泄漏電纜輕軌干線覆蓋工程設(shè)計研究

郝云飛 李來杰 傅文中

（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司深圳分公司 深圳 518048）

1 覆蓋分析

現(xiàn)階段建設(shè)的高架輕軌路段多為城市區(qū)域，途徑區(qū)域商住樓宇鱗次櫛比，為用戶密集區(qū)域。同時輕軌工程一般高于路面，移動臺收到的無線信號相對路面更為雜亂，干擾水平也更高且信號抖動衰落迅速。當(dāng)輕軌列車在高架上行進(jìn)時，單個呼叫所引起的切換數(shù)量和信令流量則成倍提高；同時車上用戶所攜帶的大批移動臺快速移動，對周邊小區(qū)、網(wǎng)元的無線信道質(zhì)量和信令負(fù)荷將帶來很大沖擊。僅僅依靠普通蜂窩網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋難以為用戶提供穩(wěn)定的通信質(zhì)量，而且網(wǎng)絡(luò)自身也會受到一定影響。

采用專網(wǎng)覆蓋形式，將輕軌覆蓋與普通網(wǎng)絡(luò)分層規(guī)劃設(shè)計，是解決這一問題的有效辦法。它不僅可以減少輕軌用戶快速移動對網(wǎng)絡(luò)帶來的沖擊，同時也能大大提高對輕軌用戶的服務(wù)質(zhì)量。而泄漏電纜做為一種特殊天線，具有覆蓋距離長，耦合半徑小，漏纜信號衰減優(yōu)于空間傳播的特點，是實現(xiàn)輕軌高架專網(wǎng)覆蓋的首選方式。

2 漏纜射頻特性

漏泄電纜的系統(tǒng)損耗是指的傳輸衰減和耦合損耗的總和。在一定的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求下，傳輸損耗和耦合損耗具有此消彼長的關(guān)系。

傳輸損耗：也稱為傳輸衰減或者介入損耗，主要指傳輸線路的線性損耗，受距離影響且隨頻率而變化，以dB/100m表示。它同時包括了三個因素：泄漏損耗、導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗。傳輸損耗的公式表述如下所示：

耦合損耗：定義為同軸波模的功率與位于離開泄漏電纜一定位置上（一般取2m處）的偶極子天線的接收功率之比值。它是表征電纜輻射出的電磁波在泄漏電纜和移動接收機(jī)之間的路徑損耗或信號衰減度量值。表1為某工程項目中應(yīng)用的某型漏纜（15/8英寸，+20℃）的射頻特性：

表1 某型泄漏電纜射頻特性

在一些特殊的開放式環(huán)境當(dāng)中，例如，城際輕軌、CRH快線、專用通信系統(tǒng)等等，由于常規(guī)的基站和天饋系統(tǒng)受環(huán)境影響，難以提供較好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，這時采用泄露電纜則不失為一種有效手段。

3 漏纜覆蓋設(shè)計

在考慮GSM和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)泄露電纜覆蓋輕軌干線應(yīng)用的時候，主要考慮兩方面問題：一是能夠?qū)υO(shè)計范圍以內(nèi)的覆蓋目標(biāo)提供穩(wěn)定可靠的通信信道；二是對設(shè)計范圍以外要求避免信號越區(qū)覆蓋和達(dá)到足夠小的干擾水平。

3.1 漏纜選型

設(shè)計漏纜覆蓋首先考慮的是根據(jù)無線環(huán)境及覆蓋需要確定漏纜的類型。泄露電纜根據(jù)電磁波泄露輻射方式分為兩類：耦合型和輻射型。

耦合型漏纜的外導(dǎo)體開槽間距遠(yuǎn)小于工作波長。工作時電磁場通過小孔衍射，產(chǎn)生外導(dǎo)體外側(cè)的電磁場輻射。因此，耦合型漏纜適合于寬頻信號的覆蓋，且能量無明顯方向性，容易隨距離增加迅速衰減。耦合型漏纜的應(yīng)用范圍非常廣泛。

輻射型漏纜則通過特別設(shè)計外導(dǎo)體上開槽的形狀、大小和節(jié)距，以實現(xiàn)漏泄同軸電纜在某一頻率具有非常穩(wěn)定的系統(tǒng)損耗。輻射型漏纜的外導(dǎo)體上開槽間距為1/2個λ或其整數(shù)倍。其槽孔結(jié)構(gòu)使得相應(yīng)頻率的信號同相疊加，對漏纜輻射的信號頻率有較好的選擇性，且傳輸衰耗較小。因此對于特殊要求的覆蓋，采用輻射型漏纜往往會取得較穩(wěn)定的覆蓋效果。

從工程設(shè)計出發(fā)，覆蓋輕高架和輕軌的漏纜選型的兩個要點：一是滿足接入系統(tǒng)基本射頻特性要求，例如：GSM、TD-SCDMA多制式系統(tǒng)；二是盡量選用傳輸衰耗指標(biāo)較小的漏纜。

3.2 覆蓋設(shè)計

在輕軌干線的GSM、TD-SCDMA雙網(wǎng)漏纜覆蓋規(guī)劃設(shè)計中，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)由于頻點豐富，頻率規(guī)劃簡單，很容易通過多頻點的規(guī)劃對輕軌高架實現(xiàn)專網(wǎng)覆蓋。而GSM網(wǎng)絡(luò)由于用戶眾多，本身頻點資源緊張，頻率規(guī)劃難度很大，則是需要數(shù)量估算完成工程設(shè)計。

實際工程案例中，泄漏電纜安裝在地鐵輕軌列車窗外約1m處車軌方向的外側(cè)，信號覆蓋方向向內(nèi)，有效覆蓋車廂內(nèi)用戶。可能受到泄漏電纜干擾的用戶主要位于周邊建筑樓宇內(nèi)。現(xiàn)場勘察核實途徑的密集城區(qū)存在最緊張的覆蓋估算環(huán)境，有關(guān)估算參數(shù)如表2所示。

如果設(shè)計要求列車內(nèi)乘客的終端接收信號功率，Rx>-85dBm，則有:

Pmin＝Po+L1+L2+L1＝12dBm；滿足車廂覆蓋的最小波模功率；

Pmax＝Po+L2+L2+L3+L4-L5＝21dBm；滿足不發(fā)生泄漏干擾的最大波模功率；

表2 漏纜開放式覆蓋參數(shù)

由上可知，泄露電纜功率滿足Pmax>P>Pmin時，漏纜覆蓋不但可以正常覆蓋地鐵輕軌，而且也不會對外網(wǎng)移動臺造成干擾。易得900MHz網(wǎng)絡(luò)物理連續(xù)最大漏纜長度：

實際工程上可通過雙向信號放大設(shè)計，連續(xù)同信號覆蓋長度可達(dá)666m，如果再通過增加光纖遠(yuǎn)端設(shè)備，則可將覆蓋繼續(xù)延伸。

在確定了覆蓋傳播模型的各項參數(shù)后，非目標(biāo)客戶的空間耦合距離D2決定了室外泄漏電纜應(yīng)用的可行性和每段電纜的最大長度，超過此長度則需重新分段后放大。其目的是將泄漏電纜的發(fā)射功率嚴(yán)格控制在Pmax和Pmin之間，確保專網(wǎng)和外網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。

3.3 切換設(shè)計

由于輕軌路線較長，相鄰小區(qū)很多，專網(wǎng)往往跨越了多個位置區(qū)。為了保證切換成功率，工程設(shè)計可考慮將切換完成在列車慢速行駛階段，例如進(jìn)出站臺過程中，漏纜信號與站臺分布系統(tǒng)切換。而對于需要在輕軌區(qū)間完成的切換，一個可行的設(shè)計方法示意如圖1所示。

圖1 漏纜輕軌覆蓋切換示意

切換過程發(fā)生在連續(xù)的漏纜覆蓋當(dāng)中，從漏纜的雙方向?qū)啥饲袚Q信號輸入。信號在漏纜當(dāng)中經(jīng)過衰減，自然形成切換區(qū)域。輕軌列車行進(jìn)過程中直接經(jīng)過源信號的衰落和目標(biāo)信號增強(qiáng)，實現(xiàn)順利切換。

為了確保整體網(wǎng)絡(luò)性能，在設(shè)計專網(wǎng)的時候應(yīng)盡量將輕軌覆蓋的所有小區(qū)，包括輕軌干線覆蓋小區(qū)和站臺分布系統(tǒng)編入一個位置區(qū)，并且盡量使移動中的位置更新發(fā)生在用戶離散式地慢速進(jìn)出輕軌站臺過程中。這樣可以避免大量用戶終端在列車行進(jìn)過程中，集體進(jìn)行位置更新對網(wǎng)元造成的巨大沖擊。

4 總結(jié)

不斷擴(kuò)張變化的城市環(huán)境，需要不斷創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計。在開放環(huán)境中嘗試應(yīng)用泄漏電纜實現(xiàn)輕軌干線的專網(wǎng)覆蓋，在國內(nèi)尚屬首次。我們在設(shè)計研究過程中，也面臨了一些常規(guī)方案所沒有的問題，但是經(jīng)過具體的分析和工程實踐，通過合理選型、覆蓋設(shè)計和切換設(shè)計，證明采用泄漏電纜專網(wǎng)覆蓋模式是適合輕軌，以及高鐵、CRH和類似專用通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋方案。

[1] 蘇華鴻等編著. 蜂窩移動通信射頻工程. 北京：人民郵電出版社，2005, 1

[2] 楊大成等編著. 移動傳播環(huán)境（理論基礎(chǔ)·分析方法和建模技術(shù)）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003，8