使用漏纜進行多系統(tǒng)地鐵隧道覆蓋的設計要點

賴杲銳

廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司，廣東 廣州 510000

使用漏纜進行多系統(tǒng)地鐵隧道覆蓋的設計要點

賴杲銳

廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司，廣東 廣州 510000

主要探討了使用漏纜進行多系統(tǒng)地鐵隧道覆蓋的設計要點。

地鐵隧道；泄漏電纜；多系統(tǒng)

截止2017年1月，中國大陸地區(qū)通地鐵城市已達28個，通車里程超過3500km，預計到2020年，大陸地區(qū)地鐵總里程將達到6000km。大中城市地鐵建設一般以地下線路居多，隨著各大城市地鐵的大規(guī)模建設，涉及 3大運營商共建的多系統(tǒng)地鐵隧道覆蓋成為移動通信建設熱點和難點。本文將分析地鐵隧道場景及泄漏電纜系統(tǒng)的特點及設計注意事項，總結多系統(tǒng)室內覆蓋的設計要求，最后結合案例探討使用漏纜進行多系統(tǒng)地鐵隧道覆蓋的若干設計要點[1]。

1 地鐵隧道場景特點

相比公路隧道，地鐵隧道跨度較小，且一般為單軌隧道居多，雙軌隧道較少，而公路隧道一般跨度較大，內部有多個車道。單軌地鐵隧道只有一條軌道通行一個方向的列車，一般寬4～5m，高度5m左右。根據(jù)地鐵線路的規(guī)劃，地鐵隧道長度從市區(qū)線路的幾百米到郊區(qū)線路的幾公里不等，且隧道兩邊一般也為地下站臺，這也是地鐵隧道與其他鐵路隧道的不同之處。總體來看，整個地鐵隧道場景的主要特點就是狹長、封閉。無線傳播環(huán)境相對簡單和干凈，隧道覆蓋方案要針對隧道場景的特點做出合理的選擇和設計。另外，針對地鐵隧道封閉、潮濕的環(huán)境，相關通信設備設施的選擇也要注意滿足防火、低煙、耐腐蝕、防潮等性能要求[2]。

地鐵列車車廂寬度一般在 3m左右，列車與隧道壁較為接近，隧道壁設備安裝空間有限，對隧道覆蓋的設備使用方案有所限制。地鐵列車車體主要由鋁合金或不銹鋼車體框架及車窗組成，需要結合不同車型確定車體損耗。列車車窗較大，由于車窗對信號的損耗較鋁合金或不銹鋼部分要小，為了保證車廂內的覆蓋，相關覆蓋方案要注意匹配考慮車窗高度進行設計，一般地鐵的車窗高度為2～2.8m。

地鐵平均車速一般為 40km/h左右，最高設計車速80～120km/h不等，長距離的郊區(qū)快線可以達到160km/h，地鐵車速對于隧道覆蓋切換重疊區(qū)的計算直接相關，進行地鐵隧道覆蓋需要了解相關線路的設計車速。地鐵屬于城市重要交通工具，北京上海地鐵日均客流量超千萬，而廣州地鐵日均客流量超過 800萬，但客流強度日均超過2.78萬人每公里。地鐵人流量大，屬于高業(yè)務熱點需求場景，需要通過合理方案做到信號連續(xù)、均勻覆蓋，保證網(wǎng)絡覆蓋質量。

2 泄漏電纜特點

泄漏同軸電纜（Leaky Coaxial Cable）由內導體、絕緣介質和開有周期性槽孔的外導體組成。電磁波在泄漏電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r通過槽孔向外界輻射電磁波；外界的電磁場也可通過槽孔感應到泄漏電纜內部并傳送到接收端。泄漏電纜兼有饋線傳輸和收、發(fā)天線的雙重功能。

泄漏電纜可分為輻射型泄漏電纜和耦合型泄漏電纜。輻射型泄漏電纜的外導體上開的槽孔的間距與波長或半波長相當，工作性能與系統(tǒng)頻率密切相關，適用頻段較窄，但對于特定頻率輻射效果較好，另泄漏的電磁能量有方向性，電纜敷設過程中槽孔的方向對場強影響較大。耦合型泄漏電纜的外導體上開的槽孔的間距遠小于工作波長，使用頻段較寬，但是輻射效果較差，另電磁能量以同心圓的方式擴散在電纜周圍，輻射無方向性，使用較簡單。泄漏電纜的選擇需要根據(jù)不同的應用場景考慮，專網(wǎng)覆蓋或單一系統(tǒng)的隧道覆蓋可以選擇輻射型泄漏電纜，公網(wǎng)覆蓋或多系統(tǒng)覆蓋可以選擇耦合型泄漏電纜。

泄漏電纜的損耗主要包括傳輸損耗和耦合損耗。傳輸損耗即信號隨電纜長度的增加而逐漸衰減，類似于普通同軸電纜的饋損。耦合損耗即信號沿電纜縱向傳播時的衰減，一般以垂直距離電纜2m處95%的概率下信號衰減的最大幅度值作為泄漏電纜耦合損耗指標及鏈路預算時的計算依據(jù)。

信號覆蓋隨著泄漏電纜的布放而鋪開，泄漏電纜系統(tǒng)的優(yōu)點在于能夠保證信號連續(xù)、均勻地覆蓋，且合理選擇泄漏電纜品種能支持寬頻多系統(tǒng)覆蓋。泄漏電纜的主要缺點為覆蓋范圍較小，一般為幾米范圍的覆蓋。結合泄漏電纜系統(tǒng)的優(yōu)缺點，該技術特別適合狹長型覆蓋環(huán)境，例如溶洞景區(qū)、電梯、室內長廊以及各種隧道場景，包括公路隧道、鐵路隧道及地鐵隧道。泄漏電纜可以與信源及POI、合路器等無源器件一起組成單獨的泄漏電纜覆蓋系統(tǒng)，也可以作為大型饋線分布系統(tǒng)的局部延伸部分。

3 多系統(tǒng)覆蓋的設計要求

滿足多系統(tǒng)穩(wěn)定接入的要求。多系統(tǒng)接入平臺即POI（Point Of Interface），也可看作是性能更高的合路器或相關無源器件的組合，合格POI的功率容限、互調抑制、系統(tǒng)隔離度等射頻指標能保證多運營商多系統(tǒng)的穩(wěn)定接入。常見的POI從2端口到12端口輸入都有，滿足3大運營商從2G到4G的不同系統(tǒng)組合，可根據(jù)實際使用的系統(tǒng)種類及數(shù)量配置符合要求的POI。POI宜設置在弱電井等位置，方便各運營商的信源設備接入。同時 POI后級的分布系統(tǒng)也需選用高功率無源器件，以滿足多系統(tǒng)接入時對功率的承載能力要求。

充分規(guī)避系統(tǒng)間干擾。系統(tǒng)間干擾包括雜散干擾、互調干擾和阻塞干擾。從雜散干擾及阻塞干擾考慮，幾個常用通信系統(tǒng)間需要重點隔離的是WCDAM 2.1G和CDMA 800 MHz系統(tǒng)，隔離度需求為 90dB，由于各廠家設備的性能指標遠高于規(guī)范要求，一般 80dB的隔離度即可滿足各系統(tǒng)之間雜散干擾及阻塞干擾的隔離要求。多系統(tǒng)覆蓋設計所選用的POI，系統(tǒng)間隔離度建議大于80dB。互調干擾由無源器件產(chǎn)生，分布系統(tǒng)前三級使用互調抑制大于 140dBc的高品質器件可以有效避免互調干擾。此外分布系統(tǒng)上下行分路可有效減少系統(tǒng)間的干擾。

滿足所有接入系統(tǒng)的覆蓋指標要求。結合各運營商各系統(tǒng)的覆蓋指標要求，通過鏈路預算及相關設備功率計算，要求以滿足最大損耗、最高要求的系統(tǒng)為基礎進行POI位置選定及分布系統(tǒng)拓撲設計。

系統(tǒng)具備良好的擴展性。從 POI規(guī)格選擇、安裝位置選擇以及室分器件選型等方面，充分考慮系統(tǒng)的擴容、小區(qū)分裂，以及未來系統(tǒng)、頻段的擴展接入，使系統(tǒng)具備良好的擴展性。

4 案例應用說明

某新建地鐵線路的公網(wǎng)通信覆蓋由三大運營商進行多系統(tǒng)共建共享，其中隧道覆蓋采用泄漏電纜方案。該隧道覆蓋方案目前需要接入的系統(tǒng)包括移動GSM900M/TD-LTE 1.8 G，聯(lián)通LTE FDD 1.8G/WCDMA 2.1 G，電信 CDMA800M/LTE FDD 2.1 G，后續(xù)可能接入的系統(tǒng)包括移動 TD-LTE 2.1 G及電信 LTE FDD 1.8 G。各 2G及3G系統(tǒng)要求的邊緣場強不少于85dBm，4G系統(tǒng)要求的邊緣場強不少于110dBm。

根據(jù)隧道覆蓋目前及后續(xù)的系統(tǒng)需求，采用8進2出 POI作為信源輸入平臺，信源端口平均功率容量為200 W，POI插入損耗少于5.5dB，系統(tǒng)間隔離度大于80dB，互調抑制PIM小于-143dBc。隧道內安裝壁掛式POI，符合IP65規(guī)定，耐腐、防潮、防盜、防鹽霧，適應地鐵隧道惡劣環(huán)境。POI厚度小于 300mm，滿足隧道壁安裝空間使用要求。

泄漏電纜采用耦合型寬頻產(chǎn)品以滿足各系統(tǒng)的共建需求，并要求具備阻燃、低煙、無鹵、耐防腐蝕等特性，滿足多次彎曲（電纜的單次最小彎曲半徑不大于510mm）而不影響材料的物理和電氣性能，泄漏電纜接頭互調抑制 PIM小于-140dBc。為避免系統(tǒng)間干擾，保證系統(tǒng)的可靠性，隧道采用上下行分電纜進行覆蓋，即上行鏈路和下行鏈路各采用一條泄漏電纜，同時能滿足LTE MIMO的雙通道要求。覆蓋方案示意圖如圖1所示：

圖1 覆蓋方案示意圖

為了使泄漏電纜的信號能夠通過車窗輻射進入列車以提高列車車廂的覆蓋效果，泄漏電纜的布放高度位于列車車窗上沿與下沿高度之間。結合車窗高度、隧道壁已有或規(guī)劃的線纜使用情況、各系統(tǒng)隔離要求及MIMO應用要求，泄漏電纜沿地鐵隧道壁水平布放，兩纜間距大于0.5m，上行電纜布放高度為2.2m，下行電纜布放高度為2.75m。

表1

泄漏電纜布放的設計重點是斷點規(guī)劃，即電纜每隔多遠需要規(guī)劃信源接入位置。斷點規(guī)劃要結合各系統(tǒng)鏈路預算結果及切換重疊區(qū)的計算結果，以要求最高的系統(tǒng)的斷點距離要求作為整個泄漏電纜覆蓋系統(tǒng)的斷點距離要求。

結合邊緣場強要求、設備功率、器件及電纜射頻指標等信息，計算各系統(tǒng)鏈路預算結果如表1。

切換重疊區(qū)的長度與系統(tǒng)的切換時長和列車行進速度成正比。列車速度按該隧道列車設計的最高時速80km/h計算。切換時長方面，由于隧道內的無線環(huán)境比較干凈，列車從甲小區(qū)行往乙小區(qū)時，甲小區(qū)信號一直變弱，乙小區(qū)信號一直變強，信號強度變化非常有規(guī)律，切換測量的確定性和效率較高，為了減少切換重疊區(qū)的長度，可以通過調高啟動越區(qū)切換模式測量的場強門限值、調低相鄰小區(qū)信號電平與本小區(qū)信號電平觸發(fā)切換的差值、減少測量計算時間等方法來減少各系統(tǒng)的切換時長。具體計算以 GSM切換為例，GSM系統(tǒng)切換時長為6S，列車設計運行時速為80km/h，場強重疊區(qū)長度為S=V·T×2=（80000/3600）×6×2=267m。

圖2

表2

表3

各系統(tǒng)切換重疊區(qū)計算結果如表2。

結合鏈路預算計算結果和切換重疊區(qū)計算結果，各系統(tǒng)對于漏纜的斷點距離要求如表3。

可見 WCDMA2.1G系統(tǒng)的要求最高，因此該漏纜隧道覆蓋的斷點規(guī)劃需以 WCDMA2.1G系統(tǒng)的斷點要求為基礎計算，即最長每隔933m就需要對漏纜進行斷點并規(guī)劃信源接入。

[1]肖遠強，張武軍. 漏泄電纜的性能分析[J]. 移動通信，2002，26（6）：40-42.

[2]解殿祿. 泄漏電纜分布系統(tǒng)的設計和應用[J]. 建筑科技與管理，2010（12）：30-31.

Design Points for Multi-System Subway Tunnel Coverage Using Leaky Cable

Lai Gaorui
Guangdong Telecom Planning and Design Institute Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510000

This paper mainly discusses the design of multi-system subway tunnel coverage using leaky cable.

subway tunnel; leakage cable; multi-system.

TM248.3

A

1009-6434（2017）3-0099-04

工程師，通信項目經(jīng)理，任職于廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司，從事通信規(guī)劃設計工作。