一種解決長(zhǎng)隧道GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方法和手段研究

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)內(nèi)蒙古有限公司錫林郭勒分公司，錫林郭勒 026000）

一種解決長(zhǎng)隧道GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方法和手段研究

趙永鴻

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)內(nèi)蒙古有限公司錫林郭勒分公司，錫林郭勒 026000）

本文主要討論了隧道特性和解決隧道覆蓋的一般方法和手段，然后通過(guò)傳播模型的使用和校正，得出適用于隧道覆蓋的傳播模型特性，最后針對(duì)長(zhǎng)隧道給出了一個(gè)新的覆蓋解決方法和手段。并在本文最后，以一個(gè)應(yīng)用實(shí)例舉證了該理論的實(shí)際可操作性和預(yù)期效果。對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中特殊場(chǎng)景的覆蓋問(wèn)題處理和后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化具有很大的借鑒意義。

GSM系統(tǒng)；隧道覆蓋；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

近年來(lái)，高速鐵路和高速公路建設(shè)在我國(guó)各地不斷鋪開，而隧道的覆蓋也成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前常用的隧道覆蓋方式有利用隧道外基站信號(hào)進(jìn)行覆蓋、利用直放站進(jìn)行覆蓋、利用泄漏電纜進(jìn)行覆蓋等。這些建設(shè)方法有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是投資巨大，有源設(shè)備數(shù)量眾多，施工工程量大，可能的故障點(diǎn)多，設(shè)備可靠性不高，且沒(méi)有完善的維護(hù)、監(jiān)控機(jī)制。

本文首先通過(guò)對(duì)隧道特點(diǎn)的分析，得出在隧道環(huán)境下的無(wú)線傳播特點(diǎn)。然后通過(guò)傳播模型測(cè)試，對(duì)隧道內(nèi)的無(wú)線覆蓋模型進(jìn)行校正，然后得到實(shí)際符合隧道內(nèi)使用的傳播模型數(shù)據(jù)。在校正后的傳播模型上，對(duì)測(cè)試車體在無(wú)線傳播環(huán)境下進(jìn)行定量分析，得出適合在隧道環(huán)境下的相關(guān)校正參數(shù)，為下一步工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供依據(jù)。在經(jīng)過(guò)校正的傳播模型基礎(chǔ)上進(jìn)行隧道規(guī)劃和建設(shè)，能夠做到精細(xì)化規(guī)劃和優(yōu)化。

1 隧道覆蓋的主要方式

（1）利用隧道外基站信號(hào)進(jìn)行覆蓋：利用隧道外覆蓋道路的基站信號(hào)兼顧覆蓋隧道，這種方式一般只適用于200m以下的短隧道覆蓋。

（2）利用直放站進(jìn)行覆蓋：這種方式分為利用無(wú)線直放站和光纖直放站兩種；無(wú)線直放站一般建設(shè)在隧道口，通過(guò)放大隧道外信號(hào)對(duì)隧道進(jìn)行覆蓋，這種方法簡(jiǎn)便易行，但由于無(wú)線直放站功率有限，且不能級(jí)聯(lián)放大，因此也只適合于覆蓋較短的隧道。光纖直放站可通過(guò)在隧道內(nèi)建設(shè)多個(gè)直放站達(dá)到覆蓋較長(zhǎng)隧道的目的。但直放站故障率相對(duì)基站較高，且沒(méi)有完善的監(jiān)控手段，因此容易造成較長(zhǎng)時(shí)間的覆蓋中斷。

（3）利用泄漏電纜進(jìn)行覆蓋：利用在隧道內(nèi)布設(shè)泄漏電纜對(duì)隧道進(jìn)行覆蓋，這種方式信號(hào)穩(wěn)定，覆蓋效果較好，是一種成熟的隧道覆蓋方式。但需要根據(jù)隧道的長(zhǎng)度安裝較多的干線放大器，投資巨大。

對(duì)超長(zhǎng)隧道來(lái)講，第1種方案只能覆蓋隧道口很短的距離，明顯不能滿足要求。第2種光纖直放站方案可以解決問(wèn)題，根據(jù)理論計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)，需要大量的光纖直放站；第3種泄露電纜方案，投資巨大，且還需要大量干放或微蜂窩等有源設(shè)備。

2 隧道的無(wú)線傳播模型和校正

為了研究無(wú)線信道對(duì)電磁波的影響，工程中一般通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)或理論推導(dǎo)歸納出一套與無(wú)線信道相關(guān)的參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，稱為無(wú)線傳播模型。

傳播模型是移動(dòng)通信網(wǎng)小區(qū)覆蓋半徑測(cè)算的基礎(chǔ)，而小區(qū)覆蓋半徑的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)規(guī)劃布局是否合理，影響著網(wǎng)絡(luò)建成后的效果。所以，無(wú)線傳播模型是否準(zhǔn)確決定了運(yùn)營(yíng)商是否能以比較經(jīng)濟(jì)合理的投資來(lái)滿足用戶的需求。

無(wú)線信號(hào)的傳播本身包括各種反射、衍射、穿透和散射過(guò)程，在不同的傳輸介質(zhì)中，遇到不同的障礙物，會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，所以無(wú)線傳播模型與當(dāng)?shù)氐牡孛箔h(huán)境密切相關(guān)。決定某一特定地區(qū)傳播環(huán)境的主要因素有自然地形（高山、丘陵、平原、水域等），人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特征，該地區(qū)的植被特征和車流人流量、大氣、天氣狀況。

由于各種的無(wú)線傳播環(huán)境千差萬(wàn)別，如果僅僅根據(jù)默認(rèn)的參數(shù)或者經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，而無(wú)視各地實(shí)際的地形、地貌、建筑物和植被等對(duì)參數(shù)的影響，會(huì)導(dǎo)致所采用的傳播模型與各地的實(shí)際不符，進(jìn)而導(dǎo)致按照該模型進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)不能符合實(shí)際，或者站點(diǎn)間距過(guò)遠(yuǎn)引起覆蓋、質(zhì)量問(wèn)題，或者站點(diǎn)過(guò)于密集造成資源浪費(fèi)和相互間干擾。隨著計(jì)算機(jī)仿真模擬在規(guī)劃設(shè)計(jì)中的普及應(yīng)用，傳播模型作為模擬仿真準(zhǔn)確的必要條件也就更加重要。為獲得符合當(dāng)?shù)靥匦缘膫鞑ツＰ?，就需要關(guān)注與傳播模型有關(guān)的各項(xiàng)傳播環(huán)境因素。

另外，無(wú)線傳播模型還受到系統(tǒng)工作頻率和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀況的影響。在相同地區(qū)，工作頻率不同，接收信號(hào)衰落狀況各異；靜止的移動(dòng)臺(tái)與高速運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)的傳播環(huán)境也大不相同。如上節(jié)所述，在用戶移動(dòng)速度不高時(shí)，移動(dòng)速度對(duì)無(wú)線鏈路性能影響不大，所以目前的傳播模型主要針對(duì)中低速移動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)；在終端高速移動(dòng)的特殊場(chǎng)景中，一般會(huì)把移動(dòng)速度帶來(lái)的無(wú)線鏈路性能惡化，通過(guò)鏈路預(yù)留余量的方式進(jìn)行彌補(bǔ)；該余量一般作為覆蓋門限要求在鏈路預(yù)算中加以考慮，傳播模型則一般不特別區(qū)分速度的影響。

無(wú)線電波在隧道中傳播時(shí)具有隧道效應(yīng)，信號(hào)傳播是墻壁反射與直射的結(jié)果，直射為主要分量。

由于無(wú)線傳播的復(fù)雜性，必須進(jìn)行傳播模型校正。傳播模型校正中，最常用的方式是CW采集模式校正，如圖1所示。

圖1 CW測(cè)試數(shù)據(jù)采集原理圖

校正后得到的直通超長(zhǎng)隧道傳播模型為

Lpath= 20lgf+30lgd-28

其中：f為頻率 (MHz)，d為距離（m）。

測(cè)試值與校正后模型預(yù)測(cè)值的距離因子標(biāo)準(zhǔn)差為2.10 dB，常數(shù)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)差為4.85 dB，該模型符合預(yù)測(cè)要求，如圖2所示。

圖2 長(zhǎng)隧道模型預(yù)測(cè)及測(cè)試偏差

3 隧道覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)

如隧道覆蓋設(shè)備為小基站，假設(shè)配置為S11，單載波功率為20 W（42.79 dBm）?？紤]到雙洞隧道的利用率與覆蓋效果，在一側(cè)的隧道架設(shè)S11基站一個(gè)，在另一側(cè)的隧道用饋線將功分出的信號(hào)分別引入另一個(gè)隧道(二功分器損耗3 dB)。采用4副18 dBi定向天線，采用7/8饋線（每100 m 4 dB的損耗）長(zhǎng)度為50 m（饋線損耗2 dB），跳線損耗為2 dB，由此可計(jì)算出天線輸出

功率為

其中，Pout：輸出功率42.79 dBm；Ldiplex(d)： 二功分器損耗；Lcable(d)：饋線損耗；Ljumper：跳線損耗2 dB；Gant：天線增益18 dBi。

根據(jù)隧道傳播損耗的修正模型：

通常車體損耗為10 dB，若要求下行接收電平不低于-85 dBm，則可以計(jì)算出理論的覆蓋距離為

53.79 -31.08-30lgD-10≥-85，即D≤1 807 m

若要求下行接受電平不低于-90 dBm，則可以計(jì)算出理論的最大覆蓋距離為

53.79 -31.08-30lgD-10≥-90，即D≤2 653 m

若要求下行接受電平不低于-94 dBm，則可以計(jì)算出理論的最大覆蓋距離為53.79-31.08-30lgD-10≥-94，即D≤3 606 m D是單根天線在一個(gè)方向的覆蓋范圍。在兩個(gè)方向上覆蓋距離為7 212 m。

以18 km長(zhǎng)的超長(zhǎng)隧道為例，如果在隧道內(nèi)發(fā)生事故，極易造成非常嚴(yán)重的后果。因此長(zhǎng)隧道都會(huì)有完善的監(jiān)控和防火、行車控制、事故處理等機(jī)制。同時(shí)也要求隧道內(nèi)有穩(wěn)定、可靠的無(wú)線覆蓋。因此為了便于監(jiān)控與維護(hù)，降低設(shè)備的故障率。可以采用在隧道內(nèi)建設(shè)小基站的方式對(duì)隧道進(jìn)行覆蓋。

方案示例如圖3所示。

（1）根據(jù)隧道的具體情況，可在隧道內(nèi)從南口開始在3 km、8 km、12 km、16 km處，各建設(shè)1個(gè)小基站，設(shè)備安裝在連通上下行隧道之間的應(yīng)急行車通道內(nèi)，共建設(shè)4個(gè)小基站。

圖3 長(zhǎng)隧道覆蓋實(shí)例

（2）每個(gè)小基站按S11配置，每個(gè)小區(qū)使用二功分器，分出兩路信號(hào)分別引至兩個(gè)隧道，各接一副18 dBi高增益天線，共同解決隧道覆蓋問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)越來(lái)越多，尤其內(nèi)蒙地區(qū)的地形復(fù)雜，鐵路和高速的隧道也越來(lái)越多。隧道覆蓋將成為影響網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要方面。本文根據(jù)理論計(jì)算得到結(jié)論，利用小基站對(duì)特長(zhǎng)隧道進(jìn)行覆蓋是完全可行的。

特長(zhǎng)公路隧道覆蓋的研究，實(shí)踐了利用基站覆蓋特長(zhǎng)隧道的方式，證明這種覆蓋方式是一種較好的兼顧信號(hào)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)投資以及設(shè)備維護(hù)和故障處理等方面的選擇，并且投入較少，覆蓋效果最優(yōu)。同時(shí)，在隧道覆蓋的建設(shè)中也能積累大量的隧道覆蓋經(jīng)驗(yàn)，為以后的隧道覆蓋提供了一個(gè)良好的范例，在建立優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，也能節(jié)省大量的投資，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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國(guó)網(wǎng)必須將廣電網(wǎng)絡(luò)意識(shí)與互聯(lián)網(wǎng)思維有機(jī)結(jié)合，使廣播電視網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)化、移動(dòng)化。然而這些應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的高要求，將對(duì)國(guó)網(wǎng)提出新的挑戰(zhàn)，國(guó)網(wǎng)必須在已有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上快速部署優(yōu)化新的分支，并且提升網(wǎng)絡(luò)帶寬以支持新興應(yīng)用，新的部署將帶來(lái)新一輪的設(shè)備競(jìng)賽。光纖熔接機(jī)的品質(zhì)無(wú)形中也影響著數(shù)據(jù)傳輸效果，不良的光纖接續(xù)會(huì)導(dǎo)致傳輸信號(hào)的抖動(dòng)和數(shù)據(jù)接收的時(shí)延，將損耗降到最低同樣是國(guó)網(wǎng)的目標(biāo)。如果說(shuō)國(guó)網(wǎng)要著力于網(wǎng)絡(luò)融合，推進(jìn)有線、無(wú)線、衛(wèi)星傳輸網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通和智能全程覆蓋，強(qiáng)化廣播電視網(wǎng)絡(luò)與電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)互聯(lián)互通建設(shè)，那么加大對(duì)光纖傳輸線路和光纖接續(xù)技術(shù)的投入勢(shì)在必行。作為全球領(lǐng)先的光纖熔接機(jī)專家，易諾儀器在其他運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)取得巨大成功，值得國(guó)網(wǎng)借鑒。

在國(guó)網(wǎng)面臨大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時(shí)，如何處理與電信企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，探索長(zhǎng)久的合作模式，將是關(guān)乎廣電國(guó)網(wǎng)公司生存發(fā)展的關(guān)鍵。而從技術(shù)落地角度，采用華為的先進(jìn)傳輸設(shè)備、借鑒中國(guó)電信成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、引進(jìn)易諾儀器全能高效的光纖熔接技術(shù)、布放康寧優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的光纖光纜，或許都將是國(guó)網(wǎng)沖破瓶頸的最佳選擇。

諾基亞通信為中國(guó)移動(dòng)提供高質(zhì)量的TD-LTE 部署

在中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)最新的全國(guó)TD-LTE質(zhì)量通報(bào)中，由諾基亞通信提供商用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的省會(huì)城市福州，連續(xù)兩個(gè)月位列集團(tuán)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和建設(shè)評(píng)估前茅。中國(guó)移動(dòng)在中國(guó)主要省份和省會(huì)城市開展了嚴(yán)格的LTE部署評(píng)估計(jì)劃。在前十大省會(huì)城市的評(píng)估中，諾基亞通信提供了出色的網(wǎng)絡(luò)性能和快速的網(wǎng)絡(luò)實(shí)施。諾基亞通信大中華區(qū)副總裁薛瑞表示：“中國(guó)移動(dòng)得評(píng)估報(bào)告證明諾基亞通信部署的商用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量一流。我們很榮幸能夠?yàn)橹袊?guó)移動(dòng)提供可以信賴的TDLTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量以實(shí)現(xiàn)卓越的客戶體驗(yàn)，并將繼續(xù)憑借無(wú)縫部署支持中國(guó)移動(dòng)快速推出4G服務(wù)?！?/p>

One method of long-tunnel coverage solution of GSM system

ZHAO Yong-hong
(China Mobile Group Inner Mongolia Co., Ltd. Xilingol Branch, Xilingol 026000, China)

This paper mainly introduces the tunnel coverage general method in GSM system and then brings out one new method about long-tunnel coverage under propagation model regulation. The new application theory in this paper is applied base on the analysis and contracts of tunnel coverage deal method. And the methods used in this paper are based on MCC network practice, and the scenario will give some practically references in GSM network optimization and design.

GSM system; tunnel coverage; network optimization

TN929.5

A

1008-5599（2014）08-0037-04

2014-06-26

趙永鴻：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)內(nèi)蒙古有限公司錫林郭勒分公司副總經(jīng)理，長(zhǎng)期從事市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)技術(shù)管理與市場(chǎng)營(yíng)銷指導(dǎo)等工作。