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        高速鐵路站點(diǎn)規(guī)劃和天線選型探究

        2020-03-30 12:44:16程昕宇
        關(guān)鍵詞:垂直距離站址高速鐵路

        程昕宇

        (中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京102600)

        1 高鐵實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的技術(shù)難點(diǎn)

        1.1 多普勒頻移

        在一些情況下,移動(dòng)通信中的終端設(shè)備接收端的信號(hào)頻率會(huì)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(dòng)方向與電磁波的傳播方向一致時(shí),會(huì)出現(xiàn)最大的多普勒頻移;當(dāng)用戶移動(dòng)的方向與電磁波傳播的方向完全垂直時(shí),不會(huì)出現(xiàn)多普勒頻移。多普勒頻移會(huì)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(huì)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(dòng)的情況下,網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的衰落速度非常快,如果衰落到一定程度,用戶的手機(jī)所在的服務(wù)區(qū)會(huì)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(hào)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(huì)脫網(wǎng)或者掉話。

        2 站點(diǎn)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(hào)屏蔽能力,加上空中損耗的無線信號(hào),站與站之間的距離如果太遠(yuǎn),會(huì)對(duì)高速列車內(nèi)的信號(hào)覆蓋效果產(chǎn)生很大的影響。因此,應(yīng)合理規(guī)劃每2個(gè)站點(diǎn)之間的距離,距離要適當(dāng),不宜過大,通常情況下,2個(gè)站點(diǎn)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(gè)站點(diǎn)之間的距離不應(yīng)小于1km。

        2.1 鏈型覆蓋,交錯(cuò)分布

        鏈型覆蓋主要是針對(duì)線性鐵路,在建設(shè)站點(diǎn)的過程中,應(yīng)盡量在線型鐵路的兩側(cè)進(jìn)行交錯(cuò)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(duì)均勻的信號(hào)。與此同時(shí),高速鐵路線上形成的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋比較規(guī)則,可以使鄰區(qū)關(guān)系得到有效的簡(jiǎn)化。切換測(cè)量時(shí)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?yàn)榫嚯x過近會(huì)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(shí)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(duì)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?yàn)橐陨?種地形可能會(huì)增加建設(shè)基站的費(fèi)用或者影響網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸。因此,應(yīng)將站點(diǎn)盡量建在地勢(shì)比較平坦開闊的地方,從而使網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋不會(huì)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(diǎn)應(yīng)盡量將站址建在凹側(cè),并且要在鐵路的兩側(cè)交錯(cuò)覆蓋。這也是出于多普勒頻移過大,同時(shí),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(diǎn)要考慮的是站點(diǎn)與鐵路之間的垂直距離,通常情況下,如果站點(diǎn)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(diǎn)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(jì)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(jì)情況如圖2所示。

        圖2 天線方位角設(shè)計(jì)示意圖

        圖2 中,d為站點(diǎn)距離鐵路的垂直距離;L為扇區(qū)在高速鐵路上的覆蓋長(zhǎng)度。這樣天線指向與鐵路的夾角即天線的方位角就能夠計(jì)算出來,計(jì)算公式為:φ=arctan(d/L)。因?yàn)楦咚勹F路的異頻不會(huì)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(diǎn)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(jì)示意圖

        圖3 中,h為站點(diǎn)天線相對(duì)于鐵路所在地面的掛高;S為扇區(qū)的覆蓋半徑。但是,在實(shí)際設(shè)置過程中,還應(yīng)充分結(jié)合站點(diǎn)的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行,例如,很多站點(diǎn)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(duì)于鐵路的高度,不能將其理解為天線相對(duì)于站點(diǎn)所在位置的掛高。由此可以得到計(jì)算天線下傾角的公式:θ=arctan(h/S)+天線垂直波瓣/2,即站點(diǎn)天線實(shí)際的下傾角。如果覆蓋半徑是750m,站點(diǎn)的高度是30m,那么能夠?qū)⒄军c(diǎn)天線的實(shí)際下傾角計(jì)算出來,經(jīng)過計(jì)算,其下傾角為9.7°,如果站點(diǎn)的高度是20m,且覆蓋半徑仍然是750m,那么計(jì)算得出天線的實(shí)際下傾角為9°。需要特別說明的一點(diǎn)是,本文所說的天線掛高指的是天線與鐵路平面的相對(duì)高度,因此,對(duì)站點(diǎn)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(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)的高速鐵路建設(shè)取得了巨大的成就,目前,我國(guó)的高速鐵路規(guī)模已位于世界第一。相關(guān)研究事實(shí)證明,高速鐵路的運(yùn)行速度在200km以上時(shí),會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的各項(xiàng)指標(biāo)造成非常嚴(yán)重的干擾,從而對(duì)用戶的體驗(yàn)造成嚴(yán)重的影響。因此,有必要探究網(wǎng)絡(luò)通信站點(diǎn)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。

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