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

【摘 要】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)景的覆蓋問題處理和后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化具有很大的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】GSM系統(tǒng) 隧道覆蓋 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃

隨著無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不斷完善與品質(zhì)的提升，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋、質(zhì)量提出了越來越高的要求。近年來，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)，那就是投資巨大，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，且沒有完善的維護(hù)、監(jiān)控機(jī)制。

本文首先通過對(duì)于隧道特點(diǎn)的分析，得出在隧道環(huán)境下的無線傳播特點(diǎn)。然后通過傳播模型測(cè)試測(cè)試，對(duì)隧道內(nèi)的無線覆蓋模型進(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。

一、隧道覆蓋的主要方式

隧道覆蓋主要有以下幾種方式：

（1）利用隧道外基站信號(hào)進(jìn)行覆蓋：利用覆蓋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200米以下的短隧道覆蓋。

（2）利用直放站進(jìn)行覆蓋：這種方式分為利用無線直放站和光纖直放站兩種；無線直放站一般建設(shè)在隧道口，通過放大隧道外信號(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)隧道來講，第一種方案只能覆蓋隧道口很短的距離，明顯不能滿足要求。第二種光纖直放站方案可以解決問題，根據(jù)理論計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)，約需要大量的光纖直放站；第三種泄露電纜方案，投資巨大，且還需要大量干放或微蜂窩等有源設(shè)備。

以上兩個(gè)可行的覆蓋方式有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，那就是有源設(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，且沒有完善的維護(hù)、監(jiān)控機(jī)制，因此可能造成較長(zhǎng)時(shí)間的覆蓋中斷，同時(shí)投資巨大。

二、隧道的無線傳播模型和校正

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

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)合理的投資來滿足用戶的需求。

無線信號(hào)的傳播本身包括各種反射、衍射、穿透和散射過程，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：

（1）自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）；（2）人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特征；（3）該地區(qū)的植被特征；（4）車流人流量、大氣、天氣狀況。

由于各種的無線傳播環(huán)境千差萬別，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)間距過遠(yuǎn)存在覆蓋、質(zhì)量問題，或者站點(diǎn)過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)境相關(guān)因素。

無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。

（1）根據(jù)隧道的具體情況，可在隧道內(nèi)從南口開始在3公里、8公里、12公里、16公里處，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。

（2）每個(gè)小基站按S11配置，每個(gè)小區(qū)使用二功分器，分出二路信號(hào)分別引至兩個(gè)隧道，各接一副18dBi高增益天線，共同解決隧道覆蓋問題。

隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)越來越多，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越多。隧道覆蓋將成為將來影響網(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了信號(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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