利用H型鋼柱電線桿實現高鐵覆蓋的探討

陸怡彤+呂戰鋒

【摘要】 主要是利用沿線H型鋼柱電線桿安裝天線實現高鐵覆蓋的探討。首先論述了現階段高鐵LTE網絡的站址要求，然后從實際情況出發說明現階段高鐵專網基站選址的難度；從而提出配套資源的創新思路—利用高鐵沿線H型鋼柱電線桿安裝天線進行高鐵覆蓋，并對H型鋼柱電線桿的選用布局主要規劃參數設計進行了論述，同時又對入射角進行了分析研究，最后提出后續工作開展思路。

【關鍵詞】 高鐵專網覆蓋 H型鋼柱電線桿 入射角 穿透損耗

一、 前言

高鐵即高速鐵路，是當今鐵路技術發展的又一新高度。它具有速度快、效益高、污染少等優點，是國民經濟的重要載體之一。近幾年，隨著我國經濟的高速發展，各地高鐵線路應運而生，而對高鐵線路的無線信號覆蓋也成為各運營商進行網絡部署的一項重要工作，尤其是伴隨4G LTE網絡的逐步開通，用戶對數據業務的要求越來越高，高鐵的LTE網絡覆蓋自然成為了打響品牌和知名度的必爭之地。現階段高鐵專網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網絡的站址要求

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，站址規劃時主要遵循如下原則：

1）不同的入射角對應的穿透損耗不同，當信號垂直入射時的穿透損耗最小；當基站的垂直位置距離鐵道較近時，覆蓋區邊緣信號進入車廂的入射角小，穿透損耗大；實際測試表明，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。

2）相同的覆蓋區域，速度越高終端穿越覆蓋區域的時間越短；為了保證業務連續，需設置合理的重疊區。根據鏈路預算及切換重疊區技術，小區間站間距取700米-900米，小區內站間距取800米-1000米。

3）為改善切換區域，并利于車廂內兩側用戶接收信號質量相對均勻，需在鐵路兩側交錯布局站點，并相對鐵軌高度在15-30米左右（城區避免選用高站）。

三、配套資源建設困境及創新思路

3.1 配套資源建設困境

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

2）依賴私人物業的站址，土地規劃審批難、或存在物業糾紛等問題，導致基站建設“進場難、施工難”。

3）位于政府、企事業單位的目標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）部分位于偏遠農村的站址，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。山區基本是高架橋接隧道多很難建設鐵塔，引電困難。

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

3.2 配套資源創新思路

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

在H型鋼柱內以背靠背形式架設高增益天線向兩邊打，通過設計合理的基站位置、掛高、方向角、下傾角等參數，保證基站天線的有效掛高（安裝于接觸網最下方橫向鋼梁下側），無線信號可通過側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）交錯站點布局：基站站址的選擇盡量交錯分布于鐵路軌道兩側，采用雙側覆蓋車廂的方法，呈“之”字形布站，如圖2所示。這樣可有效避免單側覆蓋所產生的障礙物盲點效應，減少了實際穿透損耗，從而使得車廂內兩側用戶接收信號質量更加均勻。

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

3.3 經濟社會效益

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型桿內側，并可通過鐵路專網供電，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營商的站址需求，大大降低配套資源的重復建設，提升了資產使用效率。在通信行業充分利用高鐵現有資源，不僅節約了資源，降低了運營成本，而且以實際行動響應了國家節能減排的號召，經濟、社會效益極其顯著。

四、后續工作開展

4.1 積極爭取高鐵資源

現階段高鐵H型鋼柱電線桿屬于紅線內，鐵路公司并不對外開放租賃使用權。三家運營商及鐵塔公司應積極爭取與鐵路公司達成一致，通過共同設計、同步建設的方式，開放紅線內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的穿透損耗不同，當信號垂直入射時的穿透損耗最小。當基站的垂直位置距離鐵道較近時，覆蓋區邊緣信號進入車廂的入射角小，穿透損耗大。實際測試表明，當入射角小于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天線發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。后續可選取合理位置的H型鋼柱電線桿作為補點建設，并通過實測積累相關經驗。待技術成熟后方可考慮規模應用。

五、結束語

利用高鐵H型鋼柱電線桿通過共同設計、同步建設的方式可快速滿足站址需求，有效降低選址困難。在通信行業大大降低配套資源的重復建設，不僅節約了資源，降低了運營成本，而且以實際行動響應了國家節能減排的號召，經濟、社會效益極其顯著。

參 考 文 獻

[1] 易睿得，趙治. LTE系統原理及應用[M]. 北京： 電子工業出版社

[2] 華為技術有限公司 LTE高鐵覆蓋技術交流（PPT）[Z]