刘琦
中国铁建电气化局集团北方工程有限公司 陕西西安 710000
摘要：随着5G通信技术的不断发展，其已成为国家新基建的重要组成部分，对我国的经济发展有着很大的推动作用。本文针对5G在高铁部署的问题进行了概述，并且提出了一些在高铁场景下的构建方案，从而希望能够针对5G高铁的部署覆盖提供一定帮助。
关键词：5G；高铁场景；NAS架构；SA架构；覆盖部署
引言
目前，高铁技术已经得到广泛应用，国内的三大运营商已经开始试点5G无线网络在高铁场景下的部署和规划，在移动通信的网络覆盖中，高铁场景相对于其他的交通场景来说，比较复杂，它的密封性比较好、车速非常的快，旅客也比较密集，铁路沿线各种多元化的环境都会表明5G无线网络信号的覆盖是一大难题。
1高铁无线场景特点和覆盖原则
高铁需要覆盖的场景包括车站（候车厅、售票处、站台等）、轨行区。高铁车站主要为室内低速超高流量场景，特点是用户移动速度低、人员密集，连接数和数据吞吐量大，可根据车站的规格、人流量大小选择室内布线系统或有源数字化室分系统进行覆盖。高铁轨行区覆盖主要为室外高速突发流量场景，成线型覆盖，特点是用户移动速度快（超过300km/h）、人员集中、列车经过基站时业务量突发显著、地理多变（平原、丘陵、山地、隧道、高架等），一般通过室外宏蜂窝基站进行覆盖，隧道部分根据长度可采用隧道口宏蜂窝覆盖、隧道内泄漏电缆或小板状天线覆盖等多种方式。
2高铁覆盖面临的挑战
2.1场景复杂多样
高铁沿线经过的场景复杂，从人口和建筑物密度上看，高铁沿线场景可以分为密集城区、一般城区、郊区和农村等；从地形角度上看，高铁沿线场景可以分为山区、平原等。不同场景下列车的行驶速度不同，无线信号的传播特性不同，因此需要考虑不同场景的特点，制定针对性高铁覆盖解决方案。
2.2多普勒频移现象严重
根据多普勒频移理论，高速铁路列车运行速度越快，多普勒频移效应越明显，特别是在列车时速超过250km/h时，多普勒频移效应尤其明显。另外在相同运行速度下，系统工作频率越高，多普勒频移就越大，多普勒频移使系统的解调性能下降，影响网络质量。
2.3车厢穿透损耗更大
高速列车车厢采用全封闭式厢体设计，密封性好，部分车型采用金属镀膜玻璃，车体穿透损耗较普通列车大很多，高的穿透损耗，必将加剧信号的衰减，降低用户感知。
3建设原则
（1）共建共享的原则高铁线路的5G无线网建设，由于受到站址，供电等资源的限制，建议多家运营商采用共建共享的原则，共同建设，降低协调困难，可实现高铁线路5G无线网的快速、低成本建设。（2）站址选择原则为了节约投资，加快网络建设进度，建议5G站址选择应结合现有站址分布情况，以利旧现有站点为主，新建站址为辅。考虑到无线信号穿透高铁车厢的穿透损耗与入射角相关，站点离铁路的垂直距离越大，入射角越大，则穿透损耗越小。但从另一方面考虑，站址离铁路距离越远，无线信号在空间的损耗越大，因此要综合考虑传播损耗和穿透损耗的影响，5G站点离铁轨垂直距离宜设为150-200m左右。（3）针对性规划原则在高铁线路中可细分为室外线路、隧道以及车站等，需要针对不同的场景，采用不同的建设方案。对于高铁车站，可以采用有源室分方式覆盖，满足大容量需求；对于隧道场景，建议采用泄漏电缆方式进行覆盖。
目前现网广泛应用的13/8吋漏缆无法支持3.5GHz频段，因此需要引入5/4吋漏缆；对于室外线路，主要以宏基站覆盖为主，可以采用在现有4G网络基础上叠加5G站点方式覆盖，在部分弱覆盖区域，通过新建少量站点的方式提升覆盖水平。（4）小区合并组网原则由于高铁列车快速移动，小区间切换频繁，因此可以采用增加切换重叠区域的长度，以满足切换时间的要求，另一方面，可以采取多小区合并的方案，减少小区的数量，从而减少切换的次数，以提升网络的质量，但是采用多小区合并技术，需要关注小区合并后网络容量下降的问题。
45G高铁部署方案
4.1架构方案
5G网络组网包括NSA和SA两种架构，均可实现4G/5G协同。NSA架构优势在于利用4G信号作为锚点，通过4G信号作为信令的传输工作，实现4G和5G的网络任务双链接。5G高铁部署时采用NSA架构进行部署的话，可以考虑使用联合组网，在5G网络信号的覆盖下，上行可以使用LTEFDD来提升用户网络的使用速率，下行的NR和LTE同时使用来保证下行速率的品质。SA架构方案由5G核心网与5GNR组成，是一种独立状态的5G结构，SA架构是5G网络目标网络方案，支持网络切片、边缘计算等5G新特性。
4.2高铁5G覆盖设备选型
高铁场景包括干线和隧道两种，干线部分采用8T8R基站设备，隧道部分采用2T2R设备，引入多小区合并方案，解决高速移动场景下无线小区切换频繁带来的用户体验下降问题。通过多小区合并将多个连续高铁RRU物理小区组成一个逻辑小区，使用相同的物理小区识别码PCI，这样原来各个物理小区之间的切换变成合并后的逻辑小区之间的切换，扩大了单小区覆盖距离，降低UE的小区重选、小区切换的频次，提升终端用户呼叫成功率。在干线场景下，可按照一般考虑将5-6个站点小区进行多小区合并，兼顾覆盖和容量需求；在隧道场景将多个2T小区合并，干线和隧道连接场景将8T和2T小区合并，从而实现全路段的多个小区合并，大幅减少无线网络切换，保证用户体验。
4.3频繁切换应对措施
在4G网络高铁覆盖方案时，为了减少切换次数，采用多小区合并技术，即：将多个RRU设置为同一逻辑小区，在同逻辑小区内部不需要切换。但是随着4G的发展，用户的增多，多小区合并的不足逐渐显现。由于多小区合并为一个小区，必然会带来网络容量的下降，合并的小区数越多，网络容量下降的越多。因此在5G阶段，引入多小区合并技术的同时，需要考虑网络容量下降问题。目前已经有设备厂商提出了相应的解决方案，即在多小区合并时，仅广播信道共小区，形成一个逻辑小区，而业务信道在各个小区间独立，各小区可独立调度，容量等于多个小区之和，这可以解决多小区合并后容量下降的问题。但是目前该技术还未在网络中大规模应用，其性能需要进一步检验。
4.4站间距设置建议
在高铁覆盖场景下，穿透损耗是必须要面对的问题，在4G高铁覆盖方案中，常采用的是在高铁沿线采用“之”字形的布局，根据地形地物的特征，采用不同的站间距，沿高铁线路进行带状覆盖。根据设备选型分析，在高铁沿线64T64R设备的多通道能力无法发挥，因此可以采用低通道数的设备进行高铁覆盖，以下为某地区8T8R、32T32R设备，在不同站间距下的上下行传输速率测试结果。由表3可以看出在500m站间距时，8T8R和32T32R设备都可实现上下行的良好覆盖，但是考虑到建设成本，设备功耗，8T8R设备将占有较大优势。
结语
综上所述，本文对高铁5G覆盖工程技术进行了介绍，明确了高铁5G覆盖工程技术的重要性和必要性。希望高铁通信技术可以借助5G技术来得到更好的发展，在未来万物互联的社会领域中发挥更大的作用。在5G赋能的环境下，相信不久的将来，高铁5G覆盖工程技术会得到更进一步的深入发展，继而让人们的生活向着万物互联的高度智能化迈进。
参考文献
[1]艾渤,马国玉,钟章队.智能高铁中的5G技术及应用[J].中兴通讯技术,2019,25(6):42-47,54.
[2]杨艳.5G高铁覆盖及部署能力研究[J].电信技术,2019(10):28-31.