浅析5G无线网络在高铁场景中的规划与优化

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　　摘要：本文探讨了5G网络在高铁场景下面临的问题，分析了5G网络在高铁场景下面临的问题，研究了高铁场景5G无线网络的规划和优化措施。
　　关键词：5G无线网络;高铁;规划与优化
　　中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）01-0017-01
　　1 5G无限网络在高铁场景规划和优化的意义
　　2018年国际移动通信标准化组织3GPP工作组在韩国釜山召开了5G第一阶段标准制定的最后一场会议，这宣布这第一阶段5G标准的确定，随后三大运营商便开始对一些试点城市进行5G的部署和规划。目前中国联通也把高铁列入到了无线网络的使用场景中，高铁和高铁站的人流量都十分巨大，之前也已经完成了对高铁的3G、4G网络的覆盖且如今已经达到较高的水平，而随着社会的发展旅客对网络的需求将进一步加大，为了满足旅客的需求，完成5G在高铁场景规划就十分重要。
　　2 5G网络在高铁场景下面临的问题
　　高铁场景中有人流量大，高铁列车的密闭性高，速度快、车厢中的情况较为复杂等因素，这些因素都对5G的规划带来了一定的挑战[1]。
　　2.1 信号传播损耗太大
　　目前5G的主流频段通常为C段，相对于LTE（4G）网络而言这个频段的频率高了一倍左右，而更高的频率带来的就是更高的传播损耗。同时在同一种介质下穿透损耗是随着频率的增加同样在增加，二者呈正相关。这也使得在高铁场景下，高铁列车的不同所对应的穿透损耗也有一定的变化。在经过具体的试验得到和谐号在1.8GHZ、2.6GHZ、3.5GHZ的传统损耗分别为28dB、30dB、33dB，而复兴号分别为31dB、33dB、36dB。证明5G在高铁的应用场景中传播损耗会更大，并且由于高铁列车为线状，一旦基站发射的信号与高铁形成的角度较小，损害还会进一步增大。
　　2.2 基站切换过于频繁
　　单个的基站覆盖的范围往往十分有限，所以一辆列车在一个基站覆盖范围内停留的时间也往往较短，甚至可能发生提留时间小于切换的最小延迟的现象发生，在这样的情况下用户的网络体验往往较差。在高铁的一些轨道附近一定区域内会存在居民区，高铁从旁经过时会导致区内信号的频繁切换，最终使得终端吞吐量变小，甚至导致信号终端，扰乱居民的网络质量。我国的高铁的车速大多都在300千米每小时以上，在这样高速的状态下往往会发生多普勒效应，从而带来一定的频移现象。而随着高铁技术的发展，社会的需要，高铁的速度一定会越来越快，而更快的速度带来便捷的同时会导致基站之间更为快速的切换，更会导致多普勒效应导致的频移现象更加明显，从而进一步加深信号接收弱的问题。
　　2.3 用户密度高，对网络的需求性较大
　　高铁和高铁站中都是人员十分密集的区域，人的数量众多带来的就是对网络的需求量的增大，可以说现在每一个人都离不开互联网，为了满足每个人的需求，就需要对每个人的信号的稳定做出保障。在每个人都需要网络的人员密集的场景下移动网络的负荷将会大大的提升，如何使网络质量满足每个人的需求对移动信号网络是一个难点。同时由于高铁的速度快，在基站间切换十分频繁且运送的客流量较大，所以在行驶过程中会对经过的基站造成突然地压力，例如高铁在从一个基站的覆盖范围换到另一个的基站范围时，新的基站可以是片刻间就多了数以百计的连接用户，很容易发生基站负荷过高导致用户需求得不到满足的现象发生。
　　3 高铁场景5G无线网络的规划和优化措施
　　在出行中人们喜欢高铁的快速便捷，所以选择高铁为出行方式，而在路程途中为了打发时间往往選择观看电视剧玩手机游戏等方式，这就使得高铁对网络的需求大且复杂。同时高铁的行驶过程中面临的环境较为复杂，沿线中往往要穿过隧道经过桥梁，城市等场景。同时还有高铁站不同区域带来的不同影响，同时不同地区的5G网络规划和覆盖方式往往存在较大的出入，这都使得高铁在5G规划的过程中进行不断地优化升级，从来保证5G无限网路的高质量覆盖，来满足乘客的网络需求[2，3]。
　　3.1 对高铁沿线的布局
　　高铁沿线大多情况下往往都是郊外，还有少量的城区部分。在开阔的郊外场景中，目前我国的运营商大多使用宏站进行无线网络信号的覆盖，而宏站采用的就是8T8R的高增益天线。在进行5G规划布局时要充分对4G的基站进行合理科学的利用，在无法使用原有的4G基站进行覆盖优化需要建设新的基站时，一定要对和高铁的距离和角度进行考量，使得距离较近的同时角度尽量较大。同时建议在建设基站时分别将基站每见一座换一侧，将基站建立在高铁线路的两边，使得信号分布给为均匀可以得到充分的覆盖和利用，同时在高铁轨道的拐角处建设基站时，以建设在内侧为佳，内侧可以覆盖更多的高铁轨道范围，进一步为高铁的网络质量提供保障。
　　3.2 高铁隧道的信号覆盖
　　在当下的高铁隧道覆盖方案中往往采用高品质泄露同轴电缆覆盖，同时将漏缆的规格控制为1-5/8”（13/8”）;同时为了防止多频段系统之间所造成的频率干扰的影响带来的系统间隔离度增加的问题，应该使用的互调抑制标准要满足低于-150dBc的POI;而为了保证无线信号的稳定和覆盖范围的全面，通常采用RRU方式对信号尽心延伸覆盖。在高铁路程中较长的隧道中往往每距离500m就会有一个避车洞室。而远端频射单元的范围十分有限所以通常并不会采用。
　　3.3 高铁站的信号覆盖
　　高铁站中人流量巨大，其中最为集中的部分就是候车大厅和站台。后车大厅往往是密闭的场地，而站台则较为开阔。由于候车大厅为密闭的场地所以宏站对其的覆盖效果就相对较差，对候车大厅往往采用室内覆盖。候车大厅空间大人多，对网络的需求量很高，对候车大厅的5G覆盖可以使用的多个5G的AAU进行覆盖，具体的安装方式可以选择墙挂或者数字化室内分布来进行。高铁站台则相对开阔，且高铁列车在进站时的速度往往较低，所以不会产生多普勒效应带来的频移，同时乘客上下车时的移动速度较慢，附近区域的宏站可以加强相应的对用户的负荷能力即可满足乘客的需要。
　　3.4 对多普勒效应导致的偏移进行优化
　　多普勒效应导致的频移现象会对高铁的网络性能造成很大的影响。对频移现象的具体解决方法大多是在设备进行信号接手时时进行补偿和基站对上行信号进行检测来完成。而5G的频率更高往往带来的偏差也较大，目前的性能和算法还需要进一步的优化，从而使得信号具备更好的跟踪高速移动的能力。提供更好的信道和更强的检测偏移的能力，从而及时的对信号进行补偿，保证5G信号质量。
　　4 结语
　　总之，虽然5G目前部署的范围较少，同时高铁的5G网络部署还未开始，但对其的重要程度应该具有清晰地认识，并且提前做好规划，从而保证未来5G在高铁中可以顺利部署。在具体的部署过程要根据高铁站的特征进行规划和优化，面对隧道、站台等特殊场所要进行着重的优化从而满足乘客出行对网络的需要。
　　参考文献
　　[1] 赵洪伟，李玲.高铁LTE专网多频组网优化策略研究[J].邮电设计技术，2019（3）：46-51.
　　[2] 王敏，陆晓东，沈少艾.5G组网与部署探讨[J].移动通信，2019（1）：7-14.
　　[3] 潘翔，张涛，李福昌.高铁隧道场景的5G覆盖方案研究[J].邮电设计技术，2019（8）：26-29.
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