電纜在5G網絡的應用

摘要：隨著5G通信網絡應用的不斷發展，如何有效的在特殊的空間對通信信號進行覆蓋建設，成為人們關注的重點問題，利用電纜可以有效的解決5G信號的覆蓋問題。通過對5G通信電纜的特征與關鍵技術進行分析，探討了5G通信電纜在室內5G信號覆蓋、電梯高層空間中的應用覆蓋方法，并對比了5G電纜在通信網絡建設的優勢。

Abstract： With the continuous development of the application of 5G communication networks， how to effectively cover communication signals in special spaces has become a key issue that people pay attention to， and the use of cables can effectively solve the problem of 5G signal coverage. By analyzing the characteristics and key technologies of 5G communication cables， the application coverage methods of 5G communication cables in indoor 5G signal coverage and high-rise elevator spaces are discussed， and the advantages of 5G cables in the construction of communication networks are compared.

關鍵詞：5G;通信網絡;電纜

Key words： 5G;communication network;cable

中圖分類號：TM248? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）22-0188-02

1? 5G通信電纜的特征及參數要求

1.1 5G通信電纜的特征

5G通信電纜的種類比較多，有廣角輻射型漏纜、同軸泄漏電纜等種類，它一般采用隔離屏蔽支架的方式，將語音通信電纜與網絡通信電纜隔開，能夠有效的避免通信過程中的語音通信信號與網絡通信信號相互干擾，提高5G網絡通信信號的清晰度。在電纜的內屏蔽層與屏蔽層之間設計了增強型的電纜，用以防止外界的電磁信號的干擾，減少了5G傳輸信號的能力損失，提高了電纜工作穩定性，同時電纜本身也不會干擾其他通訊設備或者網絡的正常工作，5G通訊電纜能夠適用于多種場合，用以提高5G網絡的穩定性。同時在電纜的屏蔽支架的中心位置的中空空間內設置了檢修光纖，如果通訊電纜發生故障時，維護人員可以通過一端向檢修光纖發生光源，這樣就可以快速的、準確的定位產生故障的電纜，為人們的維修工作帶來了極大的便利，而且在電纜內部還增加了緩沖層，在電纜受到沖擊時，可以對電纜內部的中心導體起到保護的作用。

1.2 5G電纜的參數要求

5G通信網絡采用泄露同軸電纜作為通信電纜，它具有寬頻帶、高速率的多媒體信息傳輸特性、通信靈活、智能通信程度高、兼容性能好、通信頻率高等優勢，可以用于5G網絡的射頻單元、高層電梯覆蓋以及樓宇布線等通信區域。

1.2.1 特性阻抗

根據電磁波傳輸理論，當信號通過無限長的傳輸線時，任意一點的電壓和電流都可看作是由入射波和反射波相互疊加而成的，5G電纜的特性阻抗計算方法為：

其中，D為5G電纜導體的外徑，d為5G電纜導體的內徑，εr電纜導體介質的介電常數，一般情況下，5G電纜要求50歐姆的特性阻抗，就能保證5G信號在電纜傳輸時不會產生反射傳輸。

1.2.2 衰減特性

5G通信信號在電纜中傳輸時，會產生信號衰減，具體的計算方法如下：

其中，f為信號頻率，k1，k2為常數，主要是由5G電纜的內外導體的材料與形狀決定的。

2? 電纜在5G網絡中的應用分析

一般情況下，5G通信網絡需要應用不同的工作場景中，在不同的環境中，它的具體設置方式也存在著明顯的差別，根據電磁波波在泄漏電纜中的傳輸方式，它可以通過槽孔向外界輻射電磁波，同時也能夠接收5G通信信號，具有收、發天線的功能。

2.1 室內5G信號覆蓋時電纜的應用

2.1.1 廣角輻射型漏纜的工作原理

室內5G電纜一般采用的是廣角輻射型漏纜，它的電磁場主要是由漏纜外導體上周期性排列的槽孔產生的，具體的漏纜結構如1所示，以達到對室內范圍的信號覆蓋，其中漏纜的槽孔間距（d）與室內5G信號的工作波長（λ）相當，由于輻射性漏纜在信號輻射的方向上具有方向性，就會有相同的泄露能力在同一輻射方向上比較集中，并且信號的能量會隨著槽孔間距（d）的增加而衰減。

為了有效的保證室內信號的全覆蓋，在漏纜的外導體上開著周期性變化的L字槽、八字槽，這樣不僅能夠提高室內信號的覆蓋，還能減少通訊信號的衰減，為使TEM型電磁波在信號傳統的過程中能夠集中輻射一部分電磁波，必須在漏泄電纜外導體上開制槽孔，降低電纜外導體上的電流，以產生向外輻射的激勵電流，提高電磁波的強度。在室內5G電纜部署時，如果漏纜的外導體上出現一組周期性槽孔，在電纜的屏蔽層就會出現輻射形式的磁性偶極子輻射，在當每個槽孔的間距為半波長的距離時，每一個槽孔都符合電磁波信號跌加的原理，造成信號耦合損耗增加。而只有當每一個槽孔都按照恰當及特定的輻射頻段進行分布時，才可能出現耦合損耗，在具體的設計時，需要避免這種情況。

2.1.2 廣角輻射型漏纜適用的建設場景

在建筑物內采用金屬封閉吊頂、或者全鋼筋混凝土隔斷的多區域辦公室控制，住宅小區的不合適采用廣角輻射型漏纜敷設入房間內。在一些縱深的空間內，不適合將廣角輻射型漏纜敷設入房間內的區域。根據廣角輻射型漏纜槽孔的設計方式、電氣性能以及5G通信網絡的特性，在室內應用廣角輻射型漏纜主要適用于如下場景中：

①寫字樓、賓館酒店。這種室內場景的走廊+單雙邊房間區域比較狹窄，可以采用廣角輻射型漏纜對區域空間進行信號覆蓋設計。②商場超市。在商場超市中的裝修中，一般采用玻璃、木板或者石膏板等簡易材料等超市的空間進行分割，間隔的密集型購物區，可以采用廣角輻射型漏纜進行5G通信信號的覆蓋。③地下停車場。地下的停車場一般都是比較狹長的空間，結合停車場空間的特征，采用廣角輻射型漏纜進行5G信號的覆蓋，不容易產生信號的跌加，而造成信號的能量損耗。④空曠型建筑。可以將廣角輻射型漏纜敷設在公共的走廊中進行信號覆蓋，如果在建筑內部有輕質隔斷建筑材料、玻璃材料、木板等隔斷，可以采用廣角輻射型漏纜在走廊與各個房間進行覆蓋。在回字形走廊或者類似結構的建筑，采用廣角輻射型漏纜對整個走廊進行敷設一圈后，在電纜的末端進行封閉，并在末端加上負載，保證信號傳輸的功率不能外泄而損耗。在一些區域采用廣角輻射型漏纜無法對其進行覆蓋的區域，可以結合實際的空間場景，利用廣角輻射型漏纜的前端或者末端對該區域進行信號覆蓋，可以有效提高5G信號的覆蓋效率，提高5G信號的穩定性。

2.2 高層電梯間5G信號覆蓋時電纜的應用

2.2.1 高層電梯間5G信號覆蓋的難度

①電梯一般位于樓宇的中心，而且電梯間的管壁一般都采用的是鋼筋混凝土結構，對5G信號的遮擋與屏蔽比較嚴重，導致室內的5G信號無法到達電梯管道井內。②電梯井道為狹長型結構，5G信號在高層電梯井內傳輸時，容易產生隧道效應，導致5G信號的衰減比較迅速。③電梯轎廂自身在運行的過程中，都采用的密閉式金屬結構，對5G信號的傳輸具有很強的屏蔽效應。④電梯轎廂在上下運行的過程中，由于5G信號的移動臺與發射點掠射角的變化，往往會使得5G信號在傳輸的過程中，出現多普勒效應，進而會導致通信信號不穩定的情況。

2.2.2 高層電梯電纜覆蓋方式

①電梯廳兼顧覆蓋方式。電梯廳也是5G信號覆蓋的重要區域，可以在電梯廳的門口利用通信電纜連接吸頂天線進行信號布置，使得無線信號通過電梯門與電梯廳的墻體發射對電梯轎廂內部進行信號覆蓋。主要采用的平層信號兼顧電梯覆蓋的方式，但是由于小區信源覆蓋能力與小區容量規劃之間存在差距，以及信號在每層樓之間進行來回切換，而且電梯轎廂在運行的過程中，往往采用的金屬門封閉的狀態，在電梯開門時，5G的信號好，而在電梯關閉時，就會出現無信號的情況，導致5G信號難以實現全覆蓋。

②井道壁安裝定向天線。在高層電梯井中安裝定向天線的方式，每隔3-5層，在電梯井的井道壁上安裝一個定向天線，使得5G通信信號覆蓋整個轎廂，采用這種覆蓋方式，主要利用電纜與無源耦合件固定在電梯井內的同軸電纜上，利用天線將無線信號發射，并接受信號，采用這種方式也存在5G信號不穩定的情況，如轎廂接近信號發射點時信號增強，在遠離天線時，5G信號衰減的比較厲害，傳輸的功率損耗比較大，而且在多系統信號進行同步覆蓋時，信號的頻率損耗就比較大，而且單臺的信號源覆蓋能力也比較有限。

③轎廂隨動解決方式。轎廂隨動覆蓋方式就是將無線發射器安裝在電梯轎廂的頂部，通過外置電纜連接，使5G信號覆蓋整個轎廂的內部，使得5G信號源發射點與配套天線與電梯轎廂一起運動，達到信號覆蓋的目標。主要有無線回傳隨動信號覆蓋以及有線回傳隨動信號覆蓋的方式兩種，無線回傳主要是在電梯井道內的適當區域安裝發射設備，將5G通信信號在整個電梯井道內進行覆蓋，有線回傳隨動覆蓋方式，需要在電梯井道內的近端單元與遠端單元之間接入電纜，隨著電梯的轎廂而上下移動，將電梯中現有的信號電纜，與主機房內的無線信號進行回路控制，實現整個5G通信信號的回傳。

④泄漏電纜方式。泄漏電纜覆蓋方式是高層電梯井道敷設的有效方式，采用泄露電纜不僅能傳送5G通信信號，而且泄露電纜還具有收、發天線的功能，這樣就省去了電梯井道內頻繁制作與布放天線的環節。按照信號場強的輻射方式，泄露電纜的敷設可以分為泄漏電纜和輻射型泄漏電纜兩種方式，由于耦合型電力的傳輸距離較短，而且對電磁信號的損耗比較大，輻射型泄漏電纜藕合損耗較小，傳輸距離長，設置好后，信號比較穩定，但其電磁能量呈放射狀發散，在具體施工的過程中，對槽孔的方向有嚴格要求，這是采用泄露電纜在電梯井內信號覆蓋的關鍵因素。

泄漏電纜覆蓋方式一旦輻射完成，5G網絡的天饋部分基本無需維護，且轎廂內信號覆蓋均勻，在電梯上下運行時也不會產生多普勒效應，而且采用泄露電纜輻射的斷點比較少，出現的接頭損耗可以忽略不計，線纜支持的頻段較寬，無互調干擾，而且在5G網絡擴容時，也比較方便。

3? 結束語

隨著5G通信網絡的應用不斷發展，采用電纜作為5G通信網絡的傳輸通道有利于5G信號傳輸的穩定，它方便5G信號的擴容，而且也能夠增加5G信號的傳輸距離。在5G通信網絡覆蓋建設時，在特定的場景下采用電纜敷設可以加快5G網絡的建設，而且還能加快5G網絡向室內布局，而且在酒店、公寓、高層住宅小區、隧道、空曠的建筑空間以及辦公樓中，采用泄漏電纜覆蓋的方式，可以提高5G通信信號的覆蓋范圍。

參考文獻：

[1]樊恒波，查昊.5G網絡室內覆蓋方案分析[J].電信快報，2018（5）.

[2]陸錦榮，張偉勤，羅忠威.泄漏電纜在高層電梯覆蓋場景中的應用[J].移動通信，2018（12）.

[3]駱位.5G移動通信發展趨勢與相關關鍵技術的探討[J].價值工程，2018，37（08）：220-221.

作者簡介：文承福（1981-），男，海南東方人，本科，工程師，主要研究方向為車載揚聲器、車載線束。