流量大，高鐵列車的密閉性高，速度快、車廂中的情況較為復雜等因素，這些因素都對5G的規(guī)劃帶來了一定的挑戰(zhàn)[1]。

2.1 信號傳播損耗太大

目前5G的主流頻段通常為C段，相對于LTE（4G）網絡而言這個頻段的頻率高了一倍左右，而更高的頻率帶來的就是更高的傳播損耗。同時在同一種介質下穿透損耗是隨著頻率的增加同樣在增加，二者呈正相關。這也使得在高鐵場景下，高鐵列車的不同所對應的穿透損耗也有一定的變化。在經過具體的試驗得到和諧號在1.8GHZ、2.6GHZ、3.5GHZ的傳統(tǒng)損耗分別為28dB、30dB、33dB，而復興號分別為31dB、33dB、36dB。證明5G在高鐵的應用場景中傳播損耗會更大，并且由于高鐵列車為線狀，一旦基站發(fā)射的信號與高鐵形成的角度較小，損害還會進一步增大。

2.2 基站切換過于頻繁

單個的基站覆蓋的范圍往往十分有限，所以一輛列車在一個基站覆蓋范圍內停留的時間也往往較短，甚至可能發(fā)生提留時間小于切換的最小延遲的現(xiàn)象發(fā)生，在這樣的情況下用戶的網絡體驗往往較差。在高鐵的一些軌道附近一定區(qū)域內會存在居民區(qū)，高鐵從旁經過時會導致區(qū)內信號的頻繁切換，最終使得終端吞吐量變小，甚至導致信號終端，擾亂居民的網絡質量。我國的高鐵的車速大多都在300千米每小時以上，在這樣高速的狀態(tài)下往往會發(fā)生多普勒效應，從而帶來一定的頻移現(xiàn)象。而隨著高鐵技術的發(fā)展，社會的需要，高鐵的速度一定會越來越快，而更快的速度帶來便捷的同時會導致基站之間更為快速的切換，更會導致多普勒效應導致的頻移現(xiàn)象更加明顯，從而進一步加深信號接收弱的問題。

2.3 用戶密度高，對網絡的需求性較大

高鐵和高鐵站中都是人員十分密集的區(qū)域，人的數(shù)量眾多帶來的就是對網絡的需求量的增大，可以說現(xiàn)在每一個人都離不開互聯(lián)網，為了滿足每個人的需求，就需要對每個人的信號的穩(wěn)定做出保障。在每個人都需要網絡的人員密集的場景下移動網絡的負荷將會大大的提升，如何使網絡質量滿足每個人的需求對移動信號網絡是一個難點。同時由于高鐵的速度快，在基站間切換十分頻繁且運送的客流量較大，所以在行駛過程中會對經過的基站造成突然地壓力，例如高鐵在從一個基站的覆蓋范圍換到另一個的基站范圍時，新的基站可以是片刻間就多了數(shù)以百計的連接用戶，很容易發(fā)生基站負荷過高導致用戶需求得不到滿足的現(xiàn)象發(fā)生。

3 高鐵場景5G無線網絡的規(guī)劃和優(yōu)化措施

在出行中人們喜歡高鐵的快速便捷，所以選擇高鐵為出行方式，而在路程途中為了打發(fā)時間往往選擇觀看電視劇玩手機游戲等方式，這就使得高鐵對網絡的需求大且復雜。同時高鐵的行駛過程中面臨的環(huán)境較為復雜，沿線中往往要穿過隧道經過橋梁，城市等場景。同時還有高鐵站不同區(qū)域帶來的不同影響，同時不同地區(qū)的5G網絡規(guī)劃和覆蓋方式往往存在較大的出入，這都使得高鐵在5G規(guī)劃的過程中進行不斷地優(yōu)化升級，從來保證5G無限網路的高質量覆蓋，來滿足乘客的網絡需求[2，3]。

3.1 對高鐵沿線的布局

高鐵沿線大多情況下往往都是郊外，還有少量的城區(qū)部分。在開闊的郊外場景中，目前我國的運營商大多使用宏站進行無線網絡信號的覆蓋，而宏站采用的就是8T8R的高增益天線。在進行5G規(guī)劃布局時要充分對4G的基站進行合理科學的利用，在無法使用原有的4G基站進行覆蓋優(yōu)化需要建設新的基站時，一定要對和高鐵的距離和角度進行考量，使得距離較近的同時角度盡量較大。同時建議在建設基站時分別將基站每見一座換一側，將基站建立在高鐵線路的兩邊，使得信號分布給為均勻可以得到充分的覆蓋和利用，同時在高鐵軌道的拐角處建設基站時，以建設在內側為佳，內側可以覆蓋更多的高鐵軌道范圍，進一步為高鐵的網絡質量提供保障。

3.2 高鐵隧道的信號覆蓋

在當下的高鐵隧道覆蓋方案中往往采用高品質泄露同軸電纜覆蓋，同時將漏纜的規(guī)格控制為1-5/8”（13/8”）;同時為了防止多頻段系統(tǒng)之間所造成的頻率干擾的影響帶來的系統(tǒng)間隔離度增加的問題，應該使用的互調抑制標準要滿足低于-150dBc的POI;而為了保證無線信號的穩(wěn)定和覆蓋范圍的全面，通常采用RRU方式對信號盡心延伸覆蓋。在高鐵路程中較長的隧道中往往每距離500m就會有一個避車洞室。而遠端頻射單元的范圍十分有限所以通常并不會采用。

3.3 高鐵站的信號覆蓋

高鐵站中人流量巨大，其中最為集中的部分就是候車大廳和站臺。后車大廳往往是密閉的場地，而站臺則較為開闊。由于候車大廳為密閉的場地所以宏站對其的覆蓋效果就相對較差，對候車大廳往往采用室內覆蓋。候車大廳空間大人多，對網絡的需求量很高，對候車大廳的5G覆蓋可以使用的多個5G的AAU進行覆蓋，具體的安裝方式可以選擇墻掛或者數(shù)字化室內分布來進行。高鐵站臺則相對開闊，且高鐵列車在進站時的速度往往較低，所以不會產生多普勒效應帶來的頻移，同時乘客上下車時的移動速度較慢，附近區(qū)域的宏站可以加強相應的對用戶的負荷能力即可滿足乘客的需要。

3.4 對多普勒效應導致的偏移進行優(yōu)化

多普勒效應導致的頻移現(xiàn)象會對高鐵的網絡性能造成很大的影響。對頻移現(xiàn)象的具體解決方法大多是在設備進行信號接手時時進行補償和基站對上行信號進行檢測來完成。而5G的頻率更高往往帶來的偏差也較大，目前的性能和算法還需要進一步的優(yōu)化，從而使得信號具備更好的跟蹤高速移動的能力。提供更好的信道和更強的檢測偏移的能力，從而及時的對信號進行補償，保證5G信號質量。

4 結語

總之，雖然5G目前部署的范圍較少，同時高鐵的5G網絡部署還未開始，但對其的重要程度應該具有清晰地認識，并且提前做好規(guī)劃，從而保證未來5G在高鐵中可以順利部署。在具體的部署過程要根據(jù)高鐵站的特征進行規(guī)劃和優(yōu)化，面對隧道、站臺等特殊場所要進行著重的優(yōu)化從而滿足乘客出行對網絡的需要。

參考文獻

[1] 趙洪偉，李玲.高鐵LTE專網多頻組網優(yōu)化策略研究[J].郵電設計技術，2019（3）：46-51.

[2] 王敏，陸曉東，沈少艾.5G組網與部署探討[J].移動通信，2019（1）：7-14.

[3] 潘翔，張濤，李福昌.高鐵隧道場景的5G覆蓋方案研究[J].郵電設計技術，2019（8）：26-29.