5G賦能“AR智慧高速”無線專項優化方法

作者簡介：楊超（1990— ），男，工程師，碩士；研究方向：5G無線通信。

摘要：山西省內高速目前實現了4G網絡的連續覆蓋以及部分區域5G網絡覆蓋。但是由于5G網絡覆蓋能力尚不完善，存在著4/5G網絡混合組網、切換序列不合理等問題，導致網絡能力受損。文章為了實現“AR智慧高速”的目標，通過3種方法進行專項優化，解決了5G站點尚未連續覆蓋的問題：一是使用5G波束賦形、權值調整等方案，最大化擴展覆蓋范圍；二是700 M和2.6G、4G和5G進行協同優化，通過合理制定互操作門限提升邊緣區域速率；三是固定切換序列。這3種方法有效提升了高速公路網絡的可靠性和上下行速率等網絡能力，激發消費潛力，為實體經濟高質量發展注入了新動能。

關鍵詞：智慧高速；4/5G協同優化；高速公路無線優化

中圖分類號：F272;F626" 文獻標志碼：A

0" 引言

山西省內共有6條國家級高速以及31條省級高速，經過多年的連續建設，已經實現了高速公路全域的4G網絡覆蓋，5G物理站址也已經達到1 980個，覆蓋工作也已經逐步開展［1］。

“十四五”以來，山西省深入推進“保營收、促增長，全面完成路域經濟年度營收目標”專項行動，圍繞道路本質安全提升、科技創新、路域經濟發展等重點任務，持續強化創新提效意識，深挖內在潛力，以提升高速公路對區域經濟的輻射帶動力、緩解高速公路企業的經營壓力為目標，依托運營商強大的網絡資源稟賦，針對省內路域經濟在發展過程中遇到“路”（通行費減少）、“人”（個人消費降低）、“周邊環境”（產業帶動不強）的痛點，5G網絡充分利用自身優勢，借助5G大帶寬、低時延和邊緣云計算大連接、高安全的特性，結合AR技術，打造“5G+AR”智慧公路運營云平臺，培育與發展盤活路域經濟存量新引擎，并且持續做優增量，激發消費潛力，為實體經濟高質量發展注入新動能。但由于目前5G尚未在所有路段形成連續覆蓋，如何有效利用現有基站實現需求，是需要重點考慮的問題。

就目前的高速覆蓋情況來看，省內高速公路主要存在的問題包括以下3點：（1）5G覆蓋不連續；（2）4G和5G插花組網；（3）切換序列不合理。這3個問題影響了高速公路的無線網絡性能。本文通過研究5G獨有的權值調整等技術以及4/5G之間、5G各頻段之間的協同交互機制，提出了無線優化方法，最后對該方法在現網中的實際應用效果進行了介紹，對未來進行了展望。

1" 基于權值優化等的覆蓋范圍擴大方法

目前高速公路5G網絡尚未形成連續覆蓋。根據相應標準，5G高速道路進行覆蓋時，其覆蓋率要求參照鄉鎮以下標準，即道路達標要求2.6 G為-98 dB以上，700 M為-96 dB以上。滿足該指標的覆蓋概率要求為95%以上，可稱為連續覆蓋。具體標準如表1所示。

表中的SS-RSRP為5G NR網絡的主波束參考電平值，SS-SINR為主波束參考信噪比，可以在一定意義上表征網絡的覆蓋能力。根據現網測試結果，高速公路整體覆蓋率在56%左右，距離連續覆蓋還有較大差距。根據700 M、2.6 G 2個典型頻段的電平值SS-RSRP和距離的關系圖可以看出，2.6 G頻段之下，RSRP達到-98 dBm時，單邊覆蓋距離為970 m左右，700 M電平達-96 dBm時，單邊覆蓋距離為1 200 m左右。700 M等低頻頻段的覆蓋距離要明顯強于2.6 G等高頻頻段。對業務量偏低線路使用700 M覆蓋，可有效發揮700 M覆蓋優勢。而在2.6 G頻段下，可以有效利用多波束進行波束賦形技術，減少垂直波束，增加水平波束，達到廣覆蓋的目的。

按照以上覆蓋距離、RSRP要求，結合日常工作，覆蓋方面優化思路如圖1所示。

按照整體思路，覆蓋類問題可以分為3類：弱覆蓋、重疊覆蓋和邊緣覆蓋問題。目前來看，高速公路5G網絡方面主要涉及的是弱覆蓋問題，從原因來看主要有站間距過大、天線覆蓋不合理、掛高不足等原因。除去通常的站址補充、RF優化外，5G網絡可以采用權值優化的方式來擴充覆蓋能力。

由于5G主要使用的頻段為特高頻，該頻段下無線電波的傳輸路損較大，為了解決覆蓋先天性不足的問題，5G引入了 Massive MIMO技術，通過增加大規模的天線陣列來增強覆蓋。其主要原理為通過天線陣列來生成高增益、可調節的賦形波束，與4G時代的單、雙波束相比，5G時代最少可采用8波束進行輪掃。同時由于天線數量較多，可以實現較窄的賦形波束，從而降低對周邊其余地區的干擾［2］。

通過使用波束賦型、權值調優、RF優化等方案，最大限度擴大5G覆蓋范圍，增強用戶感知；同時將小于-96 dB、-98 dB路段制定分析規則，采用大數據分析平臺對測試log進行分析，對問題路段進行專項優化，提升覆蓋［3］。

2" 4/5G協同優化解決插花組網問題

高速部分路段存在2.6 Gamp;700 M頻段插花組網的情況，容易出現5G異頻小區之間切換不及時的問題。需對5G新開小區RF優化、邊界特殊優化、2.6Gamp;700M互操作分場景精細化優化，保證插花路段的5G連續覆蓋、切換順暢，保障5G用戶感知。在5G覆蓋空洞區域保障用戶能夠平滑回落到4G 網絡，使用戶無感知切換。

2.1" 4/5G網絡協同

目前網絡策略中，數據業務在策略上優先5G網絡駐留，5G-4G的切換門限一般設置為-115 dB，以保證用戶盡可能駐留在5G網絡中。但針對高速公路中5G不連續覆蓋較長的風險路段，需要提前回落，具體策略為在SS-RSRP值小于-100 dBm時，抬升5G駐留參數主動回落4G，保證用戶感知。同時在連接態時，將FDD頻段基于頻率優先級的切換配置為最高，優先切換至FDD1800。進入5G連續覆蓋路段則返回5G駐留。為保證5G用戶業務體驗不下降，優先切換回落到覆蓋和業務性能較優的FDD900和FDD1800頻段駐留。在5G覆蓋高于-96 dB、-98 dB時，重新切換返回5G，進行5G網絡的數據業務。駐留策略如圖2所示。

2.2" 5G多層網協同

高速部分路段存在2.6 Gamp;700 M頻段插花組網的情況，容易出現5G異頻小區之間切換不及時的問題。

規劃的2.6G站點開通入網后，往往存在著未合理設置站點方位角及傾角，存在較多弱覆蓋及質差問題，進而導致業務速率受損或者出現語音通話掉話等現象。針對這種情況，可以通過梳理切換序列，對5G站點逐個核查方位角及下傾角并進行精細化調整，確保2.6G覆蓋區域穩定占用2.6 G，無2.6G區域占用700 M，保障高速路線良好的覆蓋。

由于700 M頻段覆蓋能力較強，高速公路測試中會出現占用遠處非主控700 M小區的情況，也就是過覆蓋的現象。具體表現為遠處700 M信號較強或占用700 M后達不到針對異頻測量的A2門限，終端無法從700 M頻段回到2.6 G頻段，無法占用感知更優的2.6 G信號。針對這種情況，可以通過拉網測試發現過覆蓋小區，對遠處700 M覆蓋進行收縮，精細化設置700 M到2.6 G的異頻A2及A5門限調整，確保有2.6 G覆蓋的路段優先占用2.6 G頻段，進一步提升用戶速率。

3" 切換序列優化解決切換失敗問題

高速公路橫跨多個地市、省界，在實際優化過程中容易出現地市、省邊界之間的鄰區缺失，互操作門限不合理等原因，導致無法正常切換，進而發生弱覆蓋及質差的情況。針對這種情況，需要加強邊界鄰區及鏈路、互操作門限等核查優化，確保地市邊界切換無問題。

因2.6 G和700 M頻率差異，覆蓋距離有差異，統一按2.6 G或700 M頻點設置互操作門限會導致切換不及時、乒乓切換等問題，影響用戶感知［4］；按照2.6 G和700 M覆蓋強弱劃分為2.6 G強、2.6 G弱amp;700M強、2.6 Gamp;700 M都弱3類場景，根據電平與速率曲線圖，設置不同的互操作門限，分別實現優先占2.6 G且減小GAP提速率、優先占700 M保覆蓋和感知、優先占2.6 G保速率的效果。

高速干線穿越密集城區、村鎮、郊區、大橋等不同場景區域，依靠周邊宏站小區進行覆蓋。部分場景無線環境復雜，重疊覆蓋和周邊干擾問題較為嚴重，而高速場景的覆蓋則不存在這種情況，基站和基站之間一般為鏈狀結構，小區之間的切換關系相對固定，所以可以固化主覆蓋小區和小區切換序列，具體可以通過拉網測試對實際占用小區順序進行確認，規劃出合理的切換順序。切換序列固定后基本不再產生變動，終端駐留后按照此關系進行固定切換，保證用戶數據業務感知良好。

4" 優化方法效果評估

根據項目情況，選取了省內部分高速段落開展了試點優化。目前青銀高速實現5G連續覆蓋里程數約30 km。5G基站站點總占用28個，其中占用700 M物理站點16個，占用2.6 G物理站點12個。采用上述方法對覆蓋、切換等多方面進行優化。優化效果明顯，覆蓋率從72.83%提升到了94.58%。優化前后對比如表2所示。

優化前，該高速段落存在大段5G網絡弱覆蓋路段，平均電平值在-93 dB，業務速率較低，不能滿足業務需求。

通過拉網測試對該段落進行了問題梳理，發現5G覆蓋空洞12處，通過權值優化和RF優化進行了覆蓋提升；發現700 M過覆蓋問題8處，對700 M覆蓋進行了合理收縮；發現切換問題25處，通過優化參數進行了調整。同時梳理該路段28個站點之間的切換關系，形成了合理的切換鏈。整體優化后，該路段的弱覆蓋現象已經基本消失，平均電平值提升5 dB，達到-88 dB，覆蓋率提升到了94.58%，覆蓋提升明顯。

優化后對路段整體進行拉網測試，原有4G覆蓋時，下行速率22 Mbps，上行速率4.8 Mbps，無法滿足業務需求；現占用5G網絡，下行速率提升到124 Mbps，上行速率提升到38 Mbps，能夠有效支撐業務發展。對于后續通過優化手段仍然無法解決的問題點，可根據業務需求進行2.6 G、700 M的站點規劃和建設，通過補點的形式補充5G道路覆蓋，提升高速路5G網絡質量。

5" 結語

通過以上方案的實施，高速公路5G道路覆蓋率、上傳速率、下載速率都有了較大的提升，對路段整體進行拉網測試后，5G道路覆蓋率從72.83%提升到了94.58%。原有4G覆蓋時，下行速率22 Mbps，上行速率4.8 Mbps，無法滿足業務需求；優化后占用5G網絡，下行速率提升到124 Mbps，上行速率提升到38 Mbps，能夠有效支撐業務發展。

通過無線網絡優化，借助5G大帶寬、低時延和邊緣云計算大連接、高安全的特性，結合AR技術，實現“5G+AR”智慧公路運營云平臺，云平臺通過AR數字地圖將沿線酒店、景區、特產、農家樂、休閑娛樂等產業融為一體，未來還可以延伸到銀行、醫院、藥店、商超等基礎服務，是激發路域經濟的新動能。

參考文獻

［1］張林，穆川川，郭勇.山西高速的“數字安全帶”［J］.中國公路，2021（13）：64-69.

［2］陳波.5G移動通信系統中的賦形權值優化［J］.長江信息通信，2021（8）：204-207.

［3］王胡成，徐暉，程志密，等.5G網絡技術研究現狀和發展趨勢［J］.電信科學，2015（9）：149-155.

［4］楊建，張若文.基于5G共建共享場景的典型網絡" 切換優化問題分析［J］.通信與信息技術，2022（2）：36-37.

（編輯" 沈" 強）

5G empowers “AR smart expressway” wireless special optimization method

Yang" Chao1， Wang" Fang1， Cao" Liying1， Li" Shidong2

（1.China Mobile Communications Group Shanxi Co.， Ltd.， Taiyuan 030032， China;

2.North University of China， Taiyuan 030051， China）

Abstract： Currently， the expressways in Shanxi Province have achieved continuous coverage of 4G networks and partial coverage of 5G networks. However， due to the imperfect coverage capability of the 5G network， there are problems such as mixed network deployment of 4G/5G and inappropriate switching sequences， leading to a decrease in network capacity.To achieve the goal of“AR smart expressway”， three methods are used to optimize and solve the problem of incomplete coverage of 5G sites： 1. Utilizing 5G beamforming， weight adjustment， and other techniques to maximize coverage extension.2. Coordinating optimization between 700 MHz， 2.6 GHz， 4G， and 5G， by setting interoperability thresholds to improve edge area rates.3. Implementing fixed switching sequences. This effectively enhances the reliability and uplink/downlink rates of the highway network， stimulates consumption potential， and injects new momentum into the high-quality development of the real economy.

Key words： smart expressway; 4/5G coordinating optimization; optimization of wireless network for expressway