關于地鐵無線天饋子系統常見問題的研究

深圳市地鐵集團有限公司運營總部 何華兵

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關于地鐵無線天饋子系統常見問題的研究

深圳市地鐵集團有限公司運營總部 何華兵

【摘要】天饋子系統是實現無線系統網絡空中接口鏈路的重要組成部分，直接關系到用戶使用移動終端過程中的通話質量。本文結合地鐵無線通信系統設備建設、維護實踐經驗，對地鐵無線天饋子系統常見問題進行探討，以期能夠對地鐵無線系統出現天饋故障的共性問題的解決予以參考。

【關鍵詞】地鐵；無線通信；天饋子系統

0　概述

隨著經濟社會的快速發展，城鎮化加速，社會對城市交通運輸能力提出了更高的要求。軌道交通逐漸成為各大城市首選的交通運輸方式。在軌道交通日益蓬勃發展的同時，專用無線通信技術也隨之得到了進一步發展。與常見的移動通信系統有所不同，地鐵無線系統由于特殊的用戶以及無線場強環境，對無線通訊的時效性以及天饋子系統提出了更高的要求。

地鐵線路主要由地下隧道和地面高架區間組成，成帶狀分布。這就要求無線覆蓋小區成帶狀分布。若使用天線對地鐵區間進行信號覆蓋，雖然成本低，但增大無線網絡優化成本，所以地鐵專網無線系統根據實際覆蓋環境采用不同的傳輸介質以及覆蓋方式。

本文主要對地鐵專網無線系統建設、維護過程中遇到的天饋系統問題進行歸類，并結合實踐經驗進行討論，得出天饋子系統常見故障的解決方案。

1　地鐵專網無線天饋子系統結構

地鐵專網無線系統天饋子系統結構的總體設計架構是：各車站無線基站的收發信機通過射頻分路器/合路器與雙工器相連并合成一路，其射頻信號再經過耦合器、功分器、饋線分別將射頻信號送至站廳天線和區間漏泄同軸電纜。各個方向射頻電纜所連接的無線信號發射介質根據地鐵不同環境也不盡相同。

在地鐵車站，專網無線天饋子系統結構如圖1所示，從圖中可以看出各個方向射頻電纜傳輸至站廳吸頂天線以及區間漏泄同軸電纜，以形成各區域內的無線信號覆蓋。

圖1　地鐵車站專網無線天饋子系統結構示意圖

在車站間相鄰隧道區間，兩車站相互延伸的漏泄同軸電纜在隧道中點附近以加射頻跳線直通、加終端負載斷開等方式形成相鄰基站越區切換的場強重疊區。

在車輛段或停車場區域，在地面空間，采取在區域適合的樓頂架設全向天線的方式進行信號覆蓋；在出入線隧道區域，則和車站隧道相同，使用漏泄同軸電纜覆蓋；在運用庫區域，由于建筑物、車體阻擋致使無線信號損耗增大，則通過網絡優化，按需在關鍵點加裝定向天線方式實現無線信號場強合理分布。

綜上分析可知，地鐵環境復雜多樣，這也導致天饋子系統由多種天饋覆蓋方式綜合組成。在距離長短不一的隧道區間，處于高速運行列車內的無線終端必須快速地完成頻繁的越區切換；這對各車站天饋子系統的設計、安裝、網絡優化以及運營維護提出了更高的要求。

2　天饋線子系統常見問題與解決方法

地鐵專網無線天饋子系統因覆蓋環境不同而各有差異，所以從系統設計、施工安裝、設備故障以及隧道環境等多方面因素都會影響天饋子系統信號覆蓋質量。另外，從圖1可以看出，天饋子系統由各種無源器件組成，設備節點眾多，存在潛在故障點也因此較多。下面將結合實踐經驗，對天饋子系統常見的三類問題進行分析、討論。

2.1設計引起的越區切換問題

地鐵專網無線通信各個小區延隧道成帶狀分布，這就要求在列車高速運行過程中實現平穩、快速的越區切換。為了保證上述要求，隧道內無線場強覆蓋需要滿足以下兩點參數要求：

（1）隧道無線場強覆蓋至少保證98%區域內下行鏈路的每載頻信號最弱電平為-85dBm，即無線覆蓋的可通率需大于等于98%；

（2）相鄰車站隧道區間應根據隧道距離長短形成平穩的無線信號覆蓋重疊區。

為了實現平穩的無線信號重疊區，如何設計兩方向漏纜在隧道中間的連接方式就顯得尤為重要。不同設計方式對建設成本、越區切換區域選擇以及網絡優化工程量都有重要影響。相鄰漏纜連接方式主要有4種：射頻跳線直通、加負載斷開、加衰減器斷開以及交叉重疊方式。根據各地鐵建設的實際應用，通過射頻跳線實現隧道區間中點的相鄰漏纜尾端聯通的方式應用較廣（如下圖2所示），該連接方式有掉話率低、切換較平穩、切換點信號強度較強以及工程投資較小等優點。

圖2　射頻跳線直通的漏纜連接方式

但是，從圖2可以看出射頻跳線直通連接方式會使相鄰無線小區形成了較多的信號重疊區。這一方面使小區切換平穩過渡，而另一方面卻使得切換點難以把控。例如：深圳地鐵2號線的海上世界至水灣633米，半區間長度為316.5米，系統運行后多次測試發現越區切換點接近站臺，并且該位置切換電平往往低于門限電平值（如T3位置）。因在列車進出站時，司機與行調通話尤為頻繁，所以站臺位置的越區切換點將嚴重影響無線系統通話質量。當面對該類問題時，維護人員可以從以下兩種方式著手解決：

（1）統設備內部參數調整：采用降低信號較強車站基站的發射功率、調高切換門限電平RST值的方式將越區切換點調整到隧道區間中部。但是基站參數調整會影響整個無線小區信號覆蓋，可能致使其他區間信號覆蓋產生問題。

（2）外部鏈路衰減方法：在車站射頻機柜內，對較強信號的漏纜前端（功分器輸出端）增加合適dB 值得衰減器，以減少相應隧道區間的本站信號覆蓋強度，從而將切換點成功的平移至隧道中間位置。

2.2傳輸損耗過大問題

當司機反映某隧道區域無線通話存在掉話情況，維護人員通過場強儀測試會發現，該區域無線場強相對系統驗收時發了變化，其值往往低于設計最低要求（-85dBm）。從此類故障現象分析可知，基站收發信機輸出功率正常，故障點可能位于對應方向的漏纜、漏纜接頭以及射頻跳線等傳輸介質及連接器件。

針對上述分析，維護人員可在端口有源信號輸出后，采用天饋線測試儀對漏纜及連接器件進行駐波比測試以及故障定位。駐波比是天饋子系統硬件狀態檢測非常重要的一項指標，它是指傳播介質入射波和反射波在空間內疊加所承受的最大電壓值與最小電壓值比值的絕對值。地鐵專網無線通信系統駐波比標準是小于等于1.5，在該范圍內的傳輸介質滿足系統對相應介質傳輸損耗的要求。

下面列舉深圳地鐵某線路專網無線系統B車站天饋子系統發生的類似故障的處理過程（如表1所示），以更加詳細闡述天饋子系統傳輸損耗過大問題的解決方法。

表1　深圳地鐵某線路B車站天饋系統故障舉例

當發生類似該故障時，首先根據故障現象初步判斷故障點；然后斷開基站等有源設備的信號源，使用天饋線測試儀測試該處漏纜或者射頻跳線等設備的駐波比（標準值：≤1.5），并進行故障定位；最后利用故障定位點，對線纜設備進行排查。根據維護經驗，引起漏纜、射頻纜等設備傳輸損耗增大的原因很多，常見的有：接頭制作不規范、接頭松脫、線纜布線彎曲過小（漏纜彎曲半徑不得小于2m）、安裝施工導致線路過度彎折以及外界環境滲水等。

2.3無源器件自身老化問題

除漏纜、射頻電纜以外，地鐵專網無線系統天饋子系統還包含雙工器、耦合器、功分器以及避雷器等無源器件設備。無源器件在設備不間斷、長期運行過程中會逐漸老化，導致駐波比、功率損耗、插損等指標惡化，從而嚴重影響專網無線系統信號覆蓋質量。

對于此類故障分析，首先采用場強測試儀或工程測試手機在覆蓋區域內測試場強以初步判定故障區域范圍。在確定基站輸出功率正常時，可分以下兩種情況進行測試、故障判斷：

（1）全部區域存在信號覆蓋問題：可初步判斷故障點位于無源器件，采用無線綜合測試儀、頻譜儀或者功率計從雙工器開始，依次測量各個無源器件輸出信號功率，快速確定故障或連接口接錯誤的設備；

（2）部分區域信號覆蓋問題：斷開信號源，采用天饋線測試儀測量駐波比并故障定位，確定故障位于無源器件，在通過天饋線測試儀檢測天饋線系統中各個無源器件的駐波比，從而確定故障設備。

綜合上述討論、分析，維護人員確認基站、光纖直放站等有源設備輸出信號功率正常后，初步判斷為天饋子系統故障，那么具體處理流程可參考如圖3所示。

圖3　無線天饋子系統常見故障處理流程

3　結論

在地鐵專網無線系統建設過程中，天饋子系統的規劃、設計、安裝是十分重要的組成部分，地鐵運營維護人員應及時、有效的參與及跟進每一項過程，將系統設計、安裝產生的問題在系統建設時期就得以順利解決，實現穩定的無線信號覆蓋效果。而在專網無線系統維護過程中，天饋子系統結構是每個維護人員必須所熟悉，在此基礎上利用現有的儀器儀表等工具快速、準確的判斷天饋子系統故障，保證無線通話暢通。

參考文獻

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