高鐵4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離覆蓋技術(shù)研究

◆李太平

高鐵4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離覆蓋技術(shù)研究

◆李太平

（山西省郵電建設(shè)工程有限公司 山西 030012）

在高鐵環(huán)境當(dāng)中，介于高鐵運(yùn)行安全要求，其周邊不能建設(shè)4G信號(hào)站，因此在4G應(yīng)用早期，如何實(shí)現(xiàn)高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋一直是難以解決的問題，針對(duì)這一問題現(xiàn)代已經(jīng)有了有效的解決方法，即高鐵4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離覆蓋技術(shù)，本文對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了研究，闡述了其技術(shù)要求、應(yīng)用方案以及優(yōu)化方法，供相關(guān)讀者參考。

高鐵；4G遠(yuǎn)距離覆蓋技術(shù)；信息化時(shí)代

4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋依賴于信號(hào)基站，通過信號(hào)輻射原理實(shí)現(xiàn)覆蓋，在多數(shù)情況下，信號(hào)基站可以進(jìn)行建設(shè)，但在高鐵基礎(chǔ)上，考慮到高鐵運(yùn)行安全要求，信號(hào)基站不能建設(shè)在其附近，因此只能通過遠(yuǎn)距離覆蓋的方案來實(shí)現(xiàn)通網(wǎng)，且高鐵作為快速移動(dòng)物體，通過常規(guī)方法進(jìn)行覆蓋，會(huì)出現(xiàn)多普勒頻移等問題，使網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量不佳，同時(shí)車廂外殼以及隧道等情況，會(huì)阻礙信號(hào)穿透，這些問題都是以往4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離覆蓋高鐵的技術(shù)難點(diǎn)。而本文研究課題正是一種可以解決所存在的技術(shù)難點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高鐵4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離覆蓋的技術(shù)。

1 技術(shù)要求

1.1 配置要求

結(jié)合現(xiàn)代高鐵網(wǎng)絡(luò)要求，4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋可以分為兩類，即公網(wǎng)、專網(wǎng)，其中公網(wǎng)可以采用常規(guī)的宏蜂窩組網(wǎng)模式實(shí)現(xiàn)覆蓋，配置較為普及，本文就不多加贅述，而專網(wǎng)具有多項(xiàng)技術(shù)要求，因此將著重對(duì)專網(wǎng)的配置要求進(jìn)行分析[1]。

1.2 組網(wǎng)要求

同樣以公網(wǎng)、專網(wǎng)為例，對(duì)兩者組網(wǎng)要求進(jìn)行分析，統(tǒng)一要求指標(biāo)包括：組網(wǎng)覆蓋區(qū)域、業(yè)務(wù)量要求、網(wǎng)絡(luò)性能要求、工程成本要求。具體內(nèi)容見下文。

（1）公網(wǎng)組網(wǎng)要求

公網(wǎng)基礎(chǔ)上：組網(wǎng)覆蓋區(qū)域應(yīng)當(dāng)覆蓋高鐵與周邊區(qū)域，兩個(gè)覆蓋區(qū)域統(tǒng)一宏觀調(diào)控；業(yè)務(wù)量要求應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾?，因公網(wǎng)接入用戶較多，代表其數(shù)據(jù)傳輸量較大，所以組網(wǎng)業(yè)務(wù)量要求為較大數(shù)據(jù)容量；網(wǎng)絡(luò)性能要求應(yīng)當(dāng)兼顧高鐵用戶以及周邊用戶；工程成本要求較低，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以建設(shè)難度較小。

（2）專網(wǎng)組網(wǎng)要求

專網(wǎng)基礎(chǔ)上：組網(wǎng)覆蓋區(qū)域只包括高鐵沿線區(qū)域；業(yè)務(wù)量要求因?yàn)楦采w區(qū)域較小，代表用戶量少，所以數(shù)據(jù)容量要求較??；網(wǎng)絡(luò)性能要求因?yàn)橹恍枰o高鐵用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，所以性能要求較高，要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸；工程成本要求較高，因?yàn)榕渲靡筝^高、所以減速難度較大。

2 應(yīng)用方案分析與設(shè)計(jì)

2.1 方案基礎(chǔ)選擇

采用對(duì)比法進(jìn)行方案基礎(chǔ)選擇，即將公網(wǎng)、專網(wǎng)的技術(shù)要求進(jìn)行比較，更具優(yōu)勢(shì)者將作為本文方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。通過比較可見，專網(wǎng)較于公網(wǎng)在技術(shù)質(zhì)量、性能水平上更具優(yōu)勢(shì)，但存在工程成本較高的問題，而公網(wǎng)的技術(shù)質(zhì)量、性能水平并不滿足高鐵環(huán)境對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)的要求，因此即使其成本再低也不能作為方案設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在這一基礎(chǔ)上，本文將以專業(yè)視角進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

2.2 常見方案分析

在常規(guī)技術(shù)條件下，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離覆蓋，且保證信號(hào)質(zhì)量的技術(shù)方案有三，即天饋調(diào)整和天饋工程改造、參數(shù)優(yōu)化、新增站址，各方案具體內(nèi)容見下文。

（1）天饋調(diào)整和天饋工程改造

面對(duì)高鐵4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離覆蓋要求，常規(guī)技術(shù)主要存在覆蓋質(zhì)量較差的問題，因此在本文思路下，要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量覆蓋，首要目標(biāo)就是解決此項(xiàng)問題，解決方法上通過天饋調(diào)整、天饋工程改造措施，對(duì)原有技術(shù)進(jìn)行調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)目的。天饋調(diào)整、和天饋工程改造兩項(xiàng)措施即為對(duì)信號(hào)天線的角度、位置進(jìn)行調(diào)整，即首先對(duì)天線的下傾角、方位角進(jìn)行調(diào)整，使得天線主瓣方向與覆蓋較差的區(qū)域保持直線關(guān)系，此時(shí)信號(hào)傳輸強(qiáng)度最強(qiáng)，理論上可以對(duì)覆蓋質(zhì)量差的問題進(jìn)行優(yōu)化，如果情況不嚴(yán)重此舉可以直接解決問題，但如果該項(xiàng)措施無法解決問題，可以對(duì)RS的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整，增強(qiáng)信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)天線的安裝位置進(jìn)行規(guī)劃。該方案在實(shí)際工作中已有應(yīng)用，解決了大部分覆蓋質(zhì)量較差的問題，但小部分問題因?yàn)榄h(huán)境等因素的影響依舊無法解決，說明該方法的應(yīng)用需要結(jié)合實(shí)際情況慎重選擇[2]。

（2）參數(shù)優(yōu)化

參數(shù)優(yōu)化是一種在上述方案基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化，以解決覆蓋質(zhì)量較差問題的措施。該措施因?yàn)樾盘?hào)發(fā)生強(qiáng)度的相關(guān)參數(shù)較多，所以有多種應(yīng)用形式，具體內(nèi)容見表1。

表1 參數(shù)優(yōu)化常見方案優(yōu)劣勢(shì)比較

（3）新增站址

新增站址措施同樣需要建立在天饋調(diào)整和天饋工程改造基礎(chǔ)上，即在天饋調(diào)整和天饋工程改造無法解決問題，或者覆蓋目標(biāo)存在干擾因素時(shí)，可以通過新增站址來實(shí)現(xiàn)改善。此外，該方法除了可以增加站址以外，還可以結(jié)合新增RRU來實(shí)現(xiàn)。

2.3 方案設(shè)計(jì)

綜合上述分析可見，各類方案均存在優(yōu)劣點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行選擇，而本文考慮到普遍情況，將結(jié)合各方案設(shè)計(jì)出一種具有通用性的方案，即RRU雙拼+上下行平衡算法+高增益電調(diào)天線方案。其主要采用兩個(gè)型號(hào)一致的RRU來實(shí)現(xiàn)雙拼結(jié)構(gòu)，其基帶接口可以同時(shí)支持兩個(gè)RRU的級(jí)聯(lián)，同時(shí)在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上，為了降低傳輸要求，對(duì)RRU雙拼的基帶光口進(jìn)行了統(tǒng)一設(shè)計(jì)，即兩個(gè)RRU只有一個(gè)基帶光口，此舉可以避免RRU傳輸出現(xiàn)信號(hào)無法疊加的問題；上下行平衡算法是一種同時(shí)對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)的上下行進(jìn)行計(jì)算，使兩者始終保持平衡的計(jì)算方法，其中上行是指RRU雙拼、下行是指小區(qū)合并聯(lián)合調(diào)度，前者具有4個(gè)通道信號(hào)，后者主要作為小區(qū)合并多個(gè)RRU共同占用的頻帶資源發(fā)射，當(dāng)上行受限，在算法條件下會(huì)進(jìn)行最大比合并處理，同時(shí)對(duì)下行進(jìn)行調(diào)度，使其時(shí)隙對(duì)齊、功率疊加，由此即可提高重點(diǎn)信號(hào)功率，擴(kuò)大下行覆蓋面積；高增益天線是指高增益寬頻獨(dú)立電調(diào)天線，直接安裝在基站當(dāng)中，借助其性能可以將方案效果提升至最佳。

3 方案優(yōu)化方法

通過上述設(shè)計(jì)方案可以實(shí)現(xiàn)高鐵遠(yuǎn)距離4G覆蓋，但在專網(wǎng)視角上，其較高成本的問題始終存在，因此出于經(jīng)濟(jì)性考慮，本文將通過高增益天線來進(jìn)行優(yōu)化，旨在擴(kuò)大每個(gè)基站的信號(hào)覆蓋面積，減少基站建設(shè)數(shù)量要求，間接降低成本。

高增益天線對(duì)信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度的增益原理在于：水平波瓣寬度越小，則天線增益越高，在這一原理上，針對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化的首要目的就是找到天線最佳水平波瓣寬度。本文以普通定向天線作為對(duì)比，對(duì)其與高增益天線的水平波瓣寬度進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)調(diào)整后的增益效果來確認(rèn)高增益天線的最佳水平波瓣寬度。

通過對(duì)比可見高增益天線隨著水平波瓣角的不斷增大，其穿透損耗越低，代表其信號(hào)強(qiáng)度隨著角度下降而增加，同樣在普通定向天線當(dāng)中這一表現(xiàn)也存在，但在數(shù)值對(duì)比上可見，其穿透損耗降低差值較低，同時(shí)各角度數(shù)值遠(yuǎn)大于高增益天線，說明高增益天線應(yīng)用更具優(yōu)勢(shì)，同時(shí)根據(jù)高增益天線的數(shù)值表現(xiàn)可見，其水平波瓣角32°時(shí)表現(xiàn)最佳。因此，在方案應(yīng)用當(dāng)中，將高增益天線的水平波瓣角調(diào)整至32°，可以保障網(wǎng)絡(luò)信號(hào)充分穿透高鐵車廂或者隧道，同時(shí)保障信號(hào)質(zhì)量。

4 結(jié)語

本文對(duì)高鐵4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離覆蓋技術(shù)進(jìn)行了研究，研究共分為3個(gè)步驟，即技術(shù)要求、方案設(shè)計(jì)、方案優(yōu)化。在技術(shù)要求部分，主要對(duì)高鐵的公網(wǎng)、專網(wǎng)進(jìn)行了分析，闡述了兩者的配置要求以及特點(diǎn)，結(jié)果顯示專網(wǎng)性能更優(yōu)，公網(wǎng)成本較低；在方案設(shè)計(jì)上，考慮到高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求，選擇專網(wǎng)作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，通過設(shè)計(jì)得到了高鐵4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離覆蓋方案；在方案優(yōu)化中，考慮到方案經(jīng)濟(jì)性，對(duì)方案中高增益天線的最佳配置進(jìn)行了測(cè)試，根據(jù)其增益原理得出最佳水平波瓣角為32°。

[1]馮博，彭亮.高鐵4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離覆蓋技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，v.17；No.69（2）：90-95.

[2]曾鳴.高鐵4G專網(wǎng)質(zhì)量提升研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2017，30（6）：89-92.