無源中繼器在地下通信的應(yīng)用探索

楊衛(wèi)華,萬國華

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北 石家莊 050081;2.中國聯(lián)通河北分公司市場部,河北 石家莊 050021）

0 引言

分析現(xiàn)在地鐵中使用的泄漏電纜系統(tǒng)損耗參數(shù),發(fā)現(xiàn)漏泄電纜的系統(tǒng)損耗中耦合損耗占了大部分,而且它與傳輸距離無關(guān)。當(dāng)傳輸距離一定長后,雖然漏纜內(nèi)部的信號電平還足夠強(qiáng),但由于耦合損耗的存在,使得泄漏到空間的信號電平已經(jīng)降低到可用值以下,浪費(fèi)了很多信號功率。一種理想的漏纜方案應(yīng)該是隨離開信號饋入端距離的增加,漏纜的耦合損耗相應(yīng)變小,這樣就能充分利用信號電平,延伸漏纜的覆蓋距離。由于受制造工藝的限制,目前還難于作到這一點(diǎn),為了達(dá)到一定的覆蓋范圍要求,必須插入有源中繼器把電平提升到一定的高度才能延長覆蓋距離。

如果用一種新的輻射系統(tǒng)來代替泄漏電纜的耦合系統(tǒng),這種輻射系統(tǒng)的輻射損耗要比泄漏電纜的耦合損耗小,那就可以在不使用有源中繼器的情況下覆蓋給定的要求,這個(gè)替代泄漏電纜耦合系統(tǒng)的輻射系統(tǒng)就是無源中繼器。

無源中繼器（Passive Repeater Site）,采用多重分集接收及調(diào)相技術(shù);理論計(jì)算與實(shí)測數(shù)據(jù)證明:在地下（包括礦井、地鐵隧道等）通信中,在一定條件下可以用無源中繼器替代漏泄電纜進(jìn)行弱場區(qū)場強(qiáng)覆蓋。

1 無源中繼器技術(shù)

在非行車狀態(tài),延伸中繼覆蓋范圍不存在什么問題,關(guān)鍵是要能在地鐵隧道處在行車狀態(tài)下延伸覆蓋范圍。因?yàn)樗淼捞幱谛熊嚑顟B(tài),即堵車狀態(tài)時(shí),橫截面面積大大變小,這時(shí)傳輸損耗大大增加,無源中繼器基于電波在隧道中傳播特性及自身的多重分集接收及調(diào)相技術(shù),充分利用堵車時(shí)的橫截面積,從而減少堵車時(shí)的傳輸損耗,實(shí)現(xiàn)對隧道無線場強(qiáng)的覆蓋。

1.1 技術(shù)指標(biāo)

WZ-1無源中繼器主要技術(shù)指標(biāo):

①工作頻段:150/450/800/900/1800MHz;

②部件傳輸損耗:小于2dB;

③占寬系數(shù):不大于25mm;

④重量:不大于5kg（平板激勵器重量與頻段有關(guān),450MHz時(shí)為小于500g）;

⑤使用環(huán)境條件:溫度:-10～+60℃,濕度:90%（+20℃）。

1.2 工作流程

無源中繼器由分路合路器、移相器、平板激勵器等部件組成。它依據(jù)堵車時(shí)隧道中波導(dǎo)型波傳輸系數(shù)與隧道橫截面大小的關(guān)系,在隧道和機(jī)車上同時(shí)安裝無源中繼器,能有效利用隧道的有效空間。從而實(shí)現(xiàn)電波在地下空間中具有最小的傳輸損耗,達(dá)到在隧道中通信的目的。無源中繼器的工作流程如圖1所示。

圖1 無源中繼器的工作流程圖

當(dāng)通信設(shè)備發(fā)信機(jī)工作時(shí),信號經(jīng)低損耗電纜A送到分路合路器F,利用分路功能將信號分成3路,一路信號直接輸入平板激勵器P3;另2路信號通過移相器Y1、Y2后分別輸入平板激勵器P4、P5;此時(shí),由平板激勵器P3、P4、P5在隧道的左右和上部空間激勵出電磁波,而這些波在這3個(gè)空間各自沿著自己的方向反射前進(jìn);完成對隧道空間的場強(qiáng)覆蓋。

2 測試技術(shù)及測試數(shù)據(jù)

從無源中繼器輸入接口通過一根2dB衰減電纜（模擬從漏纜分路器到中繼器的電纜衰減）連接到信號源輸出接口,信號源提供測試信號,用場強(qiáng)計(jì)分別測量避車線不同地點(diǎn)的場強(qiáng)。如圖2所示。

圖2 測試技術(shù)示意圖

2.1 測試技術(shù)

采用單端WZ-1無源中繼器發(fā)射,發(fā)射頻率分別設(shè)置在816～821MHz和861～866MHz之間的2個(gè)點(diǎn),測試WZ-1無源中繼器單側(cè)方向避車線場強(qiáng)分布,最后推斷2端同時(shí)發(fā)射的整個(gè)避車線實(shí)際場強(qiáng)分布特性。具體測試設(shè)備是:

信號源輸出功率:+10dBm;

測試頻率:818MHz和862MHz;

調(diào)制信號頻率:1kHz;

信號源型號:HP8648C 1臺;

場強(qiáng)計(jì):1臺。

2.2 測試數(shù)據(jù)

測試人員攜帶場強(qiáng)儀沿?zé)o源中繼器信號覆蓋方向?qū)ζ溥M(jìn)行測試,先將場強(qiáng)計(jì)計(jì)量單位設(shè)置為dBμV,每到固定點(diǎn)進(jìn)行記錄,然后,將輸入功率由+10dBm轉(zhuǎn)換成最小值0dBm,將場強(qiáng)計(jì)測試數(shù)據(jù)的計(jì)量單位dBμV轉(zhuǎn)換成dBm,實(shí)測數(shù)據(jù)整理后如表1所示。

表1 實(shí)測場強(qiáng)數(shù)據(jù)

根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)測場強(qiáng)（dBm）分布特性,如圖3所示。

圖3 實(shí)測場強(qiáng)（dBm）分布特性

3 場強(qiáng)分布特性分析

上述測試數(shù)據(jù)為單個(gè)無源中繼器單向的測試數(shù)據(jù)。在實(shí)際使用時(shí),在300多m的避車線上裝有2套WZ-1無源中繼器,其相互距離為237.5m,由于WZ-1無源中繼器是雙向傳輸,二者之間的區(qū)域的場強(qiáng)分布是相互疊加的。由表1數(shù)據(jù)推算,雙向無源中繼器場強(qiáng)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 雙無源中繼器計(jì)算數(shù)據(jù)

根據(jù)表2數(shù)據(jù)得出在輸入功率為+10dBm和0dBm下整個(gè)避車線場強(qiáng)分布特性如圖4所示。

圖4 場強(qiáng)分布特性

4 結(jié)束語

根據(jù)深圳地鐵無線場強(qiáng)值大于-85dBm的技術(shù)要求,在避車線上安裝中WZ-1無源中繼器后,場強(qiáng)值均在-75dBm以上,有效場強(qiáng)覆蓋距離為460m,場強(qiáng)值高于用戶要求10dBm。由此可見,WZ-1無源中繼器完全滿足深圳地鐵避車線場強(qiáng)覆蓋技術(shù)要求。

試驗(yàn)證明,在一定條件下使用無源中繼器替代漏泄電纜實(shí)現(xiàn)地下無線通信系統(tǒng)場強(qiáng)覆蓋符合中國國情,并且它還具有無源工作、成本低、投資少、電路結(jié)構(gòu)簡單、制造生產(chǎn)容易、性能穩(wěn)定、便于安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),特別適用于地鐵、礦井、地下指揮場所、人防工程等地下大面積空間等場合的使用,有較好的實(shí)用與推廣價(jià)值。但由于只是在地鐵避車線試驗(yàn)段進(jìn)行安裝試驗(yàn),無源中繼器的真正價(jià)值還有待于今后更多的實(shí)踐證明。

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