京广铁路基站入射角专项优化
京广铁路基站入射角专项优化
一、 问题描述
目前火车作为交通第一选择，无线信号的优化也愈发的重要。各
厂家和运营商一起面临着如何在高速移动区域内进行WCDMA网络的建设和优化的问题。而随着中国铁路正式实施大面积提速，列车时速将达到200Km/h～350Km/h，极大程度影响了WCDMA网络的性能，优化工作显得十分必要和迫切。因此充分进行高速移动方面的研究和方案验证，从而找到适当有效的优化方案，成为打造精品网络的重要前提和必要条件。
我们以现在国内动车“和谐号”为例，高速铁路列车为全封闭车
厢列车，车身由铝合金和不锈钢材料组成，车窗采用特殊材质制成，密封性能很好；因此相对于普通列车，高铁列车车厢电波的穿透损耗要高出很多。而车厢的穿透损耗会直接影响车厢内终端的接收信号强度，从而影响到铁路沿线小区的覆盖范围。车厢穿透损耗同时也是影响无线信号在火车车厢内覆盖的重要因素。在进行无线网络设计和优化时，必须仔细考虑穿透损耗的取值及其对网络性能带来的影响。 本文通过对入射角方面深入分析，重点研究其对铁路的覆盖，得
出优化手段。我们定义研究的角度如下图1所示：
图1
二、 问题定位分析
（一） 损耗测试
基站掠射角和地势地形、站点与铁路间距、塔高、障碍物等因素
关系非常密切，各种因素都可能对铁路干线的信号覆盖产生较大的影
响。这其中站点与铁路间距尤为突出，本文将重点将此类因素融入到
掠射角分析中。
我们选取保定京广铁路保定段D车进行分析验证。
首先我们针对列车内外做了对比测试，通过107国道和铁路进行
覆盖情况对比，得出列车内外的穿透损耗如下图2所示：
图2
从上图我们看出，车厢内的信号强度明显低于车厢外的信号强
度，相差大约10～26dB左右。由于列车运动速度远大于测试汽车的
速度，列车内信号的测量数据点数远远少于车厢外的汽车所得到的测
量数据点数。以列车内信号为基准，查找列车外离车内相应信号最近
的采样点，通过对数据进行处理，从而得到穿透损耗的测量值。
由于高速列车外的测试轨迹靠近基站，列车外测试相比于列车内
测试还存在空口衰减的影响，因而实际穿透损耗值会比测量值略小。
根据无线传播理论，空口衰减与距离倍数有关，离信号源的测试距离
如相差2倍将会大约有6dB的空口衰减差距。排除这些我们给出了列
车穿透损耗趋势图3所示：
图3
随着掠射角的减小，列车车厢穿透损耗增加幅度增大。当掠射角
小于10度时， 列车车厢穿透损耗比在30度时将额外增加10dB以上，
当掠射角小于5度时，列车车厢穿透损耗比30度时将额外增加15dB
以上。当掠射角大于70度时，因为基站明显高于列车，此时信号大
多直接辐射到车顶被反射，将额外增加15dB以上。如图
4
图4
（二）京广铁路保定段优化分析
通过测试，在京广铁路沿线找了部分由于掠射角过小导致覆盖较
差的区域如下图：
1 、京广动车-保定定兴北河店基站，如下图5、图
6
图5
京广动车由北向南行驶，列车经过定兴河北店小区基站覆盖区域
时，在距离基站南1950米左右的位臵出现一段弱覆盖区域，电平值
为-100dB，以基站和问题点为斜边做直角三角形，求出入射角为5.87
度，低于10度，损耗过大导致该区域产生弱覆盖现象。
优化方案：通过调整天馈系统，将入射角从5.87度提升到12度，
最大限度提升了覆盖，但是效果不甚明显，加之距离定兴十五极较远，
需要新建基站加强该路段的覆盖。
2 、京广动车-保定定兴水榭康度小区基站 ，如图7所示
图7
京广动车由北向南行驶，列车经过定兴水榭康度小区基站覆盖区
域时，在距离基站南900米左右的位臵出现一段弱覆盖区域，电平值
为-104dB，以基站和问题点为斜边做直角三角形，求出入射角为9.16
度，低于10度，损耗过大导致该区域产生弱覆盖现象。
优化方案：通过调整天馈系统，已经最大限度提升了覆盖，需要
新建基站加强该路段的覆盖。
目前保定全网存在这种问题的基站如下表所示，这些站点已经优
化到位，需要新建基站加强该路段的覆盖，如表一所示：
表1
3 、站间距、基站与铁路距离对入射角的影响
从上面的分析我们了解到，当入射角小于10度时，信号穿透损
耗会明显增大。而掠射角为何会小于10度，这就跟基站和铁路间距
有直接关系。为了避免掠射角小于10度而造成信号损耗增大，我们
需要给出基站和铁路垂直距离多少时才能让入射角大于10度。
我们选取临界掠射角为10度，根据临界掠射角、基站的站间距，
即可确定基站距铁轨的垂直距离范围，其具体计算方式如下：
已知基站站间距设为：S ，
设基站距铁轨最小垂直距离：H ，
则 H =( S /2)*tg(临界掠射角)=(S /2)*tg10
如当S =1km，则H =88m。也就是说，实际选择或者新建的基站
距铁轨垂直距离至少是88米。如表2所示
表
2
以保定市定兴县水榭康度基站为例，与南侧最近相邻站点为
2.3km左右，而该站垂直铁路的距离仅为83m，与表中所给的有一定
差距，故造成掠射角小于10度。如图8所示：
图8
4、 入射角穿透介质后的信号分布理论
无线电，和光波一样都是电磁波，是电场和磁场相互叠加，
简单说就是电流的周围可以形成磁场，之后所形成的磁场的中线
再形成电流，这样成周期性交替，将信号向空间中的某一方向传
播出去，这样我们就应该知道电磁波传播的媒介就应该是电场和
磁场，而与空气无关，即使在真空中电磁波也可以传播.。
但是，需要我们注意的是：
（1） 电磁波在不同介质中的传播速度是不相同的，那么当
空气中含量不同(比如湿度等等)时，就会影响电磁波的传播；
（2）介质对电磁波的吸收、反射和折射作用的强弱都和介质
的成分有关，比如当两地的空气介质不均匀时，在其界面上就会
产生一定程度的反射和折射，这也当然会影响电磁波的传播 。
测试过程中我们也注意到，当相邻两个站点相聚较远时，也容易造成其中一个站点的掠射角小于10度，损耗衰减太快，从而进一步 造成掉话掉线的风险。
图12
如图12，当基站间距离d较大，同时h1和h2偏小时，图中θ1和θ2都有可能同时小于10度，从而造成信号衰减较大，如果通过调整切换区域h，将会适当减小信号的衰减。h变大，软切换的增益就变大，同时如果其中一个站点（基站B1）信号一直较强的话，也能牺牲其掠射角而保证相邻基站（基站B2）的掠射角大于10度。
增大切换区域的参数包括
增大1a reporting range
增大1b reporting range
增大 time To Trigger
三、 优化方案
统过调整天线方位角来加大入射角，从而改善覆盖。
四、优化效果
1、 保定定兴两合庄基站——调整方位、下倾角
该站点通过调整3小区方位角由190度至220度，入射角从5度调整到12度，下倾角1度后有一定改善。
2、 保定定兴固城粮库基站——调整方位、下倾角
同时对固城粮库和定兴肖金庄站点进行方位角和下倾角的调整后，两站切换重叠区域覆盖不佳。定兴肖金庄3小区由210度调整为225度，入射角从8度调整到14度，下倾角1度，固城粮库1小区由70度调整为50度，入射角从12度调整到16度，下倾角为 1度，复测效果如下图。
从覆盖来分析，经过调整入射角后，大约提升3 - 5dBm，有一定改善。
五、经验总结
针对由于掠射角导致的损耗影响，有以下几点建议：
1、调整基站下倾角，覆盖距离较远区域，现网采用下倾角1～2度的设臵。入射角的调整对部分站点有一定的效果，部分站点效果不明显。
2、增大基站小区导频发射功率，增强覆盖，减小穿透损耗值。
3、尽量控制新建基站和铁路垂直距离覆盖以保证掠射角不小于10度，同时不大于70度，减少高速列车穿透损耗。
4、对于道路拐角处，站址宜建在弯道的内侧，可提高入射角，降低列车穿透损耗，提高覆盖能力。
5、调整切换参数，保证切换区域。
6、新建基站的选址，需要尽可能满足入射角度。