利用H型钢柱电线杆实现高铁覆盖的探讨

陆怡彤+吕战锋

【摘要】 主要是利用沿线H型钢柱电线杆安装天线实现高铁覆盖的探讨。首先论述了现阶段高铁LTE网络的站址要求，然后从实际情况出发说明现阶段高铁专网基站选址的难度；从而提出配套资源的创新思路—利用高铁沿线H型钢柱电线杆安装天线进行高铁覆盖，并对H型钢柱电线杆的选用布局主要规划参数设计进行了论述，同时又对入射角进行了分析研究，最后提出后续工作开展思路。

【关键词】 高铁专网覆盖 H型钢柱电线杆 入射角 穿透损耗

一、 前言

高铁即高速铁路，是当今铁路技术发展的又一新高度。它具有速度快、效益高、污染少等优点，是国民经济的重要载体之一。近几年，随着我国经济的高速发展，各地高铁线路应运而生，而对高铁线路的无线信号覆盖也成为各运营商进行网络部署的一项重要工作，尤其是伴随4G LTE网络的逐步开通，用户对数据业务的要求越来越高，高铁的LTE网络覆盖自然成为了打响品牌和知名度的必争之地。现阶段高铁专网覆盖对沿线站址资源获取提出较高的要求，部分站址资源获取困难，高铁专线面临覆盖不连续的尴尬，一种新型配套资源便成为探讨的一个课题。

二、高铁LTE网络的站址要求

基于高铁覆盖的车体穿透损耗大、多普勒频偏大、切换频繁三个主要因素，站址规划时主要遵循如下原则：

1）不同的入射角对应的穿透损耗不同，当信号垂直入射时的穿透损耗最小；当基站的垂直位置距离铁道较近时，覆盖区边缘信号进入车厢的入射角小，穿透损耗大；实际测试表明，入射角一般保持大于10度，站址距轨道一般控制在100-300米范围内。

2）相同的覆盖区域，速度越高终端穿越覆盖区域的时间越短；为了保证业务连续，需设置合理的重叠区。根据链路预算及切换重叠区技术，小区间站间距取700米-900米，小区内站间距取800米-1000米。

3）为改善切换区域，并利于车厢内两侧用户接收信号质量相对均匀，需在铁路两侧交错布局站点，并相对铁轨高度在15-30米左右（城区避免选用高站）。

三、配套资源建设困境及创新思路

3.1 配套资源建设困境

由于原有基站距离高铁的偏离度较大，原站址难以利旧，需考虑新选站址满足高铁覆盖站址要求。尽管选址属于非技术性工作，但它涉及的外部因素较多，主要面临以下困难：

1）随着大众环保意识的不断增强，居民产生对基站辐射问题的非理性恐惧将长期难以解除，城市与农村的基站选址会经常面临一些人为的阻扰；

2）依赖私人物业的站址，土地规划审批难、或存在物业纠纷等问题，导致基站建设“进场难、施工难”。

3）位于政府、企事业单位的目标站址由于公共资源未开放等原因，无法按期施工或施工受阻。

4）部分位于偏远农村的站址，周边不具备高压电或变压器直接引入条件，市电引入线程较长，投资过大。

5）高铁轨道距地面相对高度差距大，铁塔高度从20-80米不等。山区基本是高架桥接隧道多很难建设铁塔，引电困难。

6）高铁跨河特大桥跨度长、桥体高，超越基站扇区的覆盖范围，无法通过传统模式建站覆盖。

3.2 配套资源创新思路

基于上述对高铁沿线选址困难的分析，提出在高铁H型钢柱电线杆内架设天线进行覆盖的一种思路。高铁H型钢柱电线杆一般按照50米一根同向分布，H型钢柱电线杆内壁宽度为200mm-240mm，现场如图1所示：

在H型钢柱内以背靠背形式架设高增益天线向两边打，通过设计合理的基站位置、挂高、方向角、下倾角等参数，保证基站天线的有效挂高（安装于接触网最下方横向钢梁下侧），无线信号可通过侧面车窗位置有效入射穿行铁轨的车厢，减少信号损耗且有效传递至用户终端。其站址位置可参考以下布局方法：

1）交错站点布局：基站站址的选择尽量交错分布于铁路轨道两侧，采用双侧覆盖车厢的方法，呈“之”字形布站，如图2所示。这样可有效避免单侧覆盖所产生的障碍物盲点效应，减少了实际穿透损耗，从而使得车厢内两侧用户接收信号质量更加均匀。

2）拐角站点布局：在实际中，高铁列车轨道势必会存在弯曲部分，而在轨道弯曲部分设置站点时，尽量选在轨道弯曲曲线弧的内侧，这样可以有效地保证站点对轨道的覆盖，对多普勒频移有一定的削弱作用。

3.3 经济社会效益

首先，利用高铁H型钢柱电线杆可快速满足站址需求，有效降低选址困难；且天线可隐藏于H型杆内侧，并可通过铁路专网供电，有效降低市电引入难度。

再次，H型钢柱电线杆可满足三家运营商的站址需求，大大降低配套资源的重复建设，提升了资产使用效率。在通信行业充分利用高铁现有资源，不仅节约了资源，降低了运营成本，而且以实际行动响应了国家节能减排的号召，经济、社会效益极其显著。

四、后续工作开展

4.1 积极争取高铁资源

现阶段高铁H型钢柱电线杆属于红线内，铁路公司并不对外开放租赁使用权。三家运营商及铁塔公司应积极争取与铁路公司达成一致，通过共同设计、同步建设的方式，开放红线内H型钢柱电线杆的租赁使用。

4.2 尝试工作开展

高铁覆盖中不同基站的入射角对应的穿透损耗不同，当信号垂直入射时的穿透损耗最小。当基站的垂直位置距离铁道较近时，覆盖区边缘信号进入车厢的入射角小，穿透损耗大。实际测试表明，当入射角小于10度以后，穿透损耗增加的斜率变大。如图3所示：

而通过高铁沿线H型钢柱电线杆上挂设天线发射的信号入射角接近0，此时列车的穿透损耗较入射角10度高10-15dB（具体值有待测试验证），如图4所示：

为了保证入射角接近0度时的覆盖效果，需采用增加信号功率、高增益天线等手段增加无线信号功率，保证覆盖效果。后续可选取合理位置的H型钢柱电线杆作为补点建设，并通过实测积累相关经验。待技术成熟后方可考虑规模应用。

五、结束语

利用高铁H型钢柱电线杆通过共同设计、同步建设的方式可快速满足站址需求，有效降低选址困难。在通信行业大大降低配套资源的重复建设，不仅节约了资源，降低了运营成本，而且以实际行动响应了国家节能减排的号召，经济、社会效益极其顯著。

参 考 文 献

[1] 易睿得，赵治. LTE系统原理及应用[M]. 北京： 电子工业出版社

[2] 华为技术有限公司 LTE高铁覆盖技术交流（PPT）[Z]