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隧道信号覆盖解决方案及分析

归档日期:07-03       文本归类:被覆      文章编辑:爱尚语录

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  隧道信号覆盖解决方案及分析 京信山西办 梁永红 1 概述 移动通信网络建设的目标就是实现无缝覆盖,以保证随时随地通信。保障重要的公路、 铁路全线移动通信信号覆盖是塑造运营商网络品牌、提高运营商竞争力的一个重要环节。 目前大多数隧道都是覆盖盲区,因此需要制定专门的隧道信号覆盖解决方案。 隧道信号覆盖根据隧道功用可以分为:公路隧道信号覆盖、铁路隧道信号覆盖、地铁 隧道信号覆盖等,根据隧道结构特点可以分为:直隧道、多弯道隧道、短隧道、长隧道、 单线隧道、复线隧道等。各种环境又有其各自特点,针对各种应用环境需要提供不同的解 决方案。 隧道信号覆盖常用的解决方案包括:同轴分布式天馈系统隧道信号覆盖解决方案、泄 漏电缆系统隧道信号覆盖解决方案、光纤分布式天馈系统解决方案等。对具体的隧道,需 要根据其长度、宽度、结构、功用、入口处信号电平等因素进行综合考虑,提出合理的建 设方案。因此,本人就此问题进行讨论。 2 各种隧道的特点 2.1 公路隧道的特点 公路隧道一般来说比较宽敞,隧道中的覆盖状况在有车通过和没车通过时差别不大。 隧道弯曲度较小、高度较高。 2.2 铁路隧道的特点 铁路隧道一般来说要狭窄一些,特别是当火车通过时,四周所剩余的空间很小,而且 火车通过时对信号的传播影响也较大。此外,铁路隧道的弯曲度小、高度低。 地铁隧道和铁路隧道情况基本接近,仅在隧道长度上有较大差别。 3 隧道内无线 室内无线链路衰耗主要由路径衰耗中值与阴影衰落决定。隧道内环境封闭,外部信号 很难进入,采取内部覆盖时,对外界电磁环境影响也很小。隧道可以认为是一个管道,信 号传播是直射与墙壁反射的结果,直射为主要分量。ITU-R 建议 P.1238 提出室内适用的传 播模型,这个公式为: Lpath=20lgf+30lgd+Lf(n)-28dB 其中: f 代表频率(MHz) ; d 代表移动台和发射天线间距离(m) ; Lf 代表楼层穿透损耗因子(dB) ; n 代表移动台与天线间的楼层数。 在隧道信号覆盖情况中,Lf(n)可以不做考虑。因此在隧道中无线传播可以用以下公式 进行估算: Lpath=20lgf+30lgd+ -28dB 在隧道中不同的路径损耗见表 1。 表 1 隧道中的路径损耗 d(m) 50 100 200 300 500 CDMA800MHz 81.6 90.6 99.6 104.9 111.6 GSM900MHz 82.1 91.1 100.1 105.4 112.1 PHS1900MHz 88.6 97.6 106.6 111.9 118.6 注:以上计算时,分别以 850MHz、900MHz、1900MHz 来计算。 4 隧道信号覆盖考虑因素及原则 2 4.1 信源的选择 公路隧道、铁路隧道信号覆盖针对用户为车内移动用户,业务量不高,主要解决信号 盲区覆盖问题。地铁隧道由于上下班高峰时期移动用户很多,所以需要考虑系统容量问题。 另外,隧道覆盖安装空间及配套设备方面所受限制较多,所以一般不会选用宏蜂窝基站来 做隧道覆盖,而更多的采用微蜂窝和直放站。因此,在信源选择问题上具体建议如下: ▲ 宏蜂窝基站 适用于地铁隧道中,这种场合不仅要覆盖站台,而且要覆盖铁路系统出口较大的地方, 容量需求较大; ▲ 微蜂窝基站 适用于超长公路隧道、地铁隧道,以及隧道口附近原有网络的信号强度不能满足直放 站对施主信号电平大小要求的情况; ▲ 光纤直放站 适用于距离周围宏蜂窝距离较近、隧道较长的公路、铁路隧道; ▲ 无线直放站 适用于偏远地区、隧道口处无线信号电平满足开通无线直放站基本条件、隧道长度中 等。 4.2 天馈系统的选择 在选择好了信源之后,要根据实际情况来配置不同的天馈系统对隧道进行覆盖。通常 有 3 种不同的配置,即同轴馈电无源分布式天馈系统、光纤馈电有源分布式天馈系统和泄 漏电缆。 天线一般选择方向性强、体积小的天线G 网络覆盖的要求。 4.3 不同小区间的切换问题 隧道覆盖针对的客户是高速移动中的火车或者汽车中的乘客,要保证车辆进入隧道后 3 顺利切换是一个重要的问题。 如果信源使用直放站,那么隧道内外属于同一小区,不存在切换问题。如果信源使用 微蜂窝、宏蜂窝时,在列车进入隧道后,隧道外小区信号电平急剧下降,很可能由于不能 及时切换发生掉话。因此,在制定隧道信号覆盖方案时,应注意以下几点: ▲ 同时对隧道内外进行覆盖,保证隧道内外不同小区间信号有足够的重叠覆盖区域; ▲ 天线选择时选择前后比较小的天线来覆盖; ▲ 隧道外小区可以启用电平快速下降的切换算法,使得电平在快速下降时能够及时切 换到其他小区以免掉线 天线在隧道中安装位置的确定 天线假设选用京信公司生产的 ODP-075V11NN 来京信估算。下面是该天线的主要电 气指标: 工作频率(MHz) 阻抗(Ω) 最大增益(dBi) 功率容量(W) 驻波比 极化方向 垂直面波瓣宽度 806~960,1710~2500MHz 50Ω 806 ~ 960 MHz 8 ? 1 1710~2300 MHz 10 ? 1 2400~2500 MHz 11 ? 1 电气 性能 指标 100W ≤1.5 垂直极化 806–960 MHz 1710-2500 MHz 806-960 MHz 水平面波瓣宽度 前后比(dB) 1710-2300 MHz 2400-2500 MHz 15 58 ?4? 48 ? 6? 75±8? 56 ? 6? 42 ? 4? 同时,我们假定需要的最小信号电平为-85dBm,为保证 90%的覆盖概率,需要增加 8dB 余量。此外,如果是在铁路隧道环境中,由于火车的填充作用影响到信号传播,当天 线放置在隧道中间时,还需要考虑 5dB 的余量。这样我们在计算公路隧道覆盖距离时边缘 场强按照-77dBm 估算,铁路隧道覆盖时边缘场强按照-72dBm 估算。 4 此外, 如果选用基站作为信源, 在隧

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