天津地鐵5號線數字集群專網場強覆蓋分析

張健　姚金龍　張洪巖

【摘要】數字集群專用無線通信系統實現對地鐵全線覆蓋，是地鐵運營公司進行有效調度的重要通信方式，地鐵隧道封閉狹長，彎道較多，無線覆蓋難度大。本文著重介紹使用地鐵中的無線覆蓋技術與實踐。

【關鍵詞】地鐵 隧道 無線通信覆蓋 泄漏電纜 吸頂天線

天津地鐵5號線，北起北辰區北辰科技園北站，南至西青區李七莊站，沿線經過北辰、河北、河東、河西、南開、西青六個行政區。線路全長33.6km，其中地下線33km，地面線及過渡段0.6km，共設車站30座，其中地下站29座，地面站1座；

本人有幸參與天津地鐵5號線的無線數字集群TETRA網絡的場強覆蓋設計和網絡覆蓋優化、調試、開通工作，取得了一些工程的實際數據與經驗，其中以5號線淮河道站為例進行分析介紹。

淮河道站位于北辰區淮河道附近，職業大學站和遼河北道站與之相鄰。該車站為地下站共有2層：地下一層是站廳層，地下二層是站臺層。集群無線專網射頻信號場強覆蓋區域為：1.隧道區間的覆蓋；2.站臺的覆蓋；3.地面一層、二層站廳覆蓋。

該站點隧道區間采用射頻漏泄電纜來進行區間的場強覆蓋，站臺采用漏泄電纜+吸頂天線方式來進行站臺的場強覆蓋，站廳層采用吸頂天線來進行站廳的場強覆蓋。

該站點在通信機房設置無線基站，作為該站的場強覆蓋的能量來源，經各射頻耦合器和功率分配器的射頻能量分配，及至泄漏電纜及各天線端子從而形成目標運營區域的無縫覆蓋。

天津地鐵無線專網基站采用二載波，每一基站使用二對頻點，并優選頻率配置：頻點間隔大于1MHZ，通過優選頻率配置來避免在本網內產生互調干擾的影響。

該站集群無線專網覆蓋的區域內同時并存公眾移動網，因此工程的設計須考慮到網間的相互干擾。經理論分析和實踐經驗證明：無線專網和公網在隧道內漏泄電纜安裝間隔≥0.45米，其隔離度可達78dB，如公網POI和直放站設備相關指標符合國標的條件下如此可減輕或消除網間互調和帶外雜散發射干擾的影響。站廳內無線專網天線和公網分布天線安裝間隔≥4.5米，可以減輕或消除網間帶外雜散干擾的影響。

地鐵5號線淮河道站的場強覆蓋設計指標：在無線專網95%的地點及時間（概率），移動終端接收信號的場強電平應不小于-85dBm；按瑞利衰落法進行計算，基站、移動終端接收端的比特誤碼率不超過4%（信噪比≥19dB）。按照設計要求滿足場強覆蓋最小接收電平設計參數：覆蓋范圍邊緣場強的最小接收電平門限取決于：

a.接收機的動態靈敏度：基站=-106dBm（上行）

移動手機=-103dBm（下行）

車載臺=-103dBm（下行）

b.場強覆蓋瞬時瑞利衰落深度：衰落儲備取值=13dB

c.設計儲備余量：取值=5dB

因此，在滿足信噪比≥19dB和可通率（時間、地點覆蓋概率為95%）的要求下，最小接收電平設計取值：

下行（基站至車臺）：每載波≥-85 dBm（車臺天線輸入端）

下行（基站至手機）：每載波≥-85dBm（手機天線輸入端）

上行（車臺至基站）：每載波≥-88dBm（基站接收端）

上行（手機至基站）：每載波>-88dBm（基站接收端）

在隧道內由于車臺天線安裝列車頂部，天線位置較高且天線有一定的增益，天線距漏泄同軸電纜的直線距離較近，且不受車廂、車體屏蔽及人體屏蔽的影響。因此，在車臺和移動手機均需覆蓋的所有車站站臺及隧道區間，車臺場強覆蓋余量在同一地點優于移動手機，故在進行場強設計預算時，主要考慮移動手機在列車內的邊緣場強覆蓋設計、預算。

場強覆蓋設計余量預算：

隧道內移動手機在列車內邊緣場強電平計算公式：

P（手機邊緣場強電平）=基站輸出電平-L（電纜系統路徑損耗）-L（耦合鏈路總衰耗）≥-85dBm；

上行的漏纜末端場強電平余量偏緊，上行為：-1.47dBm，下行1.53，考慮到920米區間末端是站臺，因此在站臺和隧道結合部安裝一個天線可彌補列車進入站臺的弱場區。因此在區間和站臺的交界處覆蓋的上、下行都將滿足需求。改進設計后完工測試的實際結果如下：

隧道信號電平測試（測試在以正常運營車速開行的列車內進行）

a）測試儀器：頻譜儀（HP8591E）；

b）測試儀器電源使用列車電源：AC220V；

c）測試儀器參數設置：AT=10dB，RBW=30KHZ，VBW=30KHZ，SPAN=5MHZ，SWEEP=750ms；

d）天線為全向吸頂天線；

e）測試全部區間信號覆蓋電平，合格的測試電平≥-85dB。

在隧道和站臺交界處信號電平已降到-84dBm，此后移動手機進入站臺區，由于站臺安裝了吸頂天線，因此信號電平隨之上升至最大值-56dBm，滿足了站臺覆蓋要求。

站廳層場強覆蓋設計余量預算：站廳層的場強覆蓋設計采用吸頂天線，該站站廳層由上下兩層組成各分布式安裝3個吸頂天線。站廳層長為120米，寬為85米。天線安裝于站廳中心，天線覆蓋半徑為15米，天線增益為0dB。設計計算鏈路損耗時空間損耗采用自由空間模型公式。

根據無線信號傳輸模型，自由空間損耗計算公式為：

L=32.4+20log（F）+20log（D），其中F為頻率，單位為MHz，D為距離，單位為km以860M為例：

基站下行邊緣場強電平計算：

L=32.4+20log（860）+20log（D）=32.4+58.69+20log（15/1000）=91.09-36.48=55dB

移動手機上行邊緣場強電平計算：

P（基站上行接收電平）=移動手機輸出功率-L（電纜系統總損耗）-L（耦合鏈路總衰耗）≥-88dBm。

上面內容可預見設計滿足要求，移動手機在覆蓋最邊緣處且處于屏蔽衰減30dB的車控室內，邊緣場強覆蓋電平上、下行均有余量。本案例同時關注到電磁環境的需求，各天線端口功率<15dBm。工程完工后實際現場測試結果如下：站廳層信號電平測試（測試在站廳進行，特別選擇層與層交界面、通道拐點、站廳四周邊緣、站廳邊緣車控室內等特殊點測試）：

a）測試儀器：頻譜儀（FSH3）；

b）測試儀器參數設置：RBW=30KHZ，VBW=30KHz；

c）測試信號覆蓋電平：合格的測試電平≥-85dB。endprint