移动通信信号隧道覆盖问题及解决方案

总第１４卷１５３期　２０１２年５月　大众科技　Ｐｏｐｕｌａｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ０Ｌ．１４　ＮＯ．５　Ｍａｙ　２０１２　移动通信信号隧道覆盖问题及解决方案　刘俊权　（南宁铁路局，广西南宁５３０００３）　【摘主要提出不同长短隧道信号覆盖方案。　要】通过对隧道特点和覆盖因素的分析，考虑覆盖的原则，　【关键词】隧道；光纤；直放站；天线；泄漏电缆　【中图分类号】ＴＮ２５３　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８—１１５１（２０１２）０５—００２２—０３　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｖｅｒ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｃｏｖｅｒ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｃｏｖｅｒ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｅｎｇｔｈ　ｔｕｎｎｅｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｃｏｖｅｒａｇｅ　ｐｌａｎ　ｗｅｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｍａｉｎｌｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｕｎｎｅｌ：Ｏｐｔ　ｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ：Ｒｅｐｅａｔｅｒ：Ａｎｔｅｎｎａ：Ｌｅａｋａｇｅ　ｃａｂｌｅ　移动通信网络建设的目标是无缝覆盖，以保证随时随地　通信，这就对无线网络规划提出了更高的要求，在实际的网　络规划中通常的难点是对一些典型区域的覆盖，比如长隧道、　３不同长度隧道覆盖具体解决方案　根据以上所分析的隧道的特点以及它们的覆盖原则，下　弯度多的隧道等，以下就是首先对隧道的分析，然后着重地　提出“长隧道覆盖”的相关解决方案。　面来具体探讨针对不同长度的隧道、不同特性隧道的具体覆　盖解决方案。　１隧道的主要特点　（１）封闭环境，外面的信号很难传入，如果采用内部覆　盖对外界也影响较小；　（２）用户以车内用户为主，业务量不高；　在实际方案中可能会用到的一些配合：　（１）微基站（或直放站）十单个天线方案；　（２）微基站（或直放站）十分布式天线系统：　（３）微基站（或直放站）＋泄漏电缆。　在决定是否选用微基站还是直放站作为隧道覆盖的信号　源时，首先考虑的问题是隧道口附近有没有足够强的信号可　以被利用和隧道附近是否有传输线路可被利用。　一（３）隧道的长短比一，宽窄不同；　（４）隧道的类型不同：有铁路隧道，公路隧道和地铁隧　道：　般来说，若隧道口附近（包括附近的山头等较高的地　（５）还有就是隧道本身的环境不一样，由此它将对所用　的设备提出不同的要求。如电源的选择，防尘、防盗、抗震　的考虑。　方）已有的信号电平低于一８０ｄＢｍ，我们建议采用微基站；若　隧道口附近的信号电平高于一８０ｄＢｍ，则可以采用直放站或微　基站进行覆盖。此时若传输问题比较难解决，建议直接采用　直放站进行覆盖，在采用直放站方案时要充分考虑到直放站　２隧道覆盖的因素考虑及覆盖原则　在解决短隧道覆盖时，可采用灵活经济的手段，如在隧　道口附近用普通的天线向隧道里进行覆盖。但是，这些手段　可能在解决长隧道覆盖时不起作用，对于长隧道的覆盖必须　隔离度的要求，否则建议采用微基站来解决覆盖问题，同时　提高系统容量。　３．１　短隧道覆盖解决方案　这里定义长度在ｌＯＯｍ以下的隧道为短隧道，在对这种隧　道的覆盖进行规划时，要结合隧道周围需要覆盖区域一起考　采取其它一些手段。因此，对于每段隧道的解决方案可能都　会有所区别，必须根据实际情况来选定覆盖解决方案。　对于超长隧道，建议采用泄漏电缆或分布天线来解决隧　道里的覆盖问题。　虑：若有多个短隧道彼此之间间隔很小，可以考虑在两隧道　的中间建站（或直放站）；若使用微基站，采用双向天线，若　天线的增益为５ｄＢｉ，建议天线放置在隧道口，这样可以保证　对隧道的良好覆盖。　【收稿日期】２０１２—０３－２４　【作者简介】刘俊权（１９７３一），男，广西柳江人，南宁铁路局南宁通信段助理工程师，从事铁路无线列车调度通信系统管　理工作。　２２—　．在制定隧道覆盖方案时，必须考虑到移动物如火车、汽　车都处在高速运行的状态之中，如何保证在进入隧道后能够　进行顺利切换是至为关键的。若信号源是采用直放站进行覆　盖，隧道外的信号电平与隧道里的信号电平属于同一个小区　的，则不会存在切换问题：若覆盖隧道的信号源是微基站时，　如果隧道里的信号与隧道口的信号属于不同的小区，在火车　进入隧道后，外部小区的信号急剧下降，这时很可能由于不　能及时切换而掉话。解决这个问题可以从以下几点考虑：一　是采用双向天线对隧道进行覆盖，这样隧道里面的小区信号　就会与隧道外面的小区信号有足够的交迭深度来保证正常的　切换；二是启用特殊的切换算法，例如电平快速下降切换算　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　话；另外，选择前后比小一些的定向天线也是可以考虑的手　段之一。　３．２中等长度隧道覆盖解决方案　对于中等长度隧道，即在１００米以上，５００ｍ以内的隧道，　可以根据隧道口的电平、传输现状、隧道长度等实际情况选　择“微基站＋单个天线或直放站＋单个天线的方案”。对于有弯　道的隧道，建议将双向天线放在隧道中间进行覆盖。　另外，根据现场勘测的结果，视隧道的截面大小、容许　安装的天线尺寸、隧道长度等因素，在某些长度稍大于　５００ｍ（如６００ｍ）的隧道，也可以通过选择增益更高一些的天线　来进行覆盖。　３．３长隧道覆盖解决方案　对于隧道长度大于５００ｍ的隧道，要采用分布式天线系统　或泄漏电缆进行覆盖。我们先来考虑一下采用“微基站＋泄漏　电缆”与“直放站＋泄漏电缆”的方式在没有放大器的情况下　可以覆盖的距离。　前提：以ＧＳＭ信号覆盖为例来说明。　当信号源采用微基站，其最大输出功率为８Ｗ；若采用直　放站，仅考虑基放大１个载频的情况，最大输出功率为２ｗ。　设计最低接收信号电平为一８５ｄＢｍ，覆盖概率为９０％（加上８ｄＢ　的保护）。考虑到泄漏电缆的覆盖特性，可以不用再加额外的　电平余量保护（这些保护在对公路隧道进行规划时不用考　虑）。泄漏电缆选择ＳＬＷＹ一５０—２２，径向损耗为５ｄＢ／１００ｍ，耦　合损耗在９０％的接收可能时为７７ｄＢ。　基于以上假设，根据前面的论述，可能得到表１的结果。　表１　采用泄漏电缆但不加放大器进行铁路隧道覆盖时覆盖距离的　估算　当然，可以选择更小的泄漏电缆，这样覆盖距离会更远。　４超长隧道覆盖的方案考虑　对超长隧道如一公里以上，甚至数公里的隧道覆盖，就　需要采用放大器进行中继放大，即可采取分布式天线方案，　也可以采用泄漏电缆方案。从技术上和安装空间的允许等方　面，建议采用泄漏电缆方案。从成本方面来说，主要与设备　的选型有关，分布式天线方案不见得会优于泄漏电缆方案，　一２３一　这需要根据选定的器件来估算。　４．１链路预算　室内无链路衰耗主要由路径衰耗中值与阴影衰落决定。　隧道可以认为是一个管道，信号传播是墙壁反射的结果，直　射为主要分量。ＩＴＵ—Ｒ建议Ｐ．１２３８提出室内适用的传播模型，　这种传播模型对隧道覆盖也是有效的，这个公式为：　Ｌｐａｔｈ＝２０１ｇｆ＋３０１ｇｄ＋Ｌｆ（ｎ）一２８ｄＢ　其中：　ｆ代表频率（ＭＨｚ）　ｄ代表距离（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　在讨论的隧道覆盖场合，Ｌｆ（ｎ）可不用考虑。因此在隧道　中无线传播可以用以下式子进行估算：　Ｌｐａｔｈ：２Ｏｌｇｆ＋３Ｏ１ｇｄ一２８ｄＢ　在隧道中不同的路径损耗见表２　表２　隧道中的路径损耗　ｄ　ＧＳ鹏００删ｚ　ＧＳＭｌ８００Ｅｌｚ　５０ｍ　８２．ＯｄＢ　８８．１ｄＢ　ｌ００ｍ　９１　０ｄＢ　９７　ＯｄＢ　１５０ｍ　９６　３ｄＢ　１０２．１ｄＢ　２００ｍ　１００．１ｄＢ　１Ｏ６　１ｄＢ　３０Ｏｍ　１０５　３ｄＢ　ｌ１１　４ｄｇ　４．２信号源的选择　（１）微蜂窝基站　（２）光纤拉远基站，从附近的宏蜂窝基站拉远　（３）对于偏远的地区可以采用直放站取得信号源　４．３覆盖方案　根据不同隧道的实际情况配置不同的天馈系统，对隧道　进行覆盖。一般地有三种不同配置的天馈系统：同轴馈电无　源分布式天线、光纤馈电有源分布式天线、泄漏电缆。　（１）同轴馈电无源分布式天线　这种覆盖方案的设计比较灵活、价格相对低、安装较方　便。同轴电缆的馈线衰减较小，天线增益的选择主要取决于　安装条件，在条件许可的情况下，可选用增益相对较高的天　线，来提高覆盖范围。该方案的简化版就是采用单根天线对　隧道进行覆盖，对于较短的隧道来说，这种方案是一种低成　本解决方案。　（２）泄露电缆　采用泄漏电缆进行隧道覆盖，是一种最为常用的方法，　这种方法的优点在于：　１）可减小信号阴影和遮挡。在复杂的隧道中采用分布式　天线，手机与某特定天线之间可能会受到遮挡，导致覆盖不　好；　２）信号波动范围减少。与其它天线系统相比，隧道内信　号覆盖均匀；　３）可对多种服务同时提供覆盖。泄漏电缆本质上是宽带　系统，多种不同的无线系统可以共享同一泄漏电缆，考虑到　在隧道中经常使用某些无线系统（寻呼系统、告警系统、广　播等），采用共享一条泄漏电缆的方法，可省去架设多条天线　的工程。　（３）光纤馈电有源分布式天线系统　在某些复杂的隧道覆盖环境中，可采用光纤馈电有源分　４）比较经济。　布式天线系统来替代同轴馈电无源分布式天线系统。它更适　用于覆盖地下隧道（地铁隧道）和站台。采用光纤馈电有源　分布式天线系统的主要好处包括在室内安装的电缆数减少、　可适用更细的电缆、采用光缆可降低电磁干扰、在复杂的网　络中设计更灵活等，缺点是成本高。　４．４天线的选择　（２）圆极化天线的优点　１）隧道内较好的覆盖质量；　２）较少受隧道内车辆密度的影响；　３）比平板天线小得多。　５结束语　通过以上的分析，在隧道内的移动通信信号覆盖，必须　根据隧道的不同长短，提出相应不同的解决方案，以满足隧　如果使用天线覆盖，就要考虑电磁波沿隧道传播的特性。　电磁波在隧道中的传播特性主要取决于以下因素：　●电磁波本身的使用频率范围；　●隧道的几何形状（矩形、半圆形或圆形），车道数；　●隧道的弯曲度和拓扑结构；　道信号的覆盖要求。其实在隧道的覆盖中，今后还会遇到不　同网络信号，如３Ｇ网络信号的覆盖，由于工作频率及网络性　能的差异，都会向我们提出一些更高、更新的研究课题　【参考文献】　…１祁玉生，邵世祥编著．现代移动通信系统【Ｍ］．人民邮电出版　社，１９９９，１０．　●建造隧道内墙的材料和隧道表面材料；　●隧道内车辆流量和填充因子（隧道截面积比车辆截面　积）；　●隧道中天线的放置位置；　●天线的特性（增益、方向型，…）。　【２】马俊峰．直放站噪声系数和互调干扰对ＧＳＭ网络的影响　Ⅱ】．通信世界，２００４，７．　在隧道这种特殊情况下的覆盖一般采用高方向性天线，　如高方向性的平板天线，八木天线和圆极化天线：　（１）八木天线的优点　１）提供较高的天线增益；　２）相对平板天线有较高的抗风特性；　３）比平板天线小得多；　［３】９００ＭＨｚ／１８００ＭＨｚ　ＴＤＭＡ数字蜂窝移动通信直放站技术　要求和测试方法　．ＹＤ／Ｔ１３３７—２００５，２００５，４．　【４】张威．ＧＳＭ网络优化一原理与工程【Ｍ］．人民邮电出版社，　２００３，１０．　（上接第３页）短信给主人，同时扬声器发声报警。　“撤防”功能，可以避免误报：同时系统中扬声器和软件配　合，能迅速而有效地起到报警作用；另外，借助先进稳定、　成熟高效的ＧＳＭ移动网络，使得该报警系统更具智能化和集　成化，报警方式更显直观性和可靠性：最后可针对家庭的实　际需要开发其他功能，如添加摄像头等，使系统更加完善。　总之，由于系统结构设计合理，ＳＴＭ３２单片机与ＧＳＭ模块技　术应用到位，功能电路实现较好，系统性能良好、稳定，较　好地达到了家庭防盗要求的各项指标。而且该系统成本低、　实用性和可操作性强，有着一定的应用价值，能得到广泛的　应用和发展。　【参考文献】　【１］求是科技．单片机典型模块设计实例导航［Ｍ】．北京：人民邮　电出版社．２００４．　［２】刘军．例说ＳＴＭ３２［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，　２０１１．　【３］吴晓庆．单片机控制ＧＳＭ模块通信卟内蒙古：内蒙古科技　与经济，２０１０，（３）：８７－８８．　【４１张佳一．热释电红外传感器放大电路的设计及其应用ＩＪ］．广　图７　系统程序主流程图　西：广西通信技术，２ＯｌＯ，（３）：２４—２６．　４结束语　该系统有以下特色：由于该系统设置了具有“设防”和　．２４—