5G时代高铁覆盖解决方案研究(3)

发布时间：2020-12-18 17:35 所属栏目：17 来源：网络整理

导读：NR下行可以和LTE现网1:1共站，通过上下行解耦、DC双连接提升上行覆盖：从链路预算及速率满足情况来看，5G高铁覆盖主要表现为上行受限，小区边缘速率超过50Mbps，可以实现和4G现网站点1:1共站。从上行边缘速率情况来

NR下行可以和LTE现网1:1共站，通过上下行解耦、DC双连接提升上行覆盖：从链路预算及速率满足情况来看，5G高铁覆盖主要表现为上行受限，小区边缘速率超过50Mbps，可以实现和4G现网站点1:1共站。从上行边缘速率情况来看，5G相对LTE FDD存在上行覆盖受限，需要上下行解耦或DC双连接提升上行覆盖，解耦后上行速率提升明显。小区实际覆盖半径可根据具体站点规划情况确定，在1:1基础上，进行个别站点补充满足规划目标。

图2给出了边缘吞吐率与小区半径的关系示意。

图2 边缘吞吐率与小区半径的关系

3.3 切换区域设计

由于5G无线通信系统的需求，系统可靠性为99.999%，端到端时延＜1ms，在列车时速达350 km/h，双向切换区域范围较大。终端用户在小区频繁切换，切换时带来的吞吐率体验下降明显，甚至掉话增加，因此，减少小区间切换是提升高铁用户体验感知的关键。

5G系统需要的切换重叠区域测算如图3所示，A过渡区为信号到满足切换电平迟滞（~2dB）需要的距离，并且考虑防止信号波动需重新测量而影响切换的距离余量。B切换区域：时延1为终端测量上报周期+切换时间迟滞，时延2为切换执行时延，包括信令面及数据面执行时延。

图3 切换重叠区域测算示意

合理的重叠覆盖区域规划是实现业务连续的基础，重叠覆盖区域过小会导致切换失败，过大会导致干扰增加，影响用户业务感知，实际规划中，根据网络参数配置及时延要求评估，进行合理的切换区域设计。考虑单次切换时，重叠距离= 2* (电平迟滞对应距离+切换触发时间对应距离+切换执行距离)。

以常用配置（切换测量及判决160ms、切换执行20ms）为例，不同列车速度对应的重叠距离需求如表5所示，5G网络的小区间重叠覆盖距离150m，可以满足小区间切换重叠覆盖区要求。

表5 不同列车速度对应的重叠距离需求

小区合并应用建议：根据4G网络经验，综合考虑大网用户的容量和性能，合理选择RRU共小区方案，是减少频繁切换、提高用户感知的有效方案。5G网络中也需要继续采用RRU合并解决切换问题，5G采用hypercell（相同逻辑小区）技术小区合并后，广播信道共小区，形成一个逻辑小区，其业务信道TRP可独立调度，容量无损，有效保障用户感知。

Hyper Cell：基站侧基于上行信号判断切换，用户在同一个逻辑小区内移动时不感知TRP变更。

3.4 高铁线路覆盖方案

线路站址规划：高铁线路覆盖站址建议以“之”字形布站，以最大限度保证列车两边座位都有比较好的覆盖，尤其是在列车会车的时候能保证车内通信质量最佳。

站轨距：据无线信号传播特点，信号入射角越小，穿损越大，通常建议入射角大于10度，考虑到天线水平波瓣在90度方向增益约为0dBi，为保证不出现塔下黑，根据链路预算，建议站点离铁轨距离不超过200m。

站高：站高设计需保证信号直射径能从列车玻璃穿透，减少信号从车顶穿透几率，天线相对铁轨高度在20~45m为宜；方位角：不同入射角对应的穿透损耗不同，入射角越小，穿透损耗大。实际测试表明，当入射角小于10°以后，穿透损耗增加的斜率变大，因此方位角设置中应保证天线与铁路夹角大于10°；下倾角：5G高铁场景天线下倾设置原则，天线垂直波束最大增益方向指向边缘。

入射角与基站离铁轨的距离关系示意如图4所示。

图4 入射角与基站离铁轨的距离关系示意

建议相对站高在20～45m，站点离铁轨距离在35～120m，保证列车两边座位都有比较好的覆盖。

高铁线路覆盖设备选型建议：高铁场景中2T/4T无法满足一般站间距规划，8T可满足500~650m站间距覆盖，32T/64T可满足相对较大覆盖距离（见表6）。32T/64T理论上覆盖好于8T，容量高于8T，但小区合并、波束赋形算法难度更大、要求高，需要根据高铁线路场景及业务情况，并综合考虑成本、技术成熟度，确定建设方案，从目前厂家设备情况来看，8T方案的成熟度最高。

表6 不同类型设备覆盖对比