5G时代高铁覆盖解决方案研究

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概述

制止2018年底我国高铁里程达2.9万km，2025年将达3.8万km，累计发送游客人数已超70亿人次，在4G期间，各大运营商针对高铁包围属于品牌场景收集建树的重中之重。跟着高铁用户局限增添及多样化的营业感知要求，在5G大局限建树和应用中，对5G高铁包围办理方案的需求长短常急切的。5G高铁包围方案将面对诸多逆境，如5G收集高频段、高功耗、高传输带宽需求、多普勒频偏、频仍切换、穿透消费大等。本文针对高铁多种场景，研究并提出对高铁的5G包围办理方案和筹划计划要领，指导快速推进5G期间的高铁包围及佳构高铁收集建树。

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5G高铁包围重要性及技能难点

2.1 5G高铁包围的重要性

高铁建树全面放开，快速化、信息化已成为趋势：中国高铁里程占环球60%，成为中国人出行第一选择，累计发送游客人次已超70亿，年增添率超35%。在高铁信息化及高铁用户快速增添的趋势下，5G期间运营商必要针对高铁包围制定针对性的方案，在收集包围及用户体验上形成上风。

高铁搭客特性和运营商代价客户高度重合，是运营商的收集品牌的重要展示窗口：高铁运输手段大，单车容纳手段高，且情形舒服，用户营业行使比例高，整体营业需求较其他场景大；高铁用户中商务人士乘坐比例高，高端客户占比大，对付晋升收集品牌具有重要意义，是5G期间收集建树的重点。

2.2 5G高铁包围技能难点

高铁广泛存在的三大挑衅：多普勒频偏、频仍切换、穿透消费大。因为5G主力的3.5GHz频段频率高于4G， 5G期间高铁包围越发坚苦，5G收集包围办理方案必要重点存眷站点筹划与机关、体系切换重叠地区计划、频率纠偏等方面，实现更好收集机能。

2.2.1 多普勒频偏影响吸取机解调机能

5G无线通讯体系要求峰值移动性支持≥500km/h，高速移动下的多普勒频偏（接管信号频率会偏离基站侧中心频点）会影响吸取机解调机能，多普勒频偏在5G收集影响更大，3.5G相对1.8G频偏增大一倍，在3.5GHz环境下，列车速率到达350km/h时，上行多普勒频偏将大于2.2kHz，因此，在高频段、终端高速移动状态下怎样降服多普勒频偏是5G收集要害技能难点之一。多普勒效办理方案首要为通过基站装备纠偏算法，举办用户的频率更正来消除多普勒频偏移带来影响。

表1 差异频段的上行最大多普勒频偏

2.2.2 超高速移动导致切换区不敷及频仍切换题目

5G无线通讯体系的体系靠得住性需求为99.999%，端到端时延＜1ms，在列车时速350 km/h，切换地区高出90米，高速移动时所必要的重叠包围间隔明明高于平凡场景，且因为5G站距相对更小频仍切换题目明明。高铁速率350km/h、站距500米环境下，均匀3s切换一次，终端用户在小区频仍切换，切换时带来的吞吐率体验降落明明，乃至掉话增进（如图1所示）。

图1 高铁小区切换表示

频仍的小区切换将极大低落用户的感知，成为5G收集要害技能难点之一。办理步伐必要公道的无线收集筹划和参数配置，实现更快的小区重选和公道的小区重叠区满意小区间切换要求，同时，通过小区归并可以镌汰小区间切换次数，进步速度机能及靠得住性。

2.2.3 5G高频段的车体穿透消费更大

5G无线通讯体系的今朝行使频段为3.5 GHz，自由空间消费及车厢消费较1.8 GHz频段高，个中自由空间撒播消费高6 dB，车体撒播消费高3~5 dB。CRH380A车厢整体穿透消费均匀值约20 dB，3.5 GHz频段穿透消费更高约25 dB，差异车型回收材质差别，穿透消费差别也很大（见表2），且基站到高铁的入射角越小，消费越大，因此，在收集筹划计划时入射角应节制在10°以上，基站到高铁最小间隔为：80~200 m。

表2差异列车差异频段的穿透消费（dB）

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高铁多场景包围筹划方案

3.1 筹划方针提议

今朝阶段高铁首要以视频、游戏、交际、办公类等eMBB营业为主。按照4G高铁数据统计，高铁营业模子与大网eMBB相同，笔墨、图片带宽需求变革不大，视频营业占比56%阁下，将来营业较长时刻内仍以“高清视频”为焦点，发动流量增添。

5G初期，eMBB首要以2K视频+智妙手机、4K视频+HDTV/VR为首要营业（见表3）；个中2K视频是5G营业最小营业要求，高铁场景大部门时刻处于200~350kmh高速运行，边沿速度筹划提议凭证4K视频营业需求：下行速度要求>50Mbps，上行速度可按照差异包围方针要求确定，初期提议UL>1Mbps，后续再分阶段思量>5Mbps满意1080P视频上传要求。

高铁场景边沿速度筹划提议：DL 50Mbps，UL 1 Mbps /5Mbps。

表3 eMBB营业带宽需求

3.2 链路预算说明

公道站址筹划是收集质量基石，在收集筹划选址既要充实思量操作现有资源，同时也要思量站址筹划公道性。今朝中国获取5G频谱资源为3500~3600 MHz， 按照业界内专家的起源评估，3.5 GHz频段的总消费比1.8 GHz约大14 dB，首要示意在空间消费、车厢穿透消费及间隙发射带来消费。基于方针边沿吞吐量的小区半径链路预算说明如表4所示，从表4可以看出，5G站址筹划站距势必比4G收集更密。

表4 基于方针边沿吞吐量的小区半径链路预算

（2.5ms单周期）