基于多RRU共小區(qū)和直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)的高速路中長隧道覆蓋解決方法

【摘要】 為解決山區(qū)高速路隧道，特別是地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且隧道較長的隧道群信號(hào)覆蓋和供電問題，采用拉遠(yuǎn)多個(gè)RRU共小區(qū)的無線覆蓋方案，結(jié)合直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)進(jìn)行保障供電的方式，形成整體解決方法。在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行效果良好，改善了覆蓋質(zhì)量和用戶感受，同時(shí)也減少一定的成本投入，滿足了高速隧道通訊和電源保障需求。

【關(guān)鍵詞】 分布式基站 直流遠(yuǎn)供 高速路隧道 多RRU共小區(qū)

一、引言

高速公路隧道作為一種重要的特殊場景，具有車速快、沿途場景復(fù)雜等特點(diǎn)，尤其在山區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高速公路隧道沿線穿山越嶺且隧道群較長（平均約4公里左右）。一方面受到自然環(huán)境的阻隔和建設(shè)條件的限制，高速路隧道內(nèi)處于一個(gè)半封閉狀態(tài)，僅單純依靠室外宏基站無法實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)用戶的深度覆蓋，使得高速路隧道的信號(hào)覆蓋一直是盲區(qū)，而為解決隧道內(nèi)深度覆蓋問題在高速路隧道內(nèi)建站是最有效的的方法；另一方面，傳統(tǒng)的覆蓋和供電方式使得高速路隧道的建設(shè)需要投入大量的施工人員、引外市電和高速路施工協(xié)調(diào)等費(fèi)用。同時(shí)隧道的眾多和過長也使得后期維護(hù)管理的難度也增加。因此，亟待解決高速路隧道無線覆蓋和供電的問題。

二、傳統(tǒng)隧道解決方式

1、對(duì)高速路隧道進(jìn)行覆蓋，傳統(tǒng)方式一般采用室外型無線設(shè)備或直放站，配備室外型一體化開關(guān)電源為其供電的方式。該方式下，傳統(tǒng)無線設(shè)備一般使用柜式設(shè)備，因本身節(jié)電技術(shù)等限制，功耗較大，而直放站雖然功耗小，但是低噪干擾和監(jiān)控困難等因素對(duì)其全面使用有影響，使其在高速路隧道這樣特殊的場景里使用大大受限。同時(shí)，因?yàn)楦餍^(qū)相對(duì)對(duì)立，存在切換關(guān)系，因此為了保證小區(qū)間順利切換，需要考慮較大的重疊覆蓋區(qū)域，減少了單小區(qū)的覆蓋范圍；

2、而對(duì)于傳統(tǒng)進(jìn)行隧道覆蓋采用的供電設(shè)備，一般為一體化開關(guān)電源，它會(huì)自帶蓄電池等落地柜式設(shè)備，占地面積較大，在隧道內(nèi)這樣的狹窄區(qū)域內(nèi)使用會(huì)受限，不利于隧道安全。且在隧道內(nèi)安裝開關(guān)電源，外市電需要引入到隧道深處，當(dāng)隧道為中長隧道，特別是隧道群時(shí)，為了讓交流外市電順利引入，克服線纜壓降問題，需要用較粗的線纜，增加了外市電引入開銷，造成不必要的浪費(fèi)。

三、多RRU共小區(qū)

多RRU共小區(qū)方案是利用分布式基站的RRU拉遠(yuǎn)的優(yōu)勢，將一個(gè)BBU下的多個(gè)物理上分屬不同站址的RRU組合成一個(gè)邏輯小區(qū)。

不同站址的每個(gè)RRU配置容量、頻點(diǎn)等小區(qū)參數(shù)相同，共小區(qū)的多個(gè)RRU間移動(dòng)不存在切換，從而保證用戶在多個(gè)RRU間收發(fā)同步。

四、直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)

直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)：將具有穩(wěn)定電源處的（DC-48V直流源）電能經(jīng)過變換處理后，在一定距離范圍內(nèi)，傳輸供給遠(yuǎn)端的負(fù)載設(shè)備使用。在這種系統(tǒng)中，電力的傳輸取自現(xiàn)有基站機(jī)房的DC-48V直流源（穩(wěn)定的電源），通過直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)局端將電能升壓變換后進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸（建議一般為8公里內(nèi)，高壓（90-400V可調(diào)）增加了電源系統(tǒng)傳輸距離），傳輸給直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)的遠(yuǎn)端進(jìn)行降壓還原處理，把還原后的DC-48V直流再供給遠(yuǎn)處的負(fù)載設(shè)備使用，詳見圖1。這樣就減少了遠(yuǎn)處負(fù)載設(shè)備的外市電引入和相關(guān)配套電源投入，節(jié)約了投資，同時(shí)因使用的現(xiàn)有機(jī)房中有大配置的后備的電源，使得戶外站點(diǎn)擁有室內(nèi)站點(diǎn)的備電保護(hù)措施，可以更加穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也減少了電源維護(hù)工作量。

在隧道場景下，因高速路隧道內(nèi)能使用空間受限，為保證交通安全，不能在隧道的人行、車行通道內(nèi)安裝落地式設(shè)備，針對(duì)此場景情況，直流遠(yuǎn)供有體積小（小于一個(gè)RRU體積），可壁掛式安裝，提供有質(zhì)量可持續(xù)的后備電力保證的特點(diǎn)，減少進(jìn)入隧道內(nèi)進(jìn)行維護(hù)。

根據(jù)歐姆定律推導(dǎo)拉遠(yuǎn)RRU設(shè)備所選線纜選型計(jì)算公式如下（1）、（2）：

式（1）

（0.85 為轉(zhuǎn)換效率） 式（2）

式中：△U——線路壓降（V）

UN——輸入電壓（V）；

L ——直流升壓供電模式最遠(yuǎn)允許兩點(diǎn)間距離（m）；

Pe—— RRU等功耗（W）；

S ——電力電纜截面積（mm2）；

R ——電力電纜環(huán)阻Ω；

γ ——電力電纜電阻率，25℃時(shí)，銅線γ銅=18.51；

R環(huán) ——RRU設(shè)備直流負(fù)荷功率下最大允許環(huán)阻Ω，所選電線環(huán)阻必須小于此值。

按3個(gè)RRU功耗900W為例，采用銅線供電線纜，供電線纜線徑選用2*6mm2 ，線纜允許壓降120V，直流遠(yuǎn)供遠(yuǎn)端輸入電壓為220V，RRU設(shè)備拉遠(yuǎn)距離達(dá)到3千米，所選2*6mm2線纜根據(jù)以上公式（1）、（2），在此負(fù)荷功率環(huán)阻為18.51歐，而該負(fù)荷功率下最大允許環(huán)阻24歐，所選線纜環(huán)阻小于最大允許的環(huán)阻，因此線纜滿足拉遠(yuǎn)供電需要。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，因受所選線纜的線芯材質(zhì)的純度限制，導(dǎo)電能力會(huì)有差異，因此需要根據(jù)現(xiàn)場所選線纜材質(zhì)和純度來選擇以上相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

五、高速路隧道覆蓋規(guī)劃原則

（1）由于高速路隧道內(nèi)頻率單一，干擾相對(duì)洞外要小很多，同時(shí)，高速路隧道中通行的汽車在通過時(shí)，不會(huì)像高鐵一樣把整個(gè)隧道都填充滿，破壞了信號(hào)的原有傳播模型，因此根據(jù)各廠家RRU的機(jī)頂發(fā)射功率和前期工程中的隧道內(nèi)覆蓋效果的測試值可得，單RRU覆蓋距離約為800米內(nèi)效果最佳。

（2）小區(qū)切換過程時(shí)間：測量報(bào)告濾波時(shí)間2秒，P/N準(zhǔn)則觸發(fā)切換時(shí)間3秒，測量報(bào)告濾波時(shí)間+P/N準(zhǔn)則觸發(fā)切換時(shí)間 = 2+3=5秒，以汽車時(shí)速110km計(jì)算，小區(qū)切換要求的重疊覆蓋距離大約為190米。

（3）由于進(jìn)入隧道后，外部基站信號(hào)會(huì)快速衰減，一般要求進(jìn)隧道和出隧道的切換點(diǎn)都在隧道外部。考慮到重疊覆蓋區(qū)的要求，切換點(diǎn)大約在隧道口250米外。

（4）為了增加單RRU的覆蓋范圍，一般采用高增益窄波瓣天線單極化對(duì)高速公路進(jìn)行覆蓋。這樣不但可以彌補(bǔ)多普勒頻移對(duì)性能的影響，又可以擴(kuò)大覆蓋范圍。為了保證同基站下RRU之間不存在切換關(guān)系，可對(duì)RRU進(jìn)行小區(qū)合并，如必須進(jìn)行RRU之間兩個(gè)小區(qū)的切換，可適當(dāng)縮減兩RRU間距。

天線應(yīng)當(dāng)選用較小前后比的天線，增加兩個(gè)小區(qū)后瓣的重疊覆蓋，同時(shí)使用功分器分裂成兩個(gè)方向，隧道內(nèi)如有彎道，則彎道弧頂處須有天線；保證高速移動(dòng)狀態(tài)下切換的完成。

（5）考慮高速隧道的后期維護(hù)的特殊性，減少維護(hù)次數(shù)和因停電帶來了信號(hào)中斷，特殊場景的蓄電池備電時(shí)間不小于12小時(shí)考慮；結(jié)合高速路隧道管理安全規(guī)定，室外型開關(guān)電源和蓄電池等落地設(shè)備都不放入隧道內(nèi)，通過直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)把隧道外的電能輸送到隧道內(nèi)的RRU使用。

六、基于多RRU共小區(qū)和直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)的應(yīng)用

結(jié)合以上原則，以重慶某高速為例進(jìn)行說明。

6.1無線覆蓋部分

該高速以隧道群眾多且隧道較長（平均每隧道長度超過3公里）。根據(jù)隧道實(shí)際情況，隧道雙向間的人行通道口可用著安裝RRU之類的掛墻設(shè)備和天線，為保證隧道口內(nèi)外信號(hào)的銜接，雙向隧道進(jìn)出口往里150米左右的第一個(gè)人行通道上方安裝第一個(gè)RRU和天線，天線選用隧道專用天線或?qū)?shù)期天線，保證隧道內(nèi)信號(hào)對(duì)隧道外地延展，使切換區(qū)域在隧道外。

因隧道內(nèi)人行通道的間距統(tǒng)一且規(guī)律，因此利用好此位置進(jìn)行其他隧道的RRU和天線分布安裝。根據(jù)切換距離和RRU在隧道內(nèi)覆蓋距離限制，隧道內(nèi)其他RRU保持兩RRU間距約為1400米，如有彎道，間距進(jìn)一步縮短，按此分布正好就是隧道內(nèi)人行通道的間距每700米一個(gè)的整數(shù)倍，因此就可以在隧道內(nèi)形成均勻的覆蓋。以其中一個(gè)3公里長的隧道為例，需要3個(gè)RRU，分別安裝在進(jìn)一側(cè)隧道口內(nèi)150米處，其他兩個(gè)RRU安裝于各自間距約1400米的其他人行通道內(nèi)。

6.2配套電源部分

結(jié)合高速路實(shí)際情況，在每個(gè)長隧道口附近都有高速路的配電機(jī)房，為了方便后期維護(hù)和減少引電距離，因此把室外型開關(guān)電源和室外型蓄電池柜等柜式落地設(shè)備放在距離配電房不遠(yuǎn)的區(qū)域，在通過直流遠(yuǎn)供把電能輸送到隧道內(nèi)的3個(gè)RRU使用。

根據(jù)備電時(shí)間的要求、蓄電池備電的測算公式和上文提及的直流遠(yuǎn)供線纜選擇方法，經(jīng)測算3個(gè)RRU備電時(shí)間超過10小時(shí)。根據(jù)備電時(shí)間需求計(jì)算可知，需要配置500Ah電池一組，開關(guān)電源配置120A，遠(yuǎn)供輸電線纜選擇2*6mm2 的銅芯線。

6.3使用效果

結(jié)合其他隧道外站點(diǎn)，經(jīng)當(dāng)?shù)胤止緶y試，實(shí)現(xiàn)該高速覆蓋率達(dá)到了99.73%，MOS值達(dá)到3.76，接通率達(dá)到100%，掉話率達(dá)到0%，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量得到大幅度提升，得到良好覆蓋。

七、結(jié)束語

通過將基站BBU設(shè)備集中放置，RRU設(shè)備、天線點(diǎn)位需覆蓋區(qū)拉遠(yuǎn)設(shè)置的方式，使用RRU的小區(qū)合并技術(shù)可充分實(shí)現(xiàn)共享BBU設(shè)備基帶池資源技術(shù)優(yōu)勢；實(shí)現(xiàn)共享稀缺站房資源，解決機(jī)房，投資費(fèi)用高的問題。直流遠(yuǎn)供設(shè)備的使用為遠(yuǎn)端RRU設(shè)備供電，減少了市電引入等投資，方便維護(hù)，在今后工程中可結(jié)合使用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 朱東照，羅建迪，王丁鼎，肖清華等，《TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)與優(yōu)化（第2版）》

[2]中華人民共和國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《通信設(shè)備用直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)》YD/T1817-2008；

[3] 強(qiáng)生澤，楊貴恒，李龍，錢希森，《現(xiàn)代通信電源系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》；