高铁场景的５Ｇ无线网络规划及优化策略分析
曹建明
广东省电信规划设计院有限公司，广东广州５１００００
摘要：当前形势下，经济环境不断变化，在此基础上，网络技术得到了快速的发展，以往的无线网络在建设过程中会存在很多的问题，例如难以满足用户的实际需求等，５Ｇ网络的出现，成功解决了以往网络技术在应用中存在的困难㊂高铁是人们日常出行中选择的主要交通工具，如果能在高铁中覆盖５Ｇ网络，将会为人们的出行提供更多的便利，因此，对高铁场景的５Ｇ无线网络进行合理的规划，并采取切实有效的策略进行优化，已经成为５Ｇ网络发展的主要方式㊂
关键词：高铁；５Ｇ无线网络；网络规划
中图分类号：ＴＮ９２９．５
０引言
随着５Ｇ网络技术的不断完善和推广，５Ｇ网络已经成为当前网络技术发展的主要趋势，因其快捷㊁便利的特点，开始逐渐在高铁场景中进行推广，为了做好高铁场景５Ｇ网络的规划和优化，本文对５Ｇ网
络在高铁场景中面临的挑战进行了深入的分析和研究，并进行了合理的网络规划，结合具体发展实际，提出了切实可行的网络优化策略㊂
１高铁场景的５Ｇ无线网络应用概述
近两年５Ｇ网络快速发展，多家运营商都在不同的城市进行了网络试点，并对其进行组网规划和验证测试等㊂以中国联通为例就已经把高铁列入主要的应用场景，建设了高铁３Ｇ和４Ｇ网络，经过多年的发展和完善，高铁网络覆盖质量不断提升，已经可以完全满足用户的实际需要［１］㊂因此，选择高铁作为交通工具的人同样是５Ｇ网络运行的主要使用者，
为了使５Ｇ网络技术在运行的过程中可以保持长久的稳定性，提升运营商在人们心中的影响力，对于高铁场景下的５Ｇ网络覆盖质量也提出了更高层次的标准和要求㊂
２５Ｇ网络覆盖在高铁场景面临的挑战
在移动通信网络覆盖中，高铁场景的变化性比较强，同时也比较强㊂高铁列车在运行的过程中，与外界环境完全隔绝，速度快㊁用户集中，网络覆盖场景也比较多样化，因此，５Ｇ网络在高铁场景中进行覆盖时会面临巨大的挑战㊂
２．１传播损耗和穿透损耗更大
目前，５Ｇ网络主流频段已经确定，该频段比以往的网络频段相对更高一些㊂在对传播损耗和频率之间的关系进行梳理后发现，５Ｇ网络所产生的传播损耗要高于ＬＴＥ网络㊂
穿透损耗与网络使用频率之间并没有直接的联系，但是对于同一介质来说，穿透损耗会受到频率的影响，如果频率提高，穿透损耗也会随之增加㊂不同型号的车厢产生的穿透损耗存在一定的差异，普通高铁列车会比全封闭的新型列车产生的穿透损耗少㊂实际测试结果具体如表１所示㊂
表１㊀高铁不同型号车辆与不同频段的穿透损耗ｄＢ
车㊀型
频㊀段
１．８ＧＨｚ２．６ＧＨｚ３．５ＧＨｚ和谐号２８３０３３
复兴号３１３３３６㊀㊀在３．５ＧＨｚ频段下，５Ｇ网络在高铁中进行使用时，产生的传播损耗和车体穿透损耗比较大㊂特别是高铁列车线装覆盖，如果与高铁列车的入射角设置不合理，将会对信号产生影响㊂
２．２多普勒效应带来的频偏
我国的高铁列车在运行过程中最高可以达到５００ｋｍ／ｈ，在速度的影响下会产生多普勒频移，导致
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的发射和接收频率不能保持一致［２］㊂因此也可以说高铁速度会直接影响频偏，也会导致信号不能准确进行接收，高铁引起的频偏对于接收机解调性能提升来说面临巨大的困难㊂受多普勒效应影响，在接收频率发生偏移时，会对信号产生干扰，严重甚至会影响接收效果，导致网络无法准确连接㊂如果ＵＥ无法支持对应频率和速度下的频偏范围，将会导致ＵＥ在入网过程中出现困难，影响整体的性能提升㊂
２．３用户集中多，容量需求大
目前，选择高铁作为交通工具的人逐渐增多，高铁在运行的过程中，覆盖高铁的用户数快速增加，移动网络承载了更加巨大的负荷㊂对于以往的网络技术来说，在高铁列车运行的过程中，ＲＲＣ连接用户数可以在短时间内达到上百个，导致瞬间的ＰＲＢ快速升高，难以承受巨大的符合，用户不能在第一时间内快速感知㊂
２．４频繁切换重选对感知产生影响
高铁在运行的过程中会经过很多的区域，路线也比较长，高铁用户在使用网络的过程中，会不断切换小区㊂如果高铁切换带不能准确进行设置，参数设置不符合，将会导致高铁用户在使用时不能马上进行切换，或者导致切换失败等问题的产生［３］㊂
３高铁场景的网络规划
３．１ＮＳＡ／ＳＡ网络架构
和谐号和复兴号的区别５Ｇ的网络架构可以分为不同的模式㊂ＮＳＡ的组网模式主要就是以４Ｇ网络为基础，对５Ｇ网络进行控制㊂而ＳＡ的组网模式主要就是在５Ｇ网络中对网络进行控制，与４Ｇ网络没有任何的联系㊂
近些年发布的标准版本中，已经对两种模式的方案进行了完善和优化㊂但是ＳＡ组网模式核心目前拥有的功能还比较单一，不支持多种功能的使用，而且该模式的终端芯片还处于推出阶段，需要优化和完善，充分说明ＳＡ组网模式端技术还需要更多的时间才能成熟㊂
在高铁场景中用户的主要需求就是娱乐，目前已经拥有的网络完全可以满足，用户对５Ｇ并没有强烈的需要㊂为了避免投资资金的增加，使用ＳＡ网络架构，可以避免不同模式产生的差异性，需要对其进行明确㊂３．２连续覆盖规划
在网络使用过程中，由于高铁的速度非常快，如果不能保证覆盖的连续性，用户将无法体会到良好的服务㊂所以，ＮＳＡ场景下ＮＲ覆盖必须保证连续性㊂为了避免不连续覆盖对ＬＴＥ网络产生的影响，ＳＡ网络架构下ＮＲ也需要连续覆盖㊂
３．３高铁主要场景规划
（１）高铁候车大厅
高铁的候车大厅封闭性比较强，如果在室外环境中进行覆盖，受到的影响比较多，很难保证覆盖效果，所以一般都会选择在室内进行覆盖㊂候车大厅非常广阔，每天都会经过大量的人流，对容量具有非常严格的要求㊂在候车大厅，可以使用多个５ＧＡＵＵ挂墙进行覆盖㊂
（２）高铁站台
高铁旅客需要在站台上下车，整个区域相对比较开放，可以使用附近的宏站进行覆盖［４］㊂高铁在经过站台时，会逐渐减速，受多普勒影响比较少，用户在上下车的过程中移动比较少，的天线可以使用６４Ｔ６４Ｒ，可以满足不同用户在人多时的网络需要㊂
（３）高铁沿线
高铁沿线一般都会设立在城区，需要使用宏站进行覆盖㊂在建设过程中应该充分发挥４Ｇ的优势，如果覆盖的范围受到限制，需要重新建立，与铁轨之间的垂直距离不能超过１００ｍ，以此提高覆盖率㊂高铁５Ｇ可以使用之字形进行分布，在高铁两侧不同位置分布站点，使信号可以在不同角度都有所覆盖，保持信号的稳定性，提高网络的覆盖率㊂
４优化５Ｇ无线网络重点策略
４．１覆盖的优化
只有准确进行覆盖，才能发展移动通信，在高铁场景下，天线的大小需要作为优化的重点㊂在天线方面，高铁穿透损耗会受到天线入射角的影响，因此，需要对角度进行合理设置，才能保证覆盖的准确性［５］㊂在进行优化时，尽量使天线在短距离内进行覆盖，保证信号的稳定性，同时根据站间距准确设置天线入射角度㊂对ＲＦ进行优化，避免切换带大小不合理，影响信号的传输㊂
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４．２多普勒频偏补偿
高铁网络性能提升受到多普勒效应的影响㊂为此，需要实施频偏补偿方案进行解决㊂在对信号进行准确接收后，需要进行频偏检测，从而进行频偏补偿，来效应多普勒效应带来的影响㊂使用频偏校正算法，可以对高铁的运行速度有及时地了解，对频偏进行检测，以便进行频偏补偿㊂
４．３切换参数优化
为了避免高铁用户在使用过程中出现切换频繁的问题㊂在高铁５Ｇ网络进行切换时，需要结合高铁的运行特点设置具体的参数，保证可以在最短的时间内顺利进行切换㊂可以采用小区合并的方式延伸小区的覆盖范围，减少切换的次数㊂对于５Ｇ网络来说，在使用小区合并法时，需要分开不同的架构㊂在同一ＣＵ下的ＤＵ之间进行切换，可以集中控制面，避免切换过程中花费大量的时间，提高切换的成功率［６］㊂
４．４ＰＲＡＣＨ参数优化
在高铁场景下，高铁快速移动的过程中，频偏会影响的检测信号，影响正常的信道检查㊂如果仍然使用以往设置的参数进行规划，将会影响网络的连接和切换等功能㊂在ＰＲＡＣＨ时域配置时，考虑到上下行的子帧配置的位置以及高铁用户密集的情况，在３ＧＰＰ３８．２１１Ｔａｂｌｅ６．３．３．２⁃３表中，选择合适的时域配置，一般是在子帧４或子帧９㊂
５结论
综上所述，目前５Ｇ网络还只是在一些重点城市进行试用，高铁场景的网络部署还处于筹划阶段㊂本文结合高铁网络规划中存在的问题，对未来高铁场景中的网络进行了合理的规划，并提出了针对性的规划策略，希望可以为５Ｇ网络技术的发展提出建议㊂
参考文献
［１］赵晨．５Ｇ网络多场景覆盖策略研究［Ｊ］．信息通信，２０１８（９）：２２７⁃２２９．
［２］张建强，冯博，王春宇．５Ｇ网络室内覆盖解决方案［Ｊ］．电信快报，２０１７（５）：１１９⁃１２１．
［３］周宏成．５Ｇ无线接入网络架构设计［Ｊ］．电子科学技术，２０１７（５）：１０２⁃１０５．
［４］庞立华，张阳，任光亮，等．５Ｇ无线通信系统信道建模的现状和挑战［Ｊ］．电波科学学报，２０１７（５）：４８７⁃４９７．［５］鲁义轩．５Ｇ应用百花齐放５Ｇ试点步入多场景测试阶段［Ｊ］．通信世界，２０１８（１１）：１２９⁃１３２．
［６］林华乐，冼海恒．高速场景下５Ｇ网络ＰＲＡＣＨ规划［Ｊ］．移动通信，２０１９，４３（７）：１８２⁃１８５．
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