簡析泄漏電纜在客運專線公眾網絡覆蓋上的應用

崔 成

（珠海漢勝科技股份有限公司，廣東珠海 519180）

隨著國家鐵路“四縱”、“四橫”及沿海經濟圈客運專線等線路的全面建設，鐵路客運專線已經成為鐵路未來發展的一大趨勢，而鐵路沿線隧道的弱盲區公網信號覆蓋問題已經逐漸顯現出來，解決好客運專線的信號覆蓋問題已刻不容緩。

1 客運專線網絡覆蓋問題分析

客運專線上鐵路隧道一般比較狹窄，當列車經過時，被列車填充后剩余的空間很小，這對信號傳播會有很大影響，即所謂的“填充效應”。采用天線覆蓋方案時，隧道內電波傳播波動范圍較大，受隧道物理特性影響大。另外，天線系統的安裝空間有限，選擇天線的尺寸和增益也必然受到很大限制。按照以往的分布式天線覆蓋方式很難達到覆蓋效果，而泄漏電纜在弱盲區或盲區的信號覆蓋則能得到很好的發揮。

2 泄漏電纜簡介

2.1 泄漏電纜的結構

泄漏同軸電纜通常又簡稱泄漏電纜或漏泄電纜，其結構與普通的同軸電纜基本一致，由內導體、絕緣介質和開有周期性槽孔的外導體3部分組成,泄漏電纜兼具天線和傳輸線雙重效用。圖1為泄漏電纜的傳輸原理示意圖。

2.2 泄漏電纜的工作原理

橫向電磁波通過同軸電纜從發射端傳至電纜的另一端。當電纜外導體完全封閉時，電纜傳輸的信號與外界是完全屏蔽的。然而通過同軸電纜外導體上所開的槽孔，電纜內傳輸的一部分電磁能量發送至外界環境。同樣，外界能量也能傳入電纜內部。外導體上的槽孔使電纜內部電磁場和外界電波之間產生耦合。具體的耦合機制取決于槽孔的排列形式。

2.3 泄漏電纜的種類

根據信號與外界的耦合機制不同，主要分為兩種漏纜，即輻射型漏纜和耦合型漏纜。

（1）輻射型（RMC） 原理：在光滑外導體上開槽，電磁場由電纜外導體上周期性排列的槽孔產生，槽孔間距（d）與工作波長（λ）相當。特點：輻射的電磁波具有一定的角度，該角度由開槽間隔和傳播信號頻率決定。比較適合于特定頻段、較長徑向范圍的信號覆蓋。輻射型漏纜示意如圖2所示。

（2）耦合型（CMC）原理: 在波紋饋線的外導體上開一組節距遠遠小于工作波長的小孔，電流沿外導體外部傳輸。特點：電流平行于電纜軸線，電磁能量以同心圓的形式緊密分布在電纜周圍，所以這種模式也被稱為“表面電磁波”。比較適合于寬頻段、較短徑向范圍的信號覆蓋。耦合型漏纜示意如圖3所示。

2.4 泄漏電纜的性能指標

漏泄電纜主要電性能指標：頻率范圍、特性阻抗、耦合損耗、縱向衰減、總損耗的變化范圍、駐波比和傳輸時延。主要物理性能指標：絕緣電阻、絕緣介質強度(耐壓)、阻燃和煙毒性能、抗扭力和彎曲性能、密封性。

影響泄漏電纜輻射性能的主要指標為縱向衰減常數和耦合損耗。

（1）縱向衰減：衰減常數是考核電磁波在電纜內部所傳輸能量損失的最重要特性。

普通同軸電纜內部的信號在一定頻率下，隨傳輸距離而變弱。衰減性能主要取決于絕緣層的類型及電纜的大小。而對于泄漏電纜來說，周邊環境也會影響衰減性能，因為電纜內部少部分能量在外導體附近的外界環境中傳播。因此衰減性能也受制于外導體槽孔的排列方式。

（2）耦合損耗：耦合損耗描述的是電纜外部因耦合產生且被外界天線接收能量大小的指標，圖4為泄漏電纜耦合損耗測試示意圖。

耦合損耗公式表示為：Lc=10lg(Pt/Pr)

其中：

Lc：耦合損耗；

Pt：泄漏同軸電纜內某點的傳輸功率；

Pr：標準半波偶極子天線在該點的接收功率。

如圖4所示，通過相應儀器，可測試出泄漏電纜中任意點的耦合損耗值，根據耦合損耗值所出現的概率可分為：1）以50%概率定義的耦合損耗，即測試點耦合損耗的數據有50%小于或好于定義值，一般記為Lc50；2）以95%概率定義的耦合損耗，即測試點耦合損耗的數據有95%小于或好于定義值，一般記為Lc95。

2.5 泄漏電纜的優勢

目前，泄漏電纜的頻段覆蓋從75 MHz到2.6 GHz以上，適應現有的各種無線通信制式，應用場合包括無線傳播受限的地鐵、鐵路隧道和公路隧道等。同時泄漏電纜也適用于室內覆蓋。

與傳統的天饋系統相比，泄漏電纜天饋系統具有以下優點：一是信號覆蓋均勻，尤其適合隧道等狹長空間，可減少信號陰影及遮擋，受“填充效應”影響?。欢切孤╇娎|本質上是寬頻帶系統，某些型號的泄漏電纜可同時用于CDMA800、GSM900、GSM1800、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、WLAN 等系統。

3 使用泄漏電纜進行覆蓋的規劃設計

在進行隧道覆蓋規劃之前，一般需要知道以下一些數據：隧道長度、隧道寬度、隧道孔數（1或2）、需要的覆蓋概率（50%，90%，95%，98%或99%）、隧道結構（金屬結構還是混凝土結構）、總共考慮多少個載頻、隧道中最小接收電平、隧道入口處的信號電平大小、隧道內部已有信號電平大小等。

根據隧道的實際情況，選用合適種類的泄漏電纜，選用泄漏電纜時需考慮的因素：泄漏電纜的系統損耗、各種接插件及跳線的插損、環境條件影響所必須考慮的設計余量、設備的輸出功率、中繼器的增益以及設備的最低接受工作電平等。

4 泄漏電纜在客運專線的應用案例

下面以滬寧高速鐵路客運專線鎮江段某隧道公網泄漏電纜覆蓋方案為例，進行簡要說明。

4.1 滬寧高速鐵路某隧道概述

滬寧城際高速鐵路是長江三角洲地區城際客運專線的重要組成部分。該鐵路設計時速350 km，鐵路干線斜穿經過鎮江市，在鎮江區域內有1個隧道。隧道長為1.5 km，隧道設計寬約20 m，隧道凈空高度約10 m。隧道內手機信號強度估計在－100 dBm左右，大部分地方甚至脫網。

4.2 設計方案分析

該覆蓋方案主要針對電信CDMA800系統，同時兼顧1 800、2 400 MHz的3 G擴容，對隧道全部區域進行覆蓋。擬定使用新增宏蜂窩基站加上高鐵隧道附近原有的宏蜂窩為信源基站對隧道進行覆蓋，覆蓋方式為從隧道中間段分開兩邊各采用泄漏電纜覆蓋，本方案采用RRU或室外光纖直放站作為應用設備。

4.2.1 設計的相關技術指標

（1）無線覆蓋區內可接通率：要求在無線覆蓋區內95%的位置、99%的時間可接入網絡。

（2）無線覆蓋邊緣場強：室內場強≥-85 dBm。

（3）在基站接收端位置收到的上行噪聲電平小于-120 dBm。

（4）室內覆蓋站與周圍各小區之間有良好的無間斷切換。

4.2.2 泄漏電纜及其他中繼設備的選取

（1）直放站的類型確定：所選站點具備室外光纖直放站的安裝條件，選用CDMA寬帶直放站可將對網絡的影響降至最低。擬選用4臺CDMA室外光纖直放站，直放站輸出功率電平值為40 dBm。

（2）信源小區的確定：由于信源使用的是宏蜂窩基站，信源小區由電信公司確定。采用2個小區分區覆蓋，初步擬定分區方式為在隧道中間處為界，兩邊采用相同的小區進行覆蓋。

（3）泄漏電纜型號的選?。和ㄟ^多廠家泄漏電纜的綜合性價比較，選用中高頻段用1-5/8″泄漏電纜，電纜型號為RMC 50MH-158?？紤]到隧道寬度因數對信號覆蓋影響較大，布放2根電纜在隧道兩側進行覆蓋，泄漏電纜為3 km。

（4）其他天饋器件的選用：對數周期天線、15 dB耦合器、2 W負載、1/2″、7/8″饋線及相應連接器等。

4.2.3 具體的系統鏈路分析

系統設計如圖5所示。

根據鏈路預算原則，找出鏈路最長、信號損耗最大的一條泄漏電纜路由進行上下行鏈路預算。

在本案例中，泄漏電纜最長段為750 m，使用頻段為800 MHz。表1為所選段上下行鏈路的電平強度預算結果。

表1 隧道某段上下行鏈路強度預算結果

根據表1可以看出，隧道上下行鏈路均滿足覆蓋要求。

綜上所述，直放站（RRU）加泄漏電纜的覆蓋方案能夠滿足設計要求，且安裝方便，覆蓋效果均勻、可靠，是客運專線隧道無線覆蓋的首選方案。

5 結論

我國的高速鐵路客運專線建設正處在快速發展階段。利用現代泄漏電纜技術，實現對客運專線的全線無線覆蓋，確保公網信號通信暢通，對提高鐵路事業的發展，提升運營商網絡品牌和綜合競爭力有著十分深遠的意義。

[1] 姚光圻．隧道中電波傳播特性實驗研究[J]．鐵道學報，1994.16（3）:123-126．

[2] 徐華林，馬建萍．地鐵中泄漏同軸電纜的選擇和配置[J]．都市快軌交通，2005(1)：59-62.

[3] 戴美泰，吳志忠．GSM移動通信網絡優化[M].北京：人民郵電出版社，2003.