利用H型鋼柱電線桿實(shí)現(xiàn)高鐵覆蓋的探討

陸怡彤+呂戰(zhàn)鋒

【摘要】 主要是利用沿線H型鋼柱電線桿安裝天線實(shí)現(xiàn)高鐵覆蓋的探討。首先論述了現(xiàn)階段高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)的站址要求，然后從實(shí)際情況出發(fā)說明現(xiàn)階段高鐵專網(wǎng)基站選址的難度；從而提出配套資源的創(chuàng)新思路—利用高鐵沿線H型鋼柱電線桿安裝天線進(jìn)行高鐵覆蓋，并對H型鋼柱電線桿的選用布局主要規(guī)劃參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，同時又對入射角進(jìn)行了分析研究，最后提出后續(xù)工作開展思路。

【關(guān)鍵詞】 高鐵專網(wǎng)覆蓋 H型鋼柱電線桿 入射角 穿透損耗

一、 前言

高鐵即高速鐵路，是當(dāng)今鐵路技術(shù)發(fā)展的又一新高度。它具有速度快、效益高、污染少等優(yōu)點(diǎn)，是國民經(jīng)濟(jì)的重要載體之一。近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各地高鐵線路應(yīng)運(yùn)而生，而對高鐵線路的無線信號覆蓋也成為各運(yùn)營商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署的一項(xiàng)重要工作，尤其是伴隨4G LTE網(wǎng)絡(luò)的逐步開通，用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求越來越高，高鐵的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋自然成為了打響品牌和知名度的必爭之地?，F(xiàn)階段高鐵專網(wǎng)覆蓋對沿線站址資源獲取提出較高的要求，部分站址資源獲取困難，高鐵專線面臨覆蓋不連續(xù)的尷尬，一種新型配套資源便成為探討的一個課題。

二、高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)的站址要求

基于高鐵覆蓋的車體穿透損耗大、多普勒頻偏大、切換頻繁三個主要因素，站址規(guī)劃時主要遵循如下原則：

1）不同的入射角對應(yīng)的穿透損耗不同，當(dāng)信號垂直入射時的穿透損耗最??；當(dāng)基站的垂直位置距離鐵道較近時，覆蓋區(qū)邊緣信號進(jìn)入車廂的入射角小，穿透損耗大；實(shí)際測試表明，入射角一般保持大于10度，站址距軌道一般控制在100-300米范圍內(nèi)。

2）相同的覆蓋區(qū)域，速度越高終端穿越覆蓋區(qū)域的時間越短；為了保證業(yè)務(wù)連續(xù)，需設(shè)置合理的重疊區(qū)。根據(jù)鏈路預(yù)算及切換重疊區(qū)技術(shù)，小區(qū)間站間距取700米-900米，小區(qū)內(nèi)站間距取800米-1000米。

3）為改善切換區(qū)域，并利于車廂內(nèi)兩側(cè)用戶接收信號質(zhì)量相對均勻，需在鐵路兩側(cè)交錯布局站點(diǎn)，并相對鐵軌高度在15-30米左右（城區(qū)避免選用高站）。

三、配套資源建設(shè)困境及創(chuàng)新思路

3.1 配套資源建設(shè)困境

由于原有基站距離高鐵的偏離度較大，原站址難以利舊，需考慮新選站址滿足高鐵覆蓋站址要求。盡管選址屬于非技術(shù)性工作，但它涉及的外部因素較多，主要面臨以下困難：

1）隨著大眾環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，居民產(chǎn)生對基站輻射問題的非理性恐懼將長期難以解除，城市與農(nóng)村的基站選址會經(jīng)常面臨一些人為的阻擾；

2）依賴私人物業(yè)的站址，土地規(guī)劃審批難、或存在物業(yè)糾紛等問題，導(dǎo)致基站建設(shè)“進(jìn)場難、施工難”。

3）位于政府、企事業(yè)單位的目標(biāo)站址由于公共資源未開放等原因，無法按期施工或施工受阻。

4）部分位于偏遠(yuǎn)農(nóng)村的站址，周邊不具備高壓電或變壓器直接引入條件，市電引入線程較長，投資過大。

5）高鐵軌道距地面相對高度差距大，鐵塔高度從20-80米不等。山區(qū)基本是高架橋接隧道多很難建設(shè)鐵塔，引電困難。

6）高鐵跨河特大橋跨度長、橋體高，超越基站扇區(qū)的覆蓋范圍，無法通過傳統(tǒng)模式建站覆蓋。

3.2 配套資源創(chuàng)新思路

基于上述對高鐵沿線選址困難的分析，提出在高鐵H型鋼柱電線桿內(nèi)架設(shè)天線進(jìn)行覆蓋的一種思路。高鐵H型鋼柱電線桿一般按照50米一根同向分布，H型鋼柱電線桿內(nèi)壁寬度為200mm-240mm，現(xiàn)場如圖1所示：

在H型鋼柱內(nèi)以背靠背形式架設(shè)高增益天線向兩邊打，通過設(shè)計(jì)合理的基站位置、掛高、方向角、下傾角等參數(shù)，保證基站天線的有效掛高（安裝于接觸網(wǎng)最下方橫向鋼梁下側(cè)），無線信號可通過側(cè)面車窗位置有效入射穿行鐵軌的車廂，減少信號損耗且有效傳遞至用戶終端。其站址位置可參考以下布局方法：

1）交錯站點(diǎn)布局：基站站址的選擇盡量交錯分布于鐵路軌道兩側(cè)，采用雙側(cè)覆蓋車廂的方法，呈“之”字形布站，如圖2所示。這樣可有效避免單側(cè)覆蓋所產(chǎn)生的障礙物盲點(diǎn)效應(yīng)，減少了實(shí)際穿透損耗，從而使得車廂內(nèi)兩側(cè)用戶接收信號質(zhì)量更加均勻。

2）拐角站點(diǎn)布局：在實(shí)際中，高鐵列車軌道勢必會存在彎曲部分，而在軌道彎曲部分設(shè)置站點(diǎn)時，盡量選在軌道彎曲曲線弧的內(nèi)側(cè)，這樣可以有效地保證站點(diǎn)對軌道的覆蓋，對多普勒頻移有一定的削弱作用。

3.3 經(jīng)濟(jì)社會效益

首先，利用高鐵H型鋼柱電線桿可快速滿足站址需求，有效降低選址困難；且天線可隱藏于H型桿內(nèi)側(cè)，并可通過鐵路專網(wǎng)供電，有效降低市電引入難度。

再次，H型鋼柱電線桿可滿足三家運(yùn)營商的站址需求，大大降低配套資源的重復(fù)建設(shè)，提升了資產(chǎn)使用效率。在通信行業(yè)充分利用高鐵現(xiàn)有資源，不僅節(jié)約了資源，降低了運(yùn)營成本，而且以實(shí)際行動響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號召，經(jīng)濟(jì)、社會效益極其顯著。

四、后續(xù)工作開展

4.1 積極爭取高鐵資源

現(xiàn)階段高鐵H型鋼柱電線桿屬于紅線內(nèi)，鐵路公司并不對外開放租賃使用權(quán)。三家運(yùn)營商及鐵塔公司應(yīng)積極爭取與鐵路公司達(dá)成一致，通過共同設(shè)計(jì)、同步建設(shè)的方式，開放紅線內(nèi)H型鋼柱電線桿的租賃使用。

4.2 嘗試工作開展

高鐵覆蓋中不同基站的入射角對應(yīng)的穿透損耗不同，當(dāng)信號垂直入射時的穿透損耗最小。當(dāng)基站的垂直位置距離鐵道較近時，覆蓋區(qū)邊緣信號進(jìn)入車廂的入射角小，穿透損耗大。實(shí)際測試表明，當(dāng)入射角小于10度以后，穿透損耗增加的斜率變大。如圖3所示：

而通過高鐵沿線H型鋼柱電線桿上掛設(shè)天線發(fā)射的信號入射角接近0，此時列車的穿透損耗較入射角10度高10-15dB（具體值有待測試驗(yàn)證），如圖4所示：

為了保證入射角接近0度時的覆蓋效果，需采用增加信號功率、高增益天線等手段增加無線信號功率，保證覆蓋效果。后續(xù)可選取合理位置的H型鋼柱電線桿作為補(bǔ)點(diǎn)建設(shè)，并通過實(shí)測積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。待技術(shù)成熟后方可考慮規(guī)模應(yīng)用。

五、結(jié)束語

利用高鐵H型鋼柱電線桿通過共同設(shè)計(jì)、同步建設(shè)的方式可快速滿足站址需求，有效降低選址困難。在通信行業(yè)大大降低配套資源的重復(fù)建設(shè)，不僅節(jié)約了資源，降低了運(yùn)營成本，而且以實(shí)際行動響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號召，經(jīng)濟(jì)、社會效益極其顯著。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 易睿得，趙治. LTE系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社

[2] 華為技術(shù)有限公司 LTE高鐵覆蓋技術(shù)交流（PPT）[Z]