民用無(wú)線通信系統(tǒng)在廣州地鐵的功能與應(yīng)用

張 勛

（廣州市地下鐵道總公司，廣州 510000）

廣州地鐵采用穩(wěn)定可靠的無(wú)線通信系統(tǒng)，為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供移動(dòng)通信信號(hào)在站廳、站臺(tái)、地鐵商業(yè)街和區(qū)間隧道等公共活動(dòng)區(qū)域的覆蓋，并連同移動(dòng)通信上層網(wǎng)絡(luò)為手機(jī)用戶提供無(wú)縫隙、無(wú)障礙、高質(zhì)量的服務(wù)，保證乘客在享受地下旅行的同時(shí)，擁有優(yōu)質(zhì)的通話質(zhì)量，令其旅程實(shí)現(xiàn)真正的暢通無(wú)阻。本文將對(duì)廣州地鐵民用通信系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1 系統(tǒng)工作方式

（1）各運(yùn)營(yíng)商將基站收發(fā)信機(jī)（BTS）接引至沿地鐵線路的各車站民用通信機(jī)房，且規(guī)劃好各車站內(nèi)基站之間、各車站內(nèi)基站與地面基站之間的小區(qū)劃分與頻率配置。并根據(jù)業(yè)務(wù)量與覆蓋情況設(shè)置小區(qū)參數(shù)。

（2）本系統(tǒng)設(shè)于各站內(nèi)民用機(jī)房的寬帶合路平臺(tái)（POI），與各運(yùn)營(yíng)商BTS射頻接口耦合聯(lián)接。

（3）下行POI對(duì)各運(yùn)營(yíng)商基站發(fā)射端下行信號(hào)進(jìn)行合路后，由寬帶分路器分配到隧道泄漏同軸電纜（LCX）和站廳天饋，通過(guò)空中耦合送達(dá)移動(dòng)接收端。從隧道LCX和站廳天饋傳送來(lái)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的上行信號(hào)，由寬帶合路器合路后，通過(guò)上行POI分路后送到各運(yùn)營(yíng)商基站上行信號(hào)接收端。從而完成上、下行鏈路信號(hào)的傳送。

（4）移動(dòng)用戶在地鐵列車內(nèi)沿隧道線路運(yùn)動(dòng)時(shí)，相鄰基站的射頻信號(hào)在LCX形成梯度分布，在區(qū)間中點(diǎn)附近，LCX的兩側(cè)信號(hào)形成交疊區(qū)。當(dāng)列車通過(guò)這一區(qū)域時(shí)，近端站的信號(hào)逐漸變強(qiáng)，遠(yuǎn)端站的信號(hào)逐漸變?nèi)?，順利?shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)的小區(qū)平滑切換。同理，在站廳出入口及換乘站處，亦可完成類似的切換。

2 寬帶傳輸

2.1 傳輸頻段

系統(tǒng)支持800 MHz和900 MHz兩個(gè)頻段，且在LCX、射頻同軸電纜（DCX）和其他無(wú)源器材支持下可達(dá)到2 400 MHz。擴(kuò)展后系統(tǒng)提供對(duì)800～2 400 MHz頻段內(nèi)多種移動(dòng)通信制式的支持。

2.2 傳輸鏈路

系統(tǒng)上、下行傳輸鏈路獨(dú)立分開(kāi)設(shè)置，提供兩個(gè)獨(dú)立的寬帶傳輸通道，對(duì)應(yīng)移動(dòng)雙工通信的上行及下行信號(hào)，以減少相互之間的干擾。島式站臺(tái)接隧道采用漏泄同軸電纜方式覆蓋，側(cè)式站臺(tái)及站廳等處采用天線方式覆蓋。采用帶寬為800～2 400 MHz的低損耗同軸電纜和漏泄電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸覆蓋。

2.3 傳輸接口

系統(tǒng)提供對(duì)各運(yùn)營(yíng)商基站設(shè)備的POI固定連接接口，以及對(duì)移動(dòng)臺(tái)LCX及天線空中鏈路接口。其中POI由單個(gè)的上行和下行POI構(gòu)成，POI相應(yīng)的接口支持移動(dòng)、聯(lián)通和電信制式：中國(guó)移動(dòng)GSM全帶寬、中國(guó)聯(lián)通GSM全帶寬、CDMA2000 1x全帶寬、第三代移動(dòng)通信頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）方式主要工作頻段，以及第三代移動(dòng)通信FDD和TDD方式補(bǔ)充和擴(kuò)展工作頻段。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

地鐵民用通信無(wú)線傳輸系統(tǒng)由天線分布子系統(tǒng)、泄漏電纜分布子系統(tǒng)、光直放站子系統(tǒng)及監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成。從信號(hào)的傳輸鏈路上看，可分為無(wú)中繼傳輸部分（簡(jiǎn)稱無(wú)源部分）及中繼傳輸部分（簡(jiǎn)稱有源部分）。這兩部分又分為上行及下行鏈路，是無(wú)線傳輸系統(tǒng)的主要構(gòu)成。

3.1 無(wú)源部分工作原理

無(wú)源部分由POI、寬帶分/合路器、耦合器、DCX、LCX和天線等構(gòu)成。

各運(yùn)營(yíng)商下行射頻信號(hào)接至POI相應(yīng)端口，通過(guò)POI濾波器濾除各運(yùn)營(yíng)商射頻信號(hào)之間的干擾信號(hào)，并完成信號(hào)合路。合路信號(hào)由寬帶分路器分配到不同的傳輸方向，如隧道LCX、站廳天線。站臺(tái)及隧道一般由LCX進(jìn)行信號(hào)的傳輸及輻射覆蓋。站廳及進(jìn)出口通道、商業(yè)街等一般由天線進(jìn)行信號(hào)輻射覆蓋。從寬帶分路器至天線、LCX之間的信號(hào)傳輸由DCX完成，信號(hào)經(jīng)覆蓋網(wǎng)絡(luò)到達(dá)手機(jī)用戶終端。

根據(jù)互易性原理，用戶手機(jī)發(fā)射信號(hào)的上行鏈路，亦通過(guò)LCX、天線、DCX等分布網(wǎng)絡(luò)支路匯至寬帶合路器。寬帶合路器將手機(jī)的上行信號(hào)輸入POI，由其完成濾波、分路，最終各運(yùn)營(yíng)商不同制式的手機(jī)上行信號(hào)分別被送至相應(yīng)基站BTS上行端口。

3.2 有源部分工作原理

（1）中繼器的設(shè)置及選擇考慮因素

中繼器的設(shè)置應(yīng)以需延長(zhǎng)覆蓋的范圍來(lái)確定，地鐵中繼區(qū)間的覆蓋最終仍由無(wú)源部分的LCX完成，因此LCX的傳輸特性和耦合輻射特性是影響中繼覆蓋指標(biāo)的主要因素之一。另一主要因素是中繼器的信號(hào)放大能力，即放大器的增益及功率輸出電平。功率放大器在放大信號(hào)的同時(shí)，亦產(chǎn)生相應(yīng)的諧波信號(hào)、雜散帶外輻射信號(hào)。在多信號(hào)放大時(shí)，由于放大器的非線性特性還產(chǎn)生互調(diào)信號(hào)。這些有用信號(hào)之外的信號(hào)可能會(huì)干擾本頻段及相鄰頻段的有用信號(hào)，造成信號(hào)的阻塞、失真。對(duì)這些無(wú)用信號(hào)（主要是互調(diào)信號(hào)）需加以控制和濾除。而對(duì)無(wú)用信號(hào)的抑制，又限制了放大器的增益及輸入電平，或者說(shuō)在保證某一需要的功率電平及增益時(shí)受到了抑制，這是第三個(gè)因素。第四，由于地鐵運(yùn)營(yíng)維護(hù)特點(diǎn)及地鐵隧道的長(zhǎng)度空間環(huán)境等限制，決定了中繼器的無(wú)人值守工作狀態(tài)，這就要求其可靠性和穩(wěn)定性在一個(gè)相當(dāng)高的水平，且具有防塵、防水的功能，因此，中繼器功耗和散熱就成為另一必需加以考慮的因素。第五，對(duì)上行鏈路來(lái)說(shuō)，放大器的噪聲也限制了BTS的作用范圍。我們注意到，上述因素同時(shí)作用時(shí)具有相互制約的特點(diǎn)，對(duì)中繼器的選擇與設(shè)置須綜合考慮，采取不同的優(yōu)化線路、措施，以達(dá)到最佳的效果。

（2）上、下行鏈路的信號(hào)中繼傳輸

光直放站近端機(jī)將POI射頻合路信號(hào)由光發(fā)射機(jī)經(jīng)光纖傳輸至遠(yuǎn)端機(jī)，遠(yuǎn)端機(jī)由光接收機(jī)解調(diào)置BTS射頻合路信號(hào)并進(jìn)行濾波分路，對(duì)GSM信號(hào)和CDMA信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)放大和功率放大。放大后的信號(hào)在頻段合路器合成一路信號(hào)，由寬帶功分器分配至不同方向的LCX，用以傳輸覆蓋。一個(gè)光直放站近端機(jī)，可根據(jù)需要帶多個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)。光直放站的覆蓋補(bǔ)充了BTS利用無(wú)源部分覆蓋的不足，可以完成整個(gè)區(qū)間基站BTS至用戶手機(jī)之間的信號(hào)中繼傳輸。上行也一樣，手機(jī)信號(hào)最終輸入上行POI，經(jīng)POI處理分別送至不同的基站BTS相應(yīng)上行端口，從而完成用戶手機(jī)與基站之間的上行鏈路信號(hào)中繼傳輸。

（3）有源部分——直放站的應(yīng)用

如圖1所示，主要由光近端機(jī)、光纖、光遠(yuǎn)端機(jī)組成。光近端機(jī)和光遠(yuǎn)端機(jī)都包括射頻（RF）單元和光單元。無(wú)線信號(hào)通過(guò)POI耦合后，進(jìn)入光近端機(jī)，通過(guò)電光轉(zhuǎn)換，電信號(hào)轉(zhuǎn)為光信號(hào)，從光近端機(jī)輸入至光纖，經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)焦膺h(yuǎn)端機(jī)；光遠(yuǎn)端機(jī)把光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，進(jìn)入RF單元進(jìn)行放大，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后送入發(fā)射天線，覆蓋目標(biāo)區(qū)域。上行鏈路的工作原理一樣，手機(jī)發(fā)射的信號(hào)通過(guò)接收天線傳輸至光遠(yuǎn)端機(jī)，再傳輸至近端機(jī)，回到基站。

廣州地鐵5號(hào)線2G系統(tǒng)在引入3G系統(tǒng)后，目前4個(gè)區(qū)間的2G直放站根據(jù)未來(lái)3G直放站安裝的位置調(diào)整，就可在引入3G系統(tǒng)后保持2G直放站位置不變，如圖2所示。表1列出了各相關(guān)參數(shù)值。

表1 引入3G系統(tǒng)后各區(qū)間2G直放站位置

（4）不足與完善

目前，地鐵民用通信設(shè)計(jì)主要針對(duì)2G系統(tǒng)，雖然也預(yù)留了3G系統(tǒng)的建設(shè)余量，例如設(shè)備機(jī)房空間、POI接口、長(zhǎng)區(qū)間光纖直放站位置預(yù)留等，但是關(guān)鍵技術(shù)難題還有待解決。就目前的情況來(lái)看，2G系統(tǒng)的切換毫無(wú)問(wèn)題，但3G系統(tǒng)屬于高頻段的信號(hào)（1 800～2 400 MHz），在LCX中的傳輸衰減指標(biāo)超過(guò)2G指標(biāo)的兩倍，這樣就導(dǎo)致同一發(fā)射功率下，2G與3G信號(hào)在同一LCX中的傳輸距離相差甚遠(yuǎn)。若僅依靠調(diào)整基站發(fā)射功率使一整段區(qū)間的3G信號(hào)滿足傳輸和切換等條件，那么2G信號(hào)又會(huì)因信號(hào)過(guò)強(qiáng)而達(dá)不到切換條件，最后在即將到達(dá)車站時(shí)由于切換時(shí)間不夠而導(dǎo)致掉話。

針對(duì)這一問(wèn)題，采取以下兩個(gè)解決方案。

1）通過(guò)加衰減器單獨(dú)將隧道區(qū)間2G信號(hào)衰減到滿足適合切換的條件，注意不能減弱站廳、站臺(tái)等公共區(qū)的信號(hào)覆蓋。

2）將各基站內(nèi)部信號(hào)切換條件的門限值調(diào)大，例如由-75 dB調(diào)至-60 dB，但是一般基站可調(diào)的只有幾個(gè)差別不大的可選值，所以具體實(shí)施需跟制造商洽談。

4 結(jié)語(yǔ)

民用通信無(wú)線系統(tǒng)的穩(wěn)定與否直接影響到乘客的通話質(zhì)量，本文以現(xiàn)有線路民用通信無(wú)線系統(tǒng)為例，理論結(jié)合實(shí)際，對(duì)該系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析和介紹，也為以后新線民用通信無(wú)線系統(tǒng)的建設(shè)和完善提供參考依據(jù)。

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