隧道覆蓋的天線安裝要求和應(yīng)用

史東斌

[摘 要]本文介紹隧道覆蓋時(shí)的不同天線安裝方式，介紹隧道無(wú)線信號(hào)測(cè)試方法、天線選用和工程安裝的要求，并對(duì)隧道口不同引入基站信號(hào)時(shí)，避免掉話需要的覆蓋要求進(jìn)行了介紹。

[關(guān)鍵詞]隧道覆蓋；天線安裝；要求

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.22.056

[中圖分類號(hào)]F273；TN929.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）22-00-02

0 引 言

對(duì)重要的公路、鐵路實(shí)現(xiàn)全線覆蓋是提高通信運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)力的重要要求。在目前移動(dòng)無(wú)線通信隧道覆蓋的實(shí)際工程運(yùn)用中，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在考慮傳輸和覆蓋區(qū)域用戶量時(shí)，會(huì)優(yōu)先考慮選用無(wú)線直放站來(lái)解決覆蓋問(wèn)題，這可以有效增加移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商投入與產(chǎn)出的效益，減少建設(shè)的周期。但由于覆蓋區(qū)域結(jié)構(gòu)的限制、公路主管部門的協(xié)調(diào)，阻礙了無(wú)線直放站的有效使用。本文經(jīng)過(guò)對(duì)隧道覆蓋的實(shí)際工程應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，對(duì)天線安裝距離中不同墻面的距離提出相應(yīng)的建議，對(duì)小區(qū)、電梯、廠礦、景區(qū)、建筑室低層、地下商場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)所和公路隧道的，良好覆蓋的勘測(cè)設(shè)計(jì)天線安裝要求具有一定的指導(dǎo)意義。另外，本文根據(jù)不同隧道采用不同的覆蓋方式進(jìn)行分析，針對(duì)隧道內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)中乘駕的信號(hào)切換要求進(jìn)行討論。

1 隧道覆蓋的相關(guān)概述

隧道覆蓋主要分為公路隧道、鐵路隧道、地鐵隧道和礦山隧道等，每種隧道具有不同的特點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，公路隧道相對(duì)寬敞，可以根據(jù)公路管理部門的要求，相關(guān)人員可進(jìn)行靈活多變的覆蓋方式；鐵路隧道比較狹窄，當(dāng)火車在隧道中，剩余的空間很小，安裝天線的方式會(huì)受到限制；地鐵隧道類似鐵路隧道，距離較長(zhǎng)，一般只能使用光纖進(jìn)行信號(hào)的傳輸，再通過(guò)泄露電纜和小板狀天線覆蓋；礦山隧道彎道較多，空間也比較狹窄，一般通過(guò)泄露電纜和小板狀天線覆蓋。

隧道短的只有幾十米，而長(zhǎng)的隧道有十幾千米；有的隧道彎道較多，有的隧道較直；在解決隧道覆蓋時(shí)，相關(guān)人員需要根據(jù)勘測(cè)情況和隧道管理部門的建議，做出可以實(shí)施的覆蓋方案。在對(duì)隧道進(jìn)行勘測(cè)時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)該采集以下數(shù)據(jù)：隧道的名稱、隧道位置、隧道長(zhǎng)度、隧道寬度、隧道結(jié)構(gòu)、隧道是否雙向、隧道高度、信源情況、覆蓋現(xiàn)狀、進(jìn)出口的信號(hào)情況、隧道形狀、走線情況以及天饋掛高。

2 隧道覆蓋的信號(hào)源選擇

信號(hào)源的選擇需要根據(jù)隧道信號(hào)覆蓋狀況、話務(wù)需求、隧道管理人員、傳輸情況以及投資大小等情況進(jìn)行決定。隧道覆蓋采用的信號(hào)源包括：微蜂窩基站、無(wú)線直放站、宏蜂窩基站、光纖直放站以及RRU等。

對(duì)于鐵路、公路隧道、礦山隧道的覆蓋，由于其話務(wù)量小，相關(guān)人員可以使用RRU、各種直放站和微蜂窩基站作為信號(hào)源。對(duì)于城市地鐵隧道的覆蓋，由于人流量大，話務(wù)量也高，相關(guān)人員可采用容量較大的宏蜂窩基站。

3 隧道天線的選擇

信號(hào)源確定后，相關(guān)人員根據(jù)實(shí)際勘測(cè)的情況，確定天線類型和饋入的功率，天線可以分為：室內(nèi)壁掛天線、八木天線、板狀天線、拋物面天線、雙向天線以及泄露電纜。

室內(nèi)壁掛天線：安裝位置小，從墻體突出長(zhǎng)度小，隧道寬度大，布放數(shù)量多；對(duì)隧道覆蓋均勻性好，隧道信號(hào)切換充分；適合安裝空間小、覆蓋要求高的區(qū)域和縱向距離較大的隧道，如高速隧道、礦山隧道、鐵路隧道。

八木天線：安裝相對(duì)位置小，從墻體突出長(zhǎng)度小，覆蓋距離要求高，隧道內(nèi)布放天線數(shù)量少；對(duì)隧道覆蓋距離長(zhǎng)（可視達(dá)3 200米），適合安裝空間小，覆蓋要求一般的區(qū)域，如高速隧道。

板狀天線：安裝相對(duì)位置大，從墻體突出長(zhǎng)度大，覆蓋距離要求高，隧道內(nèi)布放天線數(shù)量少；對(duì)隧道覆蓋距離長(zhǎng)（可視達(dá)3 000米），覆蓋要求一般的區(qū)域，如高速隧道。

拋物面天線：安裝相對(duì)位置大，從隧道頂部突出長(zhǎng)度大，覆蓋距離要求高，隧道內(nèi)布放天線數(shù)量少；對(duì)隧道覆蓋距離長(zhǎng)（可視達(dá)

3 500米），覆蓋要求一般的區(qū)域，如高速公路隧道。

雙向天線：安裝相對(duì)位置小，從墻體突出長(zhǎng)度小，覆蓋距離要求不高，隧道內(nèi)布放天線數(shù)量較多；對(duì)隧道覆蓋要求覆蓋均勻，覆蓋要求較高的區(qū)域，如高速隧道、礦山隧道、鐵路隧道。

泄露電纜：安裝相對(duì)位置小，從墻體突出小，縱向覆蓋距離要求不高，隧道覆蓋要求均勻，覆蓋要求較高的區(qū)域，如高速隧道、礦山隧道、鐵路隧道。

4 隧道內(nèi)分布系統(tǒng)選擇

隧道內(nèi)分布系統(tǒng)主要選擇：同軸饋電分布方式、光纖饋電分布方式。

4.1 同軸饋電分布方式系統(tǒng)

同軸饋電分布方式系統(tǒng)的應(yīng)用方式為單套的有源設(shè)備（微蜂窩基站、無(wú)線直放站、宏蜂窩基站、光纖直放站、RRU）加天線的覆蓋方式。在信號(hào)功率不足的地方增加干放或直放站進(jìn)行較長(zhǎng)距離的信號(hào)覆蓋；通常同軸饋電可以將天線放置于隧道內(nèi)，也可以從設(shè)備經(jīng)過(guò)饋線在隧道外合適的位置安裝定向天線向隧道覆蓋。

4.2 光纖饋電分布方式系統(tǒng)

光纖饋電分布方式系統(tǒng)的使用方式為有源設(shè)備（微蜂窩基站、宏蜂窩基站、RRU）加近端機(jī)。在較遠(yuǎn)的覆蓋區(qū)域采用多臺(tái)遠(yuǎn)端機(jī)分段進(jìn)行覆蓋，在較長(zhǎng)的隧道和特殊覆蓋環(huán)境，考慮到光纜損耗小、布放容易、信號(hào)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，相關(guān)人員可采用光纖饋電分布方式系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，適用于覆蓋公路隧道、地鐵隧道和礦山隧道。

5 隧道內(nèi)傳播模式

本文經(jīng)過(guò)對(duì)長(zhǎng)度不同的隧道進(jìn)行測(cè)試，將功率為1 W的模擬信號(hào)發(fā)生器（設(shè)定頻點(diǎn)為65信道），經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度約為8米的CL-8D饋線后，接到增益為10 dB的八木天線，對(duì)隧道不同的距離測(cè)試。

不同距離測(cè)試的數(shù)據(jù)如下：

（1）測(cè)試位置場(chǎng)強(qiáng)與發(fā)射天線的距離（隧道長(zhǎng)3 100米）；

（2）測(cè)試位置場(chǎng)強(qiáng)與發(fā)射天線的距離（隧道長(zhǎng)2100米）

在隧道中一個(gè)特定位置無(wú)線電波場(chǎng)強(qiáng)是電磁波直射、反射、折射傳播后矢量和的結(jié)果，隧道傳播模型，經(jīng)過(guò)計(jì)算，類似于自由空間損耗加修正參數(shù)的結(jié)果，隧道覆蓋預(yù)測(cè)測(cè)試的參數(shù)需要對(duì)每一個(gè)位置進(jìn)行3次以上的測(cè)量后取平均值，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以采用以下公式進(jìn)行隧道傳播模型的計(jì)算。endprint

L=32.4+20lgf+20lgd+δm+δA+δz+δw+δf

其中：L為路徑損耗；f為頻率（MHz）；d為距離（千米）；δ為偏差修正。偏差修正主要與空氣濕度δm、天線安裝方式δA、隧道彎度δz、隧道寬度δw和隧道車流量δf相關(guān)。

6 隧道覆蓋解決方案工程要點(diǎn)

雖然有許多種方式可以達(dá)到隧道的信號(hào)覆蓋，但針對(duì)具體的隧道覆蓋，相關(guān)人員需要重點(diǎn)考慮以下要點(diǎn)。

（1）隧道管理方的要求：隧道管理方在同意對(duì)隧道進(jìn)行覆蓋的同時(shí)，相關(guān)人員需要結(jié)合隧道的特點(diǎn)，就天線種類、掛高、主機(jī)安裝位置、電源引取與管理方進(jìn)行交流討論，并進(jìn)行工程細(xì)節(jié)的備忘記錄，最終實(shí)施方案后交管理方確定。

（2）隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：根據(jù)隧道的特點(diǎn)確定天線（八木、平板、泄露電纜），隧道彎度和長(zhǎng)度決定主設(shè)備類型、數(shù)量和天線的數(shù)量。

（3）安裝天線的方式：天線的安裝如果達(dá)不到要求，會(huì)造成覆蓋與設(shè)計(jì)的出入，如掛高、天線到墻面距離、天線方向角、吊桿高度等。

（4）分布系統(tǒng)的選擇：根據(jù)天線的數(shù)量，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)勘測(cè)合理選用信源，這可以有效提高系統(tǒng)的性價(jià)比。對(duì)于距離短、天線少的隧道，相關(guān)人員一般采用同軸饋電分布方式；對(duì)于覆蓋距離遠(yuǎn)，天線多的隧道，相關(guān)人員一般采用光纖饋電分布方式，大型隧道也可采用光纖饋電分布方式為架構(gòu)加局部同軸饋電分布方式進(jìn)行混合組網(wǎng)。

（5）隧道進(jìn)出口的小區(qū)切換：對(duì)于隧道進(jìn)出口的勘測(cè)設(shè)計(jì)，相關(guān)人員需要考慮小區(qū)切換，否則會(huì)造成進(jìn)出隧道掉話，降低系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。若在隧道存在兩個(gè)小區(qū)覆蓋的情況，需要有一定距離的切換區(qū)域、相鄰關(guān)系和正確的切換參數(shù)，最好進(jìn)出隧道均占用一個(gè)小區(qū)的信號(hào)。

（6）2G+4G等多系統(tǒng)的合路覆蓋：主要考慮采用GRRU+CRRU

+WRRU等POI合路，考慮到時(shí)延、色散以及同步的因素，隧道覆蓋應(yīng)該使用小功率、多天線的覆蓋思路，即便4G頻段合路后仍可以保證多系統(tǒng)的信號(hào)覆蓋。

（7）隧道覆蓋的可通率：由于隧道內(nèi)移動(dòng)用戶接收到的信號(hào)為直射或多徑信號(hào)的矢量和，與身體損耗、車輛屏蔽損耗、瑞利衰落、正態(tài)衰落以及通話時(shí)手持手機(jī)姿勢(shì)相關(guān)，在保證整個(gè)隧道一定可通率的情況下，相關(guān)人員需要在隧道內(nèi)最弱信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一個(gè)確定的數(shù)值。

7 結(jié) 語(yǔ)

各種類型的隧道可采用各種各樣的解決思路進(jìn)行覆蓋設(shè)計(jì)，本文的目的是從具體落實(shí)到實(shí)際的工程建設(shè)，做出一套行之有效的方案。信源的選取、系統(tǒng)的選擇、天線的使用、多系統(tǒng)合路均需和實(shí)際的隧道結(jié)構(gòu)、隧道管理方要求緊密結(jié)合，才能用靈活多變的解決思路，最終做出可行性高、設(shè)計(jì)合理、性價(jià)比高的隧道解決方案。endprint