背景
舒适便捷的高铁出行正在成为大多数人出门的首选，同时5G通信和高铁的技术融合也是设备厂商和运营厂商重点关注的技术趋势之一。然而在高铁运行场景下，通信设备的性能也面临一系列挑战：铁路沿线的复杂地形（隧道等）和高速移动等对通信设备也提出了更高的要求。因此，如何在5G高铁场景下优化通信系统的整体性能就成为了关注的重点。
解决方案
针对上述问题，坤恒顺维联合基站厂商和运营商推出5G高铁测试解决方案：
5G高铁通用测试解决方案
图2 6RRU布站场景示意图
如上图所示，用户可以根据KSW-GSCM信道建模软件建立符合实际RRU几何位置信息（包括站间距、站轨距、机械下倾和电下倾等）的高铁场景；如下图所示，可以配置RRU的天线面板阵子单元个数、阵子单元间距、阵子天线类型和极化信息等。通过指定或者用户导入信道模型，GSCM信道建模软件会依据三维坐标系，根据高铁轨迹信息与配置信道模型，计算高铁与基站之间的多径角度信息；根据角度信息更新高铁和基站之间的相位、时延和多普勒信息并合成随轨迹点变化的5G高铁无线信道冲击响应。
图3 RRU天线面板配置界面
通过无线信道仿真仪的主控软件配置5G高铁的拓扑信息，如下图所示，并加载GSCM软件生成的5G高铁无线信道冲击响应即可进行5G高铁测试仿真。
图4 主控软件拓扑配置界面
根据生成的冲击响应，画出第一条LOS径的时域冲击响应，如下图所示。
图5 基站天线0到终端天线0-LOS径冲击响应
从上图可以看出，由于终端的往返运动， LOS径整体的冲击响应呈轴对称。随着终端的运动，基站的切换顺序分别为BS0-BS1-BS2-BS3-BS4-BS5-BS4-BS3-BS2-BS1-BS0。
HST场景测试解决方案
HST（High speed train）场景是3GPP协议中指定的高铁测试场景，该场景只有单径且没有衰落模型，经常用来进行高铁场景基带性能测试。3GPP协议指定了高铁的350km/h和500km/h两种速度场景，其配置如下表所示:
表1 终端速度350km/h的HST场景参数配置
KSW主控软件支持HST场景的配置和仿真。如下图所示，可以通过配置界面“信道场景”配置协议指定的仿真场景，用户也可以自定义进行HST的信道仿真。HST场景中场景1表示开阔场景，场景3表示隧道场景。
图6 HST场景1主控软件配置界面
图7 HST场景3主控软件配置界面
3GPP协议36101中还指定HST-SFN(Single Frequence Network)场景，即多个RRH连接到一个BBU，HST实现单接头和多径衰落信道，如下图所示。仿真仪通过实现协议中指定的路损公式和多普勒公式即可实现该场景的模拟。
图8 HST-SFN场景示意图
由于HST均是是以单天线系统描述，针对多天线系统，可以在不同的链路上增加相位偏移实现。KSW通过添加小尺度的正交信道配合主控软件的HST模型实现多天线HST系统测试。
漏缆场景测试解决方案
图9 高铁漏缆模式俯视图
对于高铁漏缆模式中的LOS径，如上图所示，信道来波方向垂直于高铁运行方向，即AOD=0°，由于AOA=180+AOD=180°；同时，EOA和EOD可以通过基站和高铁的相对位置计算出来。至此，信道建模需要的四个角度全部可以计算得到，将其带入到3GPP-38901建模理论中可以得到LOS场景下的信道冲击响应。3GPP TSG-RAN WG4 Meeting #76中介绍了高铁漏缆场景下的大尺度衰落。其可以表示为：
其中:
Pr表示接收功率；
Pt表示发射功率；
Z表示沿线缆方向离接收机最近的点的距离；
α表示单位长度线缆的衰减；
Lc表示耦合损耗；
Lv表示耦合损耗中的变化量；
Lb表示阻塞产生的损耗因子；
n表示衰减指数；
D表示接收天线距离电缆的距离。
基站配置采用6个基站的方式，如下图所示：
基站采用交叉布局方式，同侧基站间距为400米，两侧基站之间垂直间距为200米。
图11 高铁漏缆模式基站与高铁位置示意图
如上图所示，漏缆距地面高度4.5米，接收天线与漏缆处于同一高度且与漏缆距离为2米。
对于漏缆模式的几何建模，轨迹配置中需要勾选“漏缆模式”按钮（目前只支持直线轨迹），此时GSCM将按照漏缆模型进行系数的生成。
对于统计建模方式，文献【1】中提到将高铁的漏缆模式分为两种类型，一种是隧道内漏缆到高铁中继天线的无线环境，另一种是高铁中继天线到车箱内的无线环境。通过两种无线信道模型并采用统计建模的方式可以实现该漏缆场景的模拟。
[1] Huawei, HiSilicon, R4-152605, “Channel models for the leaky cable”, 3GPP TSG-RAN WG4 Meeting #75, Fukuoka, Japan, 25-29 May, 2015.
图14 高铁漏缆两种无线环境示意图
表3 隧道漏缆场景：漏缆到高铁中继天线模型
总结
本文简要介绍了5G高铁测试解决方案：包括用于5G基站测试的通用测试解决方案、用于基站或终端高铁测试的HST方案、隧道漏缆测试解决方案。5G正加速走入日常的生活，5G和高铁的融合能随时提供稳定、高速和便捷的通信体验。坤恒顺维也将努力为客户提供更全面系统的测试方案，提升用户出行体验。