西安地鐵二號線無線信號覆蓋方案

【摘要】影響無線系統(tǒng)覆蓋的因素很多，包括頻率、距離、發(fā)射功率、接收靈敏度、天線高度以及增益等。其中一部分被稱為系統(tǒng)因素，而其它因素則被稱為環(huán)境因素，本文主要從西安地鐵二號線無線系統(tǒng)入手，討論西安地鐵二號線無線系統(tǒng)信號覆蓋方案。

【關鍵詞】無線 信號 覆蓋 集群

一、無線信號覆蓋概述

1.1 覆蓋區(qū)描述

西安地鐵二號線線路全長27.083km，均為地下線，共設北客站至韋曲南站21座車站，均為地下車站，在線路北端的北客站附近設運營中心、車輛段及綜合維修基地1座，出入段線1.053km，在北客站與正線接軌。在線路南端韋曲南站附近設停車場1座，西安地鐵二號線無線信號覆蓋范圍為二號線一個運營中心、21個車站、一個車輛段，一個停車場。

1.2 覆蓋范圍要求

對于西安地鐵2號線來說，詳細的覆蓋范圍是地鐵運行線路全線、出入段線、聯(lián)絡線、停車線、地鐵沿線各車站站臺、站廳、出入口、換乘通道、設備及辦公區(qū)及管轄區(qū)間區(qū)域、車輛段、停車場整個地面區(qū)域（包括檢修庫、運用庫等）。在場強覆蓋范圍內(nèi)，無線接收機音頻輸出端的信噪比不小于20 dB；上下行鏈路的每載頻信號場強，在要求覆蓋的區(qū)域內(nèi)應滿足車載電臺在沿線95%的時間、地點概率的最低接收電平為l>-90dBm。

1.3 覆蓋區(qū)域分類

根據(jù)西安地鐵2號線線路及車站站廳等建筑結(jié)構(gòu)、地鐵運營管理特點、及覆蓋要求，西安地鐵2號線工程800MHz無線數(shù)字集群系統(tǒng)場強覆蓋分為以下幾種類型：①區(qū)間覆蓋方式：在正線上、下行隧道的外側(cè)敷設漏泄同軸電纜，包括正線區(qū)間的聯(lián)絡線、停車線和出入段線，實現(xiàn)正線區(qū)段的全覆蓋。②車站區(qū)域覆蓋方式：地下車站依據(jù)車站的結(jié)構(gòu)及覆蓋環(huán)境，采用天線及漏泄同軸電纜相結(jié)合的方式實現(xiàn)。站臺層利用敷設于車站、隧道區(qū)間的漏泄同軸電纜進行無線覆蓋；站廳層公共區(qū)域采用天線覆蓋，對于站廳層和設備層設備用房密集的區(qū)域、出入通道、換乘通道采用無源小天線加射頻電纜方式進行覆蓋。③車輛段/停車場區(qū)域場強覆蓋方式：采用天線覆蓋，對于停車列檢庫等操作庫及辦公樓采用室內(nèi)分布系統(tǒng)實現(xiàn)覆蓋。

二、無線信號覆蓋分析

2.1 地下隧道覆蓋情況

圖1是我們給出的TETRA無線通信系統(tǒng)的一個區(qū)間覆蓋模型。

來自TETRA基站的信號自基站天線口輸出后，基站的射頻信號經(jīng)過一個耦合器取出少部分信號由功分器或幾個耦合器分送到站廳的天線，耦合器的直通信號經(jīng)過一個四功分器分送到四根漏纜以覆蓋站臺及隧道或高架區(qū)間。相鄰車站區(qū)間的漏泄電纜在區(qū)間中點附近通過射頻跳線相連，以構(gòu)成相鄰基站的越區(qū)切換場強重疊區(qū)。

2.2 地下站廳站臺覆蓋情況

地下站廳場強覆蓋方案實際就是一種無線信號室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設計。一般在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，天饋分布部分大多采用無源系統(tǒng)，無源系統(tǒng)主要由功分器、耦合器及饋線等無源器件組成，將信號源通過耦合器和功分器盡可能平均地分配到各發(fā)射源，適合小范圍的覆蓋，器件性能穩(wěn)定、安全性高、維護簡單，造價較低，而當饋線傳輸距離比較遠時，需增加干線放大器補償信號損耗。室內(nèi)分布系統(tǒng)的發(fā)射源分為天線與泄漏同軸電纜兩種。地下站廳信號的覆蓋區(qū)域主要是站廳及站臺，另外還包括各主要設備房的信號覆蓋，在站廳和調(diào)度大廳的覆蓋采用吸頂天線的方式進行信號覆蓋，考慮到不同站廳的情況，根據(jù)實際勘察并詳細計算信號的分布，然后采用相應的無線覆蓋方式。天線覆蓋范圍大，安裝容易，造價低，常用于寬大、開闊的空間室內(nèi)分布，國內(nèi)地鐵的TETRA系統(tǒng)及民用通信系統(tǒng)大多采用室內(nèi)天線方式實現(xiàn)地下站廳和調(diào)度大廳的覆蓋。另外，采用吸頂天線進行信號覆蓋，安裝方便靈活，可根據(jù)不同的區(qū)域進行靈活組網(wǎng)。

地下站站廳的場強覆蓋區(qū)主要可分為三部分：站臺層覆蓋區(qū)、站廳層覆蓋區(qū)、出入通道及換乘通道覆蓋區(qū)。

站臺層，主要通過敷設于站臺側(cè)面的隧道內(nèi)漏泄同軸電纜進行覆蓋，連接漏泄同軸電纜的饋線由設于車站通信設備室的基站引出，通過預留的樓板通信電纜孔敷設至隧道區(qū)間，射頻饋纜一般不超過150m，站臺層長度一般不超過200m，寬度一般不超過16m。

站廳層，一般在其開闊的公共區(qū)域采用天線陣進行信號的覆蓋，而對于兩端設備房的密集區(qū)域，可根據(jù)車站結(jié)構(gòu)的不同來進行信號覆蓋，在公共開闊區(qū)，在站廳的兩端處用同軸電纜將信號從設備機房耦合出來后，在站廳區(qū)再用無源器件進行再次信號的分配，可采用耦合器，功分器根據(jù)不同的覆蓋區(qū)域要求進行覆蓋設計。

2.3 車輛段、停車場覆蓋

車輛段的集群基站室外全向天線設置于鐵塔頂部，其覆蓋將滿足車輛段內(nèi)運營、調(diào)度人員、維護人員以及管理人員所持的便攜電臺及運行在車輛段范圍內(nèi)的車載電臺通信需求。關于車輛段、停車場室內(nèi)部分的覆蓋，建議采用7/8*射頻電纜+室內(nèi)低廓全向天線進行覆蓋。

三、優(yōu)化建議

通過比較各站的覆蓋預算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)所計算點的電平余量值不均衡，這就需要對覆蓋鏈路做優(yōu)化調(diào)整，綜合考慮站廳內(nèi)及隧道內(nèi)的覆蓋因素，我們建議可采取如下幾種方法調(diào)整場強覆蓋強度：①調(diào)整基站發(fā)射功率：這種方法適用于站廳及隧道內(nèi)信號預算強度普遍過強或過弱時，優(yōu)點在于不用調(diào)整鏈路結(jié)構(gòu)；②調(diào)整基站端耦合器耦合方向：當隧道內(nèi)信號預算強度普遍過強，而站廳內(nèi)信號預算強度較弱時，可采用此方法；③更改無源器件的種類；④針對車站設備區(qū)內(nèi)無無線信號覆蓋問題，可以考慮利用公安通信的天饋線系統(tǒng)來實現(xiàn)專用無線信號的覆蓋，這樣既不影響現(xiàn)有組網(wǎng)，也不用重新設計無線信號覆蓋，充分利用了現(xiàn)有資源，節(jié)約了設備成本。

四、總結(jié)

西安地鐵二號線無線系統(tǒng)主要提供控制中心的行車調(diào)度員、環(huán)控調(diào)度員、維修調(diào)度員及DCC調(diào)度對列車司機等實施無線系統(tǒng)通信和調(diào)度指揮，以及相應的無線用戶之間的無線通信。無線系統(tǒng)在地鐵運營中起著舉足輕重的作用，而無線系統(tǒng)的信號覆蓋更保證了無線系統(tǒng)的正常運營，可以說無線信號覆蓋的好壞直接關系到地鐵的運營安全，所以無線信號覆蓋方案一定要考慮全面，反復驗證，只有這樣，才能保證地鐵的安全運營。