5G高铁专网覆盖综合解决方案研究和应用

5G高铁覆盖面临着资源占时短、瞬时容量高、车体损耗大、移动速度快、基站交替快和远近兼顾难等多重挑战。本文针对5G高铁专网的覆盖方案、容量方案、公专网频率协同方案、主设备与天线选型方案、优化创新方案五大关键点开展了对比论证和深入研究,并应用于某高铁规划建设优化实践中,提升了高铁客户的感知,满足了“5G高铁上车”过渡期的高铁场景5G覆盖需求,为后续高铁覆盖项目的应用推广提供了重要的参考。

非独立组网架构下5G网络全网性能优化及仿真分析

非独立(non-standalone,NSA)组网是在4G网络的基础上进行5G网络的部署,通过将4G网络改造接入到5G核心网,实现5G网络的业务功能。为了更好地分析NSA组网架构下的网络性能,对5G网络的组网架构进行详细介绍,分析NSA组网架构下5G网络性能指标,在此基础上结合无线网络性能参数探讨5G网络性能优化的具体策略。根据网络优化策略结合网络优化软件对NSA组网架构下的网络性能参数开展网络优化案例分析,仿真分析实例可为无线网络性能参数优化方法提供具体的实施参考。

基于5G网络的RedCap部署方案研究

RedCap作为轻量化的5G技术,是5G Rel-17版本定义的新终端类型,可有效兼顾行业对于技术性能和部署成本的并存需求。一般认为,这种轻量级5G技术的核心价值在于与5G NR网络优异特性的融合,即如何基于运营商已部署的5G无线网引入RedCap是其中的关键问题。结合运营商无线网现状,通过分析RedCap与无线网络侧相关的功能特性,提出引入RedCap后的无线网组网部署方案,包括无线网升级方案、参数配置方案以及信令开销策略等,可为国内各运营商在方案制定及工程实施上提供参考。

智能天线技术在铁路5G-R网络中的应用

随着无线通信技术发展,波束扫描和波束赋形等智能天线技术在运营商5G网络已广泛应用,技术方案成熟。铁路无线专网站间距大、列车行车速度快、网络可靠性高等行业特征,对5G专网建设提出了更高要求。分析铁路5G专网覆盖面临的挑战,结合智能天线技术原理及优势,研究智能天线技术在不同铁路场景下的适应性。根据铁路各行车场景特点,分析智能天线技术在铁路5G专网的应用前景,以及不同场景下智能天线技术对于提升铁路5G专网无线覆盖质量的价值,以期为铁路5G专网的建设和部署提供新的思路和建议。

智能超表面赋能5G-A/6G网络的思考

未来移动通信网络在满足用户个性化需求的同时将社会福祉作为网络发展的重要方向,基于对移动通信网络业务发展趋势和挑战的分析探讨,面向下一代移动通信网络泛在接入、绿色节能等发展需求,指出智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)在5G-Advanced(5G-A)和6G网络典型应用场景,并从技术能力、产业成熟度等多个角度分析RIS在信道侧和收发端等不同场景下的应用价值。面向移动通信网络设备管控需求,提出了基于网络控制、自主调控和终端控制三种RIS管控方案,并分析了三种方案的差异。

基于时间序列预测模型的5G-R无线重联主备链路切换流程优化

针对重载铁路场景下传统无线重联设备主备链路同时发送信息所导致的传输效率较低、易造成传输资源浪费、存在链路切换时延或误判等问题,在5G-R时代探究如何对无线重联进行高效监测与控制,并建立一种更为智能的优化机制成为支撑重载铁路安全保障的迫切需要。提出的优化机制首先根据终端在5G-R网络下测量得到的SS-RSRP、SS-SINR等信号质量评估参数确定主备链路;再结合LSTM、Informer等时间序列预测模型,根据采集的实时传输时延样本,对未来主备链路状态进行预测,在预期不良时提前切换链路,避免进一步导致传输质量的恶化。结果表明,使用LSTM模型和Informer模型优化机制预测曲线的平均百分比误差MAPE分别为11.2%和10%,预测结果与实测样本一致性较好;相同线路下主备链路需要切换的频率较不使用优化机制减少75.12%和89.31%;在同样保留主备双冗余条件下传输效率较原有方式提升56.37%和75.01%。该优化机制在保留无线重联列车间通信链路冗余的情况下大幅提升通信资源的利用效率,可大幅降低重载铁路无线重联业务5G-R网络的传输负荷和重联系统设计的复杂度,对提升重载铁路运输生产安全和效率具有指导意义。

移动通信网中加密算法演进及其在铁路5G-R应用展望

加密算法是保障移动通信网络安全不可或缺的一环。随着5G技术的迅猛发展,加密算法与时俱进,相继引入了SNOW3G算法、高级加密标准(AES)和祖冲之算法(ZUC)。铁路5G专用无线通信系统(5G-R)中加密算法的应用,不仅有助于保护铁路通信数据的机密性,防止信息泄露,还能通过身份验证和数据完整性校验,确保通信的可靠性和真实性。介绍加密算法在移动通信网络中的发展历程和应用场景,分析未来铁路专用移动通信网络安全性的挑战,同时结合下一代铁路通信的需求,探讨加密算法在5G-R专网中的应用。

5G-A/6G无线网智能化技术研究

文章从标准化及业务需求等方面分析了5G-A/6G无线网智能化技术的发展趋势,并且提出5G-A/6G阶段无线网智能化演进的三层方案架构,从网元、网络及云端阐述无线网络智能化应具备的能力。基于无线网络智能化演进路线,分析无线网络智能化在业务保障、根因分析、波束管理及绿色节能等方面的应用。文章给出未来网络智能化发展所面临数据、安全、融合及节能方面的挑战,全面分析5G-A/6G无线网智能化技术的特点。

5G+泛无线融合技术在地铁施工人员定位中的研究

5G网络的大宽带、少延时、广接入奠定了各行各业必要的网络基础设施,并推动着城市轨道交通建设的不断丰富。为了有效解决在地铁施工建设发生意外时,救援人员无法精确获取施工现场人员的实时位置,无法快速到达事故地点实施营救等问题,基于“5G+泛无线”融合技术方案,逐一分析Wi-Fi、蓝牙、RFID、超声波、UWB等定位技术优缺点,在充分结合城市轨道交通地下应用场景后,最终提出采用“5G+蓝牙”融合定位技术方案,通过构建5G网络与蓝牙定位两张网络,进行定位数据回传、完成信息上报,使5G微基站成为移动蜂窝网络和蓝牙定位网络的信息汇聚中心,从而达到准确定位的效果。

基于矿用5G技术的采煤机智能化技术

通过综述当前专家学者及工矿企业对“矿用5G+煤矿智能化”技术的研究与应用,得出其进展长足但仍然存在应用场景和生态匮乏的结论。针对采煤机智能化方面存在全面感知能力较弱、远程控制时效性低、通信系统可靠性差的技术短板,构建基于采煤机的矿用5G通信系统。以单一采煤机通信系统为研究对象,分别阐述了采煤机5G通信系统架构、采煤机5G CPE安装方式、综采工作面5G基站布设方式。基于5G技术具有的大宽带、低延时、广连接的特性,展望5G技术应用于采煤机后,可拓展采煤机在煤机云端控制、海量数据传输、故障远程诊断等智能化方面的应用。

5G无线通信系统在煤矿监控平台的应用

在煤矿井下开采深度不断增大的情况下,复杂环境对开采作业造成的影响越来越大,需要煤矿企业对监控平台进行5G无线通信技术的升级,确保对开采过程具有良好的监控及通信效果。为此,以A煤矿的通信升级为例,在对5G网络有了一定的了解后,提出通信升级方案。对基于5G无线通信系统的监控平台进行了设计,详细分析了网络设计目标、平台整体架构、传输组网设计、应用总体设计等,并且对硬件安装和功能进行了概述。通过试验,系统具有良好的通信能力,利于提高煤炭生产安全性,促进煤矿企业的可持续发展。

面向5G-A的无线网络节能关键技术分析

阐述5G-A无线网络中的网络能耗建模、基站不连续发送/接收模式、公共信令轻量化传输、动态通道关断及测量上报增强技术,通过分析原理和应用场景,探讨5G-A无线网络节能的实现策略。

面向5G网络的无线资源分配优化策略分析

阐述面向5G网络的无线资源分配优化方法,该方法考虑用户需求、信道状态和系统负荷的因素,实现资源的有效分配和利用。仿真结果表明,它提高系统的容量、改进用户的体验。

城市轨道交通5G公专网无线覆盖方案研究

[目的]城市轨道交通5G公专网是5G公网在城市轨道交通行业的垂直应用,其无线覆盖方案与5G公网仅需满足公众乘客对移动通信的需求存在较大差异。因此需研究城市轨道交通5G公专网无线覆盖方案。[方法]以城市轨道交通无线通信业务需求为前提,针对城市轨道交通的复杂应用环境,明确了5G公专网无线覆盖范围,提出了不同应用场景下无线覆盖技术指标要求;设计了隧道区域、地面区域和室内区域不同场景下的无线覆盖方式;探讨了无线网络容量优化和覆盖优化措施。[结果及结论]所形成的以业务需求为导向的城市轨道交通5G公专网无线覆盖方案是全场景、连续性的解决方案。城市轨道交通5G公专网无线覆盖方案还应统筹考虑运营商不同制式、多频段无线系统共建共享及系统之间干扰问题,以为城市轨道交通用户提供良好的5G公专网服务。

煤矿用5G关键技术研究现状与发展方向

结合现阶段煤矿用5G研究成果和应用实践经验,从煤矿用5G专网组网架构、覆盖优化、智能化应用场景构建3个方面分析了煤矿用5G关键技术研究现状与发展方向。煤矿用5G专网组网方面:煤炭集团级大规模组网和矿井独立专网2类模式可满足煤矿用5G系统建设部署需求。煤矿用5G无线覆盖增强方面:煤矿用5G无线传输性能需要持续研究和提升,现阶段宜采用低频段(1 GHz以下)多载波SUL(补充上行链路)进行煤矿用5G的覆盖优化;针对井下无线电波防爆安全功率阈值可能实现的突破和提高,需要通过同步提升煤矿用5G基站与终端两侧的无线发射功率,方可实现煤矿用5G系统整体覆盖能力优化;需要开展基于6G RIS(可重构智能超表面)的煤矿用5G覆盖增强技术预研,为无线覆盖能力提升提供进一步支撑。煤矿智能化5G应用场景构建方面:需要开展矿用装备与矿用通信领域的联合技术攻关;研究基于煤矿用5G的装备远程控制及未来装备自主群体协同控制的信息物理映射;研究智能化应用的预期功能安全机制;研发小型化、轻量化及全面适配现场设备工业控制协议的煤矿用5G模组。

基于5G绿色宽带通信的能效资源分配优化方法研究

针对5G通信中的能效优化问题,分析了下行链路用户中大规模MIMO-OFDMA系统的能效资源分配最大化问题。提出了基于最小速率要求的能效最大化资源分配算法,在合理分配带宽后,分配功率和天线数量,以提高系统的最佳能效。最后,基于拉格朗日函数将能效最优目标函数转换为凸优化问题,从而求得最优解。试验阶段,以典型无线通信网络为例进行分析,结果表明与NSGA-Ⅱ和基于FP的资源分配算法相比,所提出的算法能效、吞吐量、最佳基站天线数等方面综合性能最优。所提模型可为5G通信系统最优资源分配方案的研究提供一定借鉴作用。

基于5G-R的CTCS3-300H型列控车载设备车地无线通信冗余技术方案

随着铁路移动通信由GSM-R向5G-R演进,基于GSM-R的CTCS-3级列控系统车地无线通信技术面临更新替代的问题。根据近年来5G-R承载CTCS-3级列控系统车地无线通信业务研究取得的成果,为充分利用5G-R的优势,将5G-R下CTCS-3级列控系统车地无线通信由单链路改为双链路冗余技术。以CTCS3-300H型列控车载设备为研究对象,分析车地无线通信冗余技术的适应性,研究车地无线通信的系统架构,以及不同网络制式下的移交方案等,提出适合于CTCS3-300H型列控车载设备的车地无线通信冗余技术实现方案。研究成果为CTCS-3级列控系统在5G-R下实现车地无线通信冗余技术提供思路和借鉴。

基于改进遗传算法的电力无线专网4G、5G基站布点规划优化方法

在电力4G无线专网中引入5G,进行4G、5G融合组网,对提高电力业务通信效率具有重要意义。首先阐述了5G在电力系统中的应用及4G、5G组网方式。然后,综合考虑电力自有业务、电力业务通信需求、电力基站建设成本、基站运行成本,构建了电力无线专网4G、5G基站布点优化模型,对4G、5G基站进行优化布点。其次对遗传算法中编码、初始化种群操作进行优化设计和改进,大幅减少算法迭代次数,提高收敛速度,降低了模型的求解复杂度。最后基于改进模型对电力4G、5G基站布点优化模型进行求解,可以快速给出4G、5G基站优化方案,满足电力通信覆盖率和经济性等要求。仿真算例验证所提模型、改进算法的合理性和有效性。

煤矿监控平台中对5G无线通信系统的应用

近年来,煤矿生产机械化、自动化水平不断提高,参考监控平台具有的安全性价值,还需对煤矿监控平台进行5G无线通信的升级,使其具有更高效的监控及通信能力,以便降低事故的发生率。为此,结合A矿实际先阐述5G无线通信系统“三高、两低、一平”的设计目标,然后分析核心为TD-LTE技术的5G无线通信系统,同时对系统的传输组网、应用总体和硬件安装进行设计讨论。最后经过实际的试验,证实该监控平台的通信系统有着良好的监控调度及数据交互能力,整体的经济、安全效益较高,可以促进矿企的发展。

基于射线跟踪与离开角空间聚类的5G-R网络优化技术研究

当前反复“路测-调整”的传统无线网络优化方式难以满足铁路5G专用移动通信系统(5G-R)的网络优化需求。面向京沈铁路干线场景,在确定了射线跟踪传播机理模型后,进行了5G-R无线信道建模仿真,提出一种基于射线跟踪与离开角空间聚类的网络优化算法。该算法以全向天线仿真结果为基础,使用K-means++算法对射线跟踪仿真的角度-能量域数据进行聚类,将水平离开角的空间聚类中心作为扇区方位角;结合水平离开角的聚类中心与高铁行车路径的空间位置关系,计算相应扇区的下倾角;以上述基于射线跟踪与离开角空间聚类的结果为初值,基于粒子群算法进行优化迭代,高效地完成铁路干线场景下的5G-R网络优化。结果表明,在相同的计算资源和仿真条件下,基于射线跟踪与离开角空间聚类的5G-R网络优化算法对比直接使用粒子群算法,在收敛速度方面提升了约10%,在优化效果方面提升了约30%。该方法针对铁路干线场景能够实现在迭代计算次数更少的情况下,给出更好的网络优化方案,为未来建设高质量5G-R通信系统提供技术积累和参考。