地鐵公用通信覆蓋系統(tǒng)研究

陳敏　王鵬

【摘 要】為地鐵量身定做一個符合其特點(diǎn)的信號覆蓋系統(tǒng)，一方面可提高通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，滿足客戶對優(yōu)質(zhì)通信環(huán)境的需求，另一方面也增加了話務(wù)量和運(yùn)營利潤，因而具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】地鐵；公用無線通信；信號；覆蓋；施工

引言

地鐵公用無線通信需要進(jìn)行信號覆蓋的主要區(qū)域：（1）站廳層；（2）站臺層；（3）出入口；（4）地下區(qū)間隧道；（5）商業(yè)層。

1公用無線通信系統(tǒng)組成

在地鐵各車站通信機(jī)械室設(shè)置各運(yùn)營商基站和POI設(shè)備（分合路平臺），各基站信號經(jīng)POI合路后，由相應(yīng)的功分器、耦合器等設(shè)備進(jìn)行信號分配，分別送至地下區(qū)間隧道和站廳、站臺、出入口、商業(yè)層。地下隧道區(qū)間經(jīng)漏泄電纜將信號送至隧道內(nèi)，完成隧道信號覆蓋。站廳、站臺、出入口和商業(yè)層經(jīng)射頻電纜至吸頂全向天線將能量發(fā)射出去，完成信號覆蓋。具備漏泄電纜施工條件的站廳、站臺、出入口和商業(yè)層同樣可以采用漏泄電纜進(jìn)行信號覆蓋，一般考慮施工現(xiàn)場的美觀等條件采用天線進(jìn)行覆蓋。系統(tǒng)組成如圖1所示。

一般地鐵場強(qiáng)覆蓋低于-85dBm時會出現(xiàn)盲區(qū)或信號弱（如手機(jī)接收不到信號、掉線或話路不通），計算方法如下。m+n+l+p>-85dBm其中，m為天線口最低輸出功率，n為天線增益覆蓋，l為自由空間損耗，p為多徑衰落。上行方向與此相同，即來自手機(jī)或其他移動終端的上行信號經(jīng)漏泄電纜或天線收集，傳輸至上行POI設(shè)備、至各基站的上行信號接收端。從圖1可以看出，整個系統(tǒng)分為3部分：一是通信機(jī)械室內(nèi)各運(yùn)營商的基站和通信系統(tǒng)的多系統(tǒng)接入平臺POI；二是站廳、站臺、出入口和商業(yè)層由功分器、耦合器、射頻電纜、吸頂天線組成的室內(nèi)分布系統(tǒng)；三是區(qū)間干線放大器、分/合路器、漏泄電纜等。

2場強(qiáng)計算

2.1隧道中列車內(nèi)的場強(qiáng)

覆蓋示意圖見圖2：

以距漏纜4米處的邊緣場強(qiáng)不小于-85dBm為前提，計算出GSM900系統(tǒng)信號在漏纜末端的信號電平值，用于計算信源的功率輸出要求，并確定是否加裝放大器。下面以GSM900系統(tǒng)為例進(jìn)行分析：95%泄漏電纜耦合損耗：64dB（2米處）（不同廠家不同型號的漏纜耦合損耗不同，本文取13/8″漏纜的典型值。）；車體及人體損耗：9dB；寬度因子：20LogD/2。設(shè)泄漏電纜末端需要的功率為P，則：P-（64+9+20Log2）>-85dBm。計算得到P≥-6dBm，即泄纜末端輸出功率為-6dBm，則能滿足地鐵列車車廂內(nèi)的覆蓋要求。

2.2站廳及商業(yè)層內(nèi)場強(qiáng)

考慮到地鐵空間是受限自由空間，可選用的傳播模型為室內(nèi)自由空間路徑損耗附加因子模型，并得到在半徑為20米處的總損耗值，在滿足邊緣場強(qiáng)（-85dBm）的條件下，考慮損耗儲備及天線增益后，可計算出天線口功率。并可進(jìn)一步反向推算出相應(yīng)信源輸出功率，確定是否滿足需求。下面以GSM900為例進(jìn)行分析：傳播模型表達(dá)式為：PL（d）=PL（d0）+20log（d/d0）+β×d。式中PL（d）為距離信源d米處的傳播損耗；PL（d0）為距離信源1米處的自由空間傳播損耗；β為路徑損耗因子，取1.25dB/m（站廳模擬測試值）；d取20m。由上式可得20米傳播損耗PL（20）。天線增益Ga為2.1dBi，衰落儲備為11.2dB，則可得吸頂天線口功率：P=-Ga-85+PL（20）+11.2=6.6

2.3上行噪聲電平分析

在覆蓋地鐵隧道區(qū)間較短時，信源功率足夠覆蓋相應(yīng)范圍，不需另加有源放大器，故不會引入噪聲；而在覆蓋長距離地鐵區(qū)間時，需要加裝有源放大器，從而引入了有源噪聲，以GSM900系統(tǒng)為例，當(dāng)區(qū)間距離超過2900m時需加有源放大器，分析如下：有源設(shè)備（如干線放大器）的熱噪聲為：NT=10log（KTB）；其中，K：波爾茲曼常數(shù)，等于1.38×10ˉ23J/ok；T：參考溫度，取293ok；B：工作帶寬，等于200kHz。NT=10log（KTB）=-121dBm干線放大器的噪聲系數(shù)為NF=5dB，則其基底噪聲NA為：NA=NT+NF=-121+5=-116dBm。干線放大器到達(dá)基站的上行噪聲電平為：NBS-R=NA-L+GA。式中，L：干線放大器到基站間的上行損耗；GA：干線放大器的上行增益。

3多系統(tǒng)干擾分析及隔離要求

（1）各運(yùn)營商系統(tǒng)間干擾分析及隔離要求軌道交通移動通信射頻分配系統(tǒng)的干擾主要有互調(diào)、雜散、阻塞等干擾類型。（2）公專網(wǎng)間的干擾分析及隔離要求①公網(wǎng)對專網(wǎng)的干擾分析及隔離要求地鐵中專用系統(tǒng)主要包括CBTC（2.4GHz）、PIS（2.4GHz）、公安350MHz/政務(wù)800MHz、專用800MHz等系統(tǒng)。公網(wǎng)對專網(wǎng)的干擾，需要90dB的雜散干擾隔離度。考慮到公網(wǎng)POI隔離度已大于80dB，且空間上也有隔離，垂直距離大于0.5m，公網(wǎng)系統(tǒng)不會干擾專網(wǎng)系統(tǒng)。②專網(wǎng)對公網(wǎng)的干擾分析及隔離要求專網(wǎng)采用漏纜覆蓋方式，考慮器件隔離和空間隔離后，專網(wǎng)系統(tǒng)不會對公網(wǎng)系統(tǒng)造成干擾。地鐵列控CBTC系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)無線覆蓋均采用WLAN技術(shù)。基于規(guī)范規(guī)定的雜散上限值，垂直距離大于1.3m時，專網(wǎng)CBTC對公網(wǎng)系統(tǒng)的干擾指標(biāo)滿足要求。根據(jù)對已投入運(yùn)行的地鐵覆蓋系統(tǒng)的深入分析，垂直距離在0.5m以上可滿足要求。

4隧道覆蓋

（1）隧道覆蓋方式在地鐵隧道內(nèi)壁掛敷設(shè)泄漏同軸電纜，進(jìn)行隧道信號場強(qiáng)覆蓋，采用雙發(fā)分纜的雙路覆蓋系統(tǒng)。（2）隧道鏈路預(yù)算隧道鏈路預(yù)算見表1。從覆蓋能力考慮，TD-LTE2.6GHz覆蓋受限，POI設(shè)置時統(tǒng)籌考慮各網(wǎng)絡(luò)制式的覆蓋能力和指標(biāo)要求。（3）切換帶設(shè)置隧道區(qū)間中繼點(diǎn)的設(shè)置需考慮切換重疊區(qū)長度。假設(shè)列車設(shè)計運(yùn)行時速為100km/h，列車進(jìn)出站時按平均速度50km/h計算。2G系統(tǒng)（GSM、DCS）切換時長為6s，在隧道中段切換重疊區(qū)長度為S1=V×T=（100000/3600）×6=167m，進(jìn)出站時切換重疊區(qū)長度為S2=V×T=（50000/3600）×6=83m。3G系統(tǒng)切換時長為2s，在隧道中段切換重疊區(qū)長度為S1=V×T=（100000/3600）×2=56m，進(jìn)出站時切換重疊區(qū)長度為S2=V×T=（50000/3600）×2=28m。LTE系統(tǒng)切換時長為1s，在隧道中段切換重疊區(qū)長度為S1=V×T=（100000/3600）×1=28m，進(jìn)出站時切換重疊區(qū)長度為S2=V×T=（50000/3600）×1=14m。（4）隧道覆蓋方案為減少列車出入車站的切換，站臺層與進(jìn)出站隧道段優(yōu)先考慮共用同一臺RRU設(shè)備；為減少切換，隧道RRU設(shè)備優(yōu)先考慮小區(qū)合并，應(yīng)優(yōu)先選用支持三個以上小區(qū)合并的設(shè)備。考慮到低頻段CDMA800MHz和GSM900MHz覆蓋能力強(qiáng)，采用普通POI結(jié)合透傳POI的方式，節(jié)省CDMA800MHz和GSM900MHz設(shè)備，并可優(yōu)化切換指標(biāo)。

結(jié)語

地鐵作為一種快速、便捷、安全的交通工具，如果出現(xiàn)現(xiàn)代化通信不暢，手機(jī)無法通話或經(jīng)常掉線，會給人們生活造成很多不便，因此，公用無線通信信號對地鐵必須做到無盲區(qū)覆蓋。

參考文獻(xiàn)：

[1]北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/995—2013.城市軌道交通工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].2013

[2]YD/T-5211-2014.通信工程設(shè)計文件編制規(guī)定[Z].2014

（作者單位：天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司）