摘要

高鐵場景覆蓋問題

高鐵是交通運(yùn)輸現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是一個(gè)國家工業(yè)化水平的重要體現(xiàn)。中國高鐵經(jīng)過幾代鐵路人接續(xù)奮斗，實(shí)現(xiàn)了從無到有、從追趕到并跑、再到領(lǐng)跑的歷史性變化。截至2023年底，全國鐵路運(yùn)營里程達(dá)15.9萬公里，高鐵里程達(dá)4.5萬公里，在全球各國家中遙遙領(lǐng)先。隨著高鐵的快速發(fā)展，高鐵移動(dòng)通信用戶數(shù)量也在快速增長，這為沿線地區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋提出了更高的要求。

高鐵場景的覆蓋模型如圖1所示。一方面，從高鐵沿線連續(xù)覆蓋需求考慮，高鐵線路為典型的線型覆蓋場景，對(duì)于單站覆蓋，線路覆蓋近點(diǎn)對(duì)天線下傾角的需求大于覆蓋遠(yuǎn)點(diǎn)對(duì)天線下傾角的需求，天線的波束形態(tài)是否能兼顧遠(yuǎn)近點(diǎn)下傾角之差是影響線路能否連續(xù)覆蓋的關(guān)鍵因素。另一方面，在傳統(tǒng)安裝方式下，由于天線下傾角和方位角的調(diào)整，其天線主波束在地面投影與高鐵線路存在一定的夾角。

圖 1 高鐵線路三維覆蓋模型

為了實(shí)現(xiàn)鐵路從近點(diǎn)到遠(yuǎn)點(diǎn)的連續(xù)性覆蓋，基站天線的垂直半功率波束寬度應(yīng)該大于遠(yuǎn)近點(diǎn)下傾角值的差。因此，使用傳統(tǒng)的基站天線，70%的站點(diǎn)無法支持對(duì)高鐵專用網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋。

“比薩天線”姿態(tài)調(diào)整創(chuàng)新方案

為了解決傳統(tǒng)天線無法提供連續(xù)覆蓋的問題，基于高鐵線路三維覆蓋模型，提出了天線姿態(tài)調(diào)整技術(shù)，使天線的波束投影能夠覆蓋高鐵的線路面積并兼容所有類型的站點(diǎn)。

波束投影優(yōu)化技術(shù)

為了使天線地面波束投影與高鐵線路的夾角減小，可以調(diào)整天線的部署姿態(tài)，通過下傾角和方位角的調(diào)節(jié)，使天線的法線方向（此處假設(shè)天線法線方向即為最大增益方向）指向高鐵線路，天線法線與高鐵線路相交的點(diǎn)我們定義為軸點(diǎn)，以此法線方向?yàn)檩S線，在下傾面內(nèi)旋轉(zhuǎn)天線，實(shí)現(xiàn)波束在地面投影圍繞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到與高鐵線路重合的效果。通過調(diào)整方位角、下傾角和橫滾角三個(gè)參數(shù)來優(yōu)化基站天線的波束投影，使天線波束與直線軌道線完美對(duì)齊。然而，由于安裝精度和橫滾角調(diào)整不便，該方法在實(shí)際高鐵線路應(yīng)用中面臨重大挑戰(zhàn)。

圖 2 比薩姿態(tài)調(diào)整原

下傾角聯(lián)動(dòng)橫滾角調(diào)整技術(shù)

通過下傾角調(diào)整方位與方位角調(diào)整方位分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)僅調(diào)整下傾角，實(shí)現(xiàn)橫滾角姿態(tài)的聯(lián)動(dòng)調(diào)整。在該方案中，只需要調(diào)整下傾角和方位角即可實(shí)現(xiàn)波束地面投影與高鐵線路重合。該天線部署方法在實(shí)際應(yīng)用中簡化了調(diào)整參數(shù)，提高了可操作性，實(shí)現(xiàn)了效果更好的無縫覆蓋。

基于下傾角聯(lián)動(dòng)橫滾角調(diào)整技術(shù)，我們?cè)O(shè)計(jì)了集成式“比薩天線”和獨(dú)立式“比薩天線”。對(duì)于集成式“比薩天線”，通過V型反射板將左右兩副天線集成在一起，共用一個(gè)天線罩。對(duì)于獨(dú)立式“比薩天線”，通過工裝組件替換對(duì)舊場景進(jìn)行改造，直接利用現(xiàn)有高鐵天線，替換具有比薩姿態(tài)調(diào)整功能的組件，提升線路覆蓋連續(xù)性。

“比薩天線”作為線型場景的覆蓋優(yōu)化方案，前期已在河南、江蘇、安徽、江西、四川等省公司多條線路實(shí)現(xiàn)高鐵“比薩天線”外場試點(diǎn)。通過外場測試，比薩天線在大站間距覆蓋效果相比傳統(tǒng)高鐵天線有明顯提升，在場地適應(yīng)性、安裝方便性和覆蓋效果等方面具有明顯的優(yōu)勢。

總結(jié)與展望

本文提出了一種高鐵線型場景的覆蓋優(yōu)化方案，通過天線姿態(tài)調(diào)整技術(shù)，解決了傳統(tǒng)方案覆蓋不足的問題，實(shí)現(xiàn)了天線波束在地面投影與高鐵線路的重合，可兼顧遠(yuǎn)近點(diǎn)下傾角差異30°，基本涵蓋全線路站點(diǎn)。

同時(shí)，中國移動(dòng)已在多個(gè)省份多條線路實(shí)現(xiàn)高鐵“比薩天線”應(yīng)用，效果突出，即將啟動(dòng)規(guī)模部署。比薩天線姿態(tài)調(diào)整技術(shù)結(jié)合綠色低損耗高增益天線技術(shù)作為線型場景的覆蓋優(yōu)化方案，受到產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)烈關(guān)注，不僅適用于高鐵沿線覆蓋，還可以向長橋、河道、高速、航線等更多場景延伸應(yīng)用，預(yù)期將在更多“信號(hào)升格”重點(diǎn)場景的覆蓋發(fā)揮價(jià)值，助力提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和優(yōu)化用戶感知。

來源： 無線與終端技術(shù)研究所