程昕宇

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京102600）

1 高鐵實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的技術(shù)難點

1.1 多普勒頻移

在一些情況下，移動通信中的終端設(shè)備接收端的信號頻率會發(fā)生變化，而這種情況一般被稱為多普勒頻移。當(dāng)用戶的移動方向與電磁波的傳播方向一致時，會出現(xiàn)最大的多普勒頻移；當(dāng)用戶移動的方向與電磁波傳播的方向完全垂直時，不會出現(xiàn)多普勒頻移。多普勒頻移會在一定程度上影響接收機(jī)的接收性能，最明顯的表現(xiàn)是使接收機(jī)的靈敏度與原來相比會有比較明顯的下降，從而導(dǎo)致接收端的調(diào)解工作無法有效進(jìn)行，大幅提升誤碼率。

1.2 頻繁切換引起掉話和脫網(wǎng)

在列車高速移動的情況下，網(wǎng)絡(luò)信號的衰落速度非?？?，如果衰落到一定程度，用戶的手機(jī)所在的服務(wù)區(qū)會重新選擇服務(wù)區(qū)，即idle模式或者切換過程，如果當(dāng)前服務(wù)區(qū)的信號電平持續(xù)快速衰落直至門限以下，并且沒有切換到新的服務(wù)區(qū)，用戶就會脫網(wǎng)或者掉話。

2 站點規(guī)劃

從圖1可以明顯地發(fā)現(xiàn)，穿透損耗最高的是龐巴迪列車，高達(dá)24d B。高速列車本身具有較高的信號屏蔽能力，加上空中損耗的無線信號，站與站之間的距離如果太遠(yuǎn)，會對高速列車內(nèi)的信號覆蓋效果產(chǎn)生很大的影響。因此，應(yīng)合理規(guī)劃每2個站點之間的距離，距離要適當(dāng)，不宜過大，通常情況下，2個站點之間的距離不應(yīng)超過1.5km，但是從經(jīng)濟(jì)角度考慮也不能太過接近，2個站點之間的距離不應(yīng)小于1km。

2.1 鏈型覆蓋，交錯分布

鏈型覆蓋主要是針對線性鐵路，在建設(shè)站點的過程中，應(yīng)盡量在線型鐵路的兩側(cè)進(jìn)行交錯分布，這樣布置能夠?qū)η袚Q區(qū)域進(jìn)行完善，使乘坐高速列車的用戶無論是在車廂的哪一側(cè)都能接收質(zhì)量相對均勻的信號。與此同時，高速鐵路線上形成的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋比較規(guī)則，可以使鄰區(qū)關(guān)系得到有效的簡化。切換測量時間的有效縮能夠快速切換車載終端，從而避免乒乓效應(yīng)[1]。

2.2 站址與鐵路的垂直距離

在選擇站址的過程中，不能距離高速鐵路過近，因為距離過近會導(dǎo)致多普勒頻移過大以及穿透損耗的入射角太小，因此，挑選站址時需要注意站址與鐵路的垂直距離，通常情況下，站址與鐵路的垂直距離要在150m以上，并且最遠(yuǎn)不能超過300m。另外，選擇站址的過程中，還要對周圍的地形進(jìn)行充分的了解，盡量避開坑洼以及林地等地區(qū)，這是因為以上3種地形可能會增加建設(shè)基站的費用或者影響網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸。因此，應(yīng)將站點盡量建在地勢比較平坦開闊的地方，從而使網(wǎng)絡(luò)信號的覆蓋不會受地形的影響。

2.3 凹側(cè)選址

在選擇站址的過程中還應(yīng)注意，位于線路平曲線上的鐵路站點應(yīng)盡量將站址建在凹側(cè)，并且要在鐵路的兩側(cè)交錯覆蓋。這也是出于多普勒頻移過大，同時，穿透損耗的入射角太小的考慮。

3 天線選型

在選擇天線的過程中，重點要考慮的是站點與鐵路之間的垂直距離，通常情況下，如果站點和高速鐵路之間的距離小于200m，則應(yīng)選用波瓣寬度為33°，21d Bi高增益雙極化的窄波瓣天線；如果站點和高速鐵路之間的距離超過200m，可以使用波瓣寬度65°，以天線主瓣來覆蓋高速鐵路。設(shè)計天線下傾角和方位角總的原則是，天線的主瓣要指向覆蓋的邊緣。其中，方位角的大概設(shè)計情況如圖2所示。

圖2 天線方位角設(shè)計示意圖

圖2 中，d為站點距離鐵路的垂直距離；L為扇區(qū)在高速鐵路上的覆蓋長度。這樣天線指向與鐵路的夾角即天線的方位角就能夠計算出來，計算公式為：φ=arctan（d/L）。因為高速鐵路的異頻不會出現(xiàn)導(dǎo)頻污染現(xiàn)象，所以，應(yīng)盡量增加覆蓋的原則設(shè)置站點天線的下傾角，下傾角的具體設(shè)置如圖3所示。

圖3 天線下傾角設(shè)計示意圖

圖3 中，h為站點天線相對于鐵路所在地面的掛高；S為扇區(qū)的覆蓋半徑。但是，在實際設(shè)置過程中，還應(yīng)充分結(jié)合站點的設(shè)計情況進(jìn)行，例如，很多站點沿著鐵路的走向建在鐵路旁邊的山坡上。因此，天線掛高應(yīng)為天線相對于鐵路的高度，不能將其理解為天線相對于站點所在位置的掛高。由此可以得到計算天線下傾角的公式：θ=arctan（h/S）+天線垂直波瓣/2，即站點天線實際的下傾角。如果覆蓋半徑是750m，站點的高度是30m，那么能夠?qū)⒄军c天線的實際下傾角計算出來，經(jīng)過計算，其下傾角為9.7°，如果站點的高度是20m，且覆蓋半徑仍然是750m，那么計算得出天線的實際下傾角為9°。需要特別說明的一點是，本文所說的天線掛高指的是天線與鐵路平面的相對高度，因此，對站點所在地的地形蓋度要進(jìn)行充分的考慮。

4 結(jié)語

近年來，隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的高速鐵路建設(shè)取得了巨大的成就，目前，我國的高速鐵路規(guī)模已位于世界第一。相關(guān)研究事實證明，高速鐵路的運行速度在200km以上時，會對網(wǎng)絡(luò)信號的各項指標(biāo)造成非常嚴(yán)重的干擾，從而對用戶的體驗造成嚴(yán)重的影響。因此，有必要探究網(wǎng)絡(luò)通信站點的選址規(guī)劃以及天線的選型，從而使高速鐵路上的網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量能夠得到有效的保證。