admin 高速高铁建设优化理论与实际结合
高速全长141公里，率先启动5G高铁规划、建设，建设全国首条全程全网5G覆盖的高铁线路，5G建设项目是在现网已开通运营的高铁线路上进行5G设备新增和替换，属于国内首次，而且建设时间紧、优化维护难度大，是一项超常规项目。高铁途径河流、隧道、农田、城区与城中村等多种场景，周边公网负荷需求高，覆盖优化难度大。高铁车体损耗大，行驶速度快，复兴号已提速至350km/h，小区切换频繁且频偏大，高铁现网用户多，负荷高，4G小区合并导致容量损失，5G将来也面临容量问题。
多普勒频偏大多普勒频偏产生OFDM符号内和符号间干扰，严重时会造成接收方无法解调出发送方的发射数据，最终造成UE无法接入网络。5G采用2.6G频谱，自高铁提速后，多普勒频偏带来的挑战增加。
多普勒频移计算公式为：
其中：
Δf为多普勒频移，上行多普勒频移计算时f对应上行发射频率，下行多普勒频移计算时f对应下行发射频率，对于NR 2.6G系统来说，上下行频率是一样的；
θ 为终端移动方向和信号传播方向的角度；
v 是终端运动速度，m/s；
C 为电磁波传播速度，3*108m/s；
F 为载波频率。
以下为高铁场景通信时的频移产生示意图，假设频偏后接收到的频率为f0 ，当移动台靠近基站时为f0＝f+fd，当移动台远离基站时为f0＝f-fd。
高铁主要有CRH2A/C、CRH3C以及复兴号系列动车组中的CR400AF/BF等车型，复兴号穿透损耗最高达33dB。基于链路预算可得，站间距规划建议保证500m内，超过500m的路段，存在弱覆盖风险，超过800m的严重弱覆盖路段，需及时补点保障覆盖连续。
各车型对应穿透损耗测试参考值（2.6G频段）:
车型\频段
列车材质
穿透损耗(dB)
普通列车
铁质
13
CRH1(庞巴迪列车)
不锈钢
24
CRH2(部分动车)
中空铝合金车体
14
CRH3(京津城际)
铝合金车体
29
CRH5(阿尔斯通)
中空铝合金车体
22
CR400AF（复兴号）
铝合金
33
4.3 小区切换频繁高铁场景速度快，场景复杂，小区切换频繁，过早切换，切换不及时，乒乓切换等问题导致切换不流畅影响下行吞吐率，产生掉话风险，严重影响高铁专网用户的感知体验。
小区合并可减少切换次数，减少干扰，提升用户感知。4G时代，随着高铁负荷的提升，小区合并后多小区共享无线资源导致容量损失的弊端也逐步显现。
针对高铁5G优化存在的困难，5G专题优化项目， 经过3个月的优化摸索，包括策略制定，基础优化，新功能新技术应用，用例测试验证，参数优化等动作，使得高铁5G优化初见成效。
锚点和NR频率策略为了进一步提升高铁专网客户感知，制定公网频率应遵循规避高铁专网，确保高铁专网质量优先的原则。涉及到频率、组网策略、容量等多方面的优化调整，先对沿线公网小区进行调整，减少公网信号对高铁专网影响。频率原则和组网策略如下：
ü高铁专网5G NR：使用100M MHz带宽（2515～2615 MHz）；
ü高铁专网FDD1800：使用15MHz带宽（1805.1MH～1820.1MHz）,以1812.6MHz作为中心频点（频点号1276）,FDD1800作为锚点站；
ü高铁专网TDD D频段：使用D7频段、D8频段，为NR 100M腾挪出原先D2频段资源；
ü沿线公网：使用FDD 10MHz（1820～1830 MHz）频段，TDD D3、D8频段；高铁沿线2公里内和扫频发现的锚点干扰小区调整至FDD（1820～1830 MHz）10MHz，以1825 MHz作为中心频点（频点号1400），沿线2公里内的GSM1800一并退频（高铁专网GSM900频段小区设置为低速小区作为公网补充覆盖）；
高铁及周边2公里内频段设置规范要求：
网络类型
频段
显示频点
带宽
中心频率
频率范围
备注
周边公网
D3
40936
20M
2624.6 MHz
2614.6～2634.6 MHz
1、周边2公里公网退频D1、D2
2、高铁FDD1800使用频点1276带宽15M
高铁专网
D7
41139
20M
2644.9 MHz
2634.9～2654.9 MHz
公专共用
D8
41339
20M
2664.9 MHz
2654.9～2674.9 MHz
高铁专网
FDD1800
1276
15M
1812.6MHz
1805.1～1820.1 MHz
周边公网
FDD1800
1400
10M
1825MHz
1820～1830 MH
5.2 最大12RRU合并减少切换高铁主要分为隧道外/隧道内两种场景，隧道外采用8T8R RRU5250，隧道内使用2T2R RRU5152，最大支持12个8T8R RRU或 12个2T2R RRU小区合并。
隧道外建设场景：
5G侧基带板出纤，最大支持12个8T8R RRU（5250）组合并小区。
隧道内建设场景：
5G侧基带板出纤，最大支持12个2T2R RRU（5152）组合并小区。
方案效果：
小区合并前,列车经过6个发射点（背靠背，共12个RRU），小区切换发生14次，小区合并后，仅需切换2次（切换入1次，切换出1次）。
与4G时代不同，5G小区合并后可组成可独立调度的超级小区HyperCell，降低因合并带来的无线频率无法单独使用而造成的容量损失,可将连续覆盖的多个发射点（拉远站）对应的覆盖区域合并为一个小区来提供业务。具体实现是5G在广播信道实现共小区，但在业务信道形成各发射点一个可独立调度逻辑小区，显著提高HyperCell小区容量，最大支持12个TRP合并为一个小区。
方案描述：
高速移动引起的多普勒频偏会加重子载波间干扰，降低信噪比，同时会导致符号间相位偏差，影响信道估计。为了降低多普勒频移，在高速场景下的上行采用AFC算法（自动频率控制），小区通过小区指示参数Cell.HighSpeedFlag来配置为高速小区。
初始纠偏：UE进行随机接入时，eNodeB通过随机接入前导检测到接入UE的频移，并进行纠偏。初始纠偏后，UE就可以在PUSCH上传输接入信令。
持续纠偏：UE接入网络后，eNodeB根据UE的导频信号进行频移估计，所得到的频偏作为UE频率纠正的持续输入。
纠偏原理：
方案效果：
开启功能后最高满足500KM/h需求，支持基于Additional DMRS的上行纠偏算法以及下行预纠偏算法可以实现更好纠偏性能，开启高速小区纠偏后，整体SINR提升6dB，速率提升43%。
行标签
NR Serving SS-RSRP(dBm)
NR Serving SS-SINR(dB)
NR PCC DL Avg MCS
RANK数
满调度折算（Mbps）
基线
-96.35
19.58
14.18
1.71
142
低速小区
-99.65
13.36
14.24
1.41
99
方案描述：
移动性管理是保证用户在移动过程中能保持连续性，避免由于无法接续导致掉线影响感知，而在移动性管理中，切换的时延快慢对业务的感知体验有着直接影响，特别是在高铁这种高速移动场景下，对切换时延有着更高的要求。在锚点和5G共站同覆盖场景下，打开辅载波SCG盲配置功能，当UE初始接入或者切换入时，eNodeB选择配置有盲标识的NR小区发起辅站添加流程，不启动B1测量，减少不必要的测量时间（50ms~100ms）。详细信令流程如下图所示：
方案效果：
对比NSA盲添加SCG功能开启前后的切换信令流程及切换时延情况，从信令上对比分析，不开启NSA盲添加SCG功能的信令流程比开启NSA盲添加SCG功能的信令流程要多个B1测量流程；从切换时延上对比分析，开启NSA盲添加SCG功能后，比不开启NSA盲添加SCG功能的情况下切换时延要缩短300~400ms,可见，开启该功能后，不需要通过B1测量评估判决后再添加辅载波，明显降低切换时延。
1)不开启NSA盲添加SCG功能的情况下，平均切换时延约561ms，切换时延较长。
参数设置
测试次序
LTE发起切换尝试时刻
目标SgNB接入完成时刻
用时
不设置盲添加
第1次
17:23:06.172
17:23:06.751
579ms
第2次
17:27:25.732
17:27:26.174
443ms
第3次
17:29:33.584
17:29:34.246
662ms
2)开启NSA盲添加SCG功能的情况下，平均切换时延约126ms，切换时延较短。
参数设置
测试次序
LTE发起切换尝试时刻
目标SgNB接入完成时刻
用时
设置盲添加
第1次
17:07:05.784
17:07:05.909
125ms
第2次
17:10:12.544
17:10:12.671
127ms
第3次
17:13:28.947
17:13:29.074
127ms
方案描述：
频偏对信号的影响在时域上表现为信号的相位旋转， gNodeB利用上行成对的DMRS符号进行频偏估计，其基本原理是利用子帧内相邻两个DMRS符号的相位差，计算两个导频符号时间间隔相位旋转对应的频偏fd。所得到的频偏fd作为UE发射频率纠正的持续输入，尽可能降低多普勒频移的影响，满足高速移动的性能需求。针对终端在不同车速场景下，上行附加DMRS POS1/POS2进行验证。
4/5G上行纠偏方式区别如下图所示：
方案效果：
Addtion DMRS POS2开启后，低速场景下行峰值速率下降。建议车速低于100km/h场景addtion DMRS改为POS1，200km/h以上的车速可开启addtion DMRS改为POS2。
方案描述：
NR同频移动性参数组主要包含如下三个参数，
IntraFreqHoA3Hyst：同频切换幅度迟滞，该参数表示同频切换及异频切换测量事件A3的幅度迟滞，可减少由于无线信号波动导致的同频或异频切换事件的触发次数，降低乒乓切换以及误判，该值越大越容易防止乒乓和误判。
IntraFreqHoA3Offset：同频切换偏置，该参数表示同频切换中邻区质量高于服务小区的偏置值。该值越大，表示需要目标小区有更好的服务质量才会发起切换。
IntraFreqHoA3TimeToTrig：同频切换时间迟滞，该参数表示同频切换及异频切换测量事件A3的时间迟滞。当同频或异频切换A3事件满足触发条件时并不能立即上报，而是当该事件在时间迟滞内，一直满足上报条件，才触发上报该事件测量报告。该参数可以减少偶然性触发的事件上报，并降低平均切换次数和误切换次数，防止不必要切换的发生。
基于高速移动场景，目前有两组切换参数如下表，可根据实际情况选择：
参数组
IntraFreqHoA3Offset
(0.5dB)
IntraFreqHoA3Hyst
（0.5dB）
IntraFreqHoA3TimeToTrig
(毫秒)
参数组1
2
2
320MS
参数组2
0
2
128MS
方案效果：
基于测试结果，高铁切换参数组1优与参数组2，建议采用参数组1，针对个别切换不及时的小区，可根据实际情况优化：
行标签
NR Serving SS-RSRP(dBm)
NR Serving SS-SINR(dB)
NR PCC DL Avg MCS
RANK数
满调度折算（Mbps）
切换参数组1
-96.35
19.58
14.18
1.71
142
切换参数组2
-94.28
18.44
13.44
1.76
128
方案描述：
无线侧80%以上问题主要为基础优化问题，分为覆盖类（无覆盖/弱覆盖/越区覆盖等），干扰类（系统内/系统外），基础参数类，移动类等，基础优化占优化周期90%的时间。东莞段率先完成全段开通，当前东莞段存在典型RF问题如下：
1)车站附近3个锚点小区干扰严重导致掉话，导致NR无法接入；
2)部分路段存在3个隧道发射点间距超过1km的问题，涉及3个小区，NR弱覆盖掉话；
3)锚点2个小区乒乓切换，且共站NR小区弱覆盖；
方案效果：
经过一轮覆盖优化、干扰排查、参数核查以及移动性参数优化等动作，对比建设初期东莞段整体路测指标如下，可见覆盖和速率均有较大幅度提升。
通过高铁5G专题优化经验，总结了一套适用于基于中国移动NSA架构下高铁5G专网的规划优化主要方法。面对高铁特殊场景带来的挑战，逐个困难点梳理分析，通过锚点和NR频率策略制定，高铁5G新特性新功能应用，车速差异化导频配置研究，移动性参数优化，多维度基础RF优化等专题优化提升高铁5G性能，对应的方案可推广适用于全国高铁5G场景。
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