摘要

高鐵場景覆蓋問題

高鐵是交通運輸現(xiàn)代化的重要標志，也是一個國家工業(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，全國鐵路運營里程達15.9萬公里，高鐵里程達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，對于單站覆蓋，線路覆蓋近點對天線下傾角的需求大于覆蓋遠點對天線下傾角的需求，天線的波束形態(tài)是否能兼顧遠近點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

為了實現(xiàn)鐵路從近點到遠點的連續(xù)性覆蓋，基站天線的垂直半功率波束寬度應(yīng)該大于遠近點下傾角值的差。因此，使用傳統(tǒng)的基站天線，70%的站點無法支持對高鐵專用網(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。

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我們定義為軸點，以此法線方向為軸線，在下傾面內(nèi)旋轉(zhuǎn)天線，實現(xiàn)波束在地面投影圍繞軸點旋轉(zhuǎn)，最終達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齊。然而，由于安裝精度和橫滾角調(diào)整不便，該方法在實際高鐵線路應(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)，實現(xiàn)僅調(diào)整下傾角，實現(xiàn)橫滾角姿態(tài)的聯(lián)動調(diào)整。在該方案中，只需要調(diào)整下傾角和方位角即可實現(xiàn)波束地面投影與高鐵線路重合。該天線部署方法在實際應(yīng)用中簡化了調(diào)整參數(shù)，提高了可操作性，實現(xiàn)了效果更好的無縫覆蓋。

基于下傾角聯(lián)動橫滾角調(diào)整技術(shù)，我們設(shè)計了集成式“比薩天線”和獨立式“比薩天線”。對于集成式“比薩天線”，通過V型反射板將左右兩副天線集成在一起，共用一個天線罩。對于獨立式“比薩天線”，通過工裝組件替換對舊場景進行改造，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現(xiàn)高鐵“比薩天線”外場試點。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，實現(xiàn)了天線波束在地面投影與高鐵線路的重合，可兼顧遠近點下傾角差異30°，基本涵蓋全線路站點。

同時，中國移動已在多個省份多條線路實現(xiàn)高鐵“比薩天線”應(yīng)用，效果突出，即將啟動規(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“信號升格”重點場景的覆蓋發(fā)揮價值，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