面向高铁沿线场景的“比萨天线”创新覆盖技术.pdf

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面向高铁沿线场景的“比萨天线”

创新覆盖技术

中国移动研究院无线与终端技术研究所

2024年10月

摘要

本文提出了一种基于天线姿态调整技术的高铁覆盖性能提

升方案。通过创新天线安装装置,优化基站天线的安装姿态,

使天线波束在地面投影与高铁线路重合,有效解决高铁线路覆

盖空洞问题。通过外场测试,验证了所提出的天线部署方案

与传统天线部署方案相比,具有优越的覆盖性能。

一、高铁场景覆盖问题

高铁是交通运输现代化的重要标志,也是一个国家工业化

水平的重要体现。中国高铁经过几代铁路人接续奋斗,实现了

从无到有、从追赶到并跑、再到领跑的历史性变化。截至2023

年底,全国铁路运营里程达15.9万公里,高铁里程达4.5万公

里,在全球各国家中遥遥领先。随着高铁的快速发展,高铁移

动通信用户数量也在快速增长,这为沿线地区的通信网络覆盖

提出了更高的要求。

高铁场景的覆盖模型如图1所示。一方面,从高铁沿线连续

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覆盖需求考虑,高铁线路为典型的线型覆盖场景,对于单站覆

盖,线路覆盖近点对天线下倾角的需求大于覆盖远点对天线下

倾角的需求,天线的波束形态是否能兼顾远近点下倾角之差是

影响线路能否连续覆盖的关键因素。另一方面,在传统安装方

式下,由于天线下倾角和方位角的调整,其天线主波束在地面

投影与高铁线路存在一定的夹角。

图1高铁线路三维覆盖模型

为了实现铁路从近点到远点的连续性覆盖,基站天线的垂

直半功率波束宽度应该大于远近点下倾角值的差。因此,使用

传统的基站天线,70%的站点无法支持对高铁专用网络的连续覆

盖。

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二、“比萨天线”姿态调整创新方案

为了解决传统天线无法提供连续覆盖的问题,基于高铁线

路三维覆盖模型,提出了天线姿态调整技术,使天线的波束投

影能够覆盖高铁的线路面积并兼容所有类型的站点。

(一)波束投影优化技术

为了使天线地面波束投影与高铁线路的夹角减小,可以调

整天线的部署姿态,通过下倾角和方位角的调节,使天线的法

线方向(此处假设天线法线方向即为最大增益方向)指向高铁

线路,天线法线与高铁线路相交的点我们定义为轴点,以此法

线方向为轴线,在下倾面内旋转天线,实现波束在地面投影围

绕轴点旋转,最终达到与高铁线路重合的效果。通过调整方位

角、下倾角和横滚角三个参

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