隧道LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析

卜振釗 張鵬 趙云峰 劉永平 王祎 李滿杰 張敏慧 梁春花

【摘要】 由于隧道結(jié)構(gòu)特殊以及存在活塞相應(yīng)等原因，隧道無(wú)線網(wǎng)絡(luò)勘察、規(guī)劃和設(shè)計(jì)不同于一般的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，特別是隧道LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)更是室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文總結(jié)我公司在隧道無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)方面十余年的經(jīng)驗(yàn)，希望可以為從事相關(guān)領(lǐng)域工作方面的工作的人員提供一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】 隧道 活塞效應(yīng) 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng) LTE

目前，各家運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)針對(duì)高速公路、高速鐵路、重要道路、重要鐵路等道路和鐵路開展LTE室外廣覆蓋；在不久的未來(lái)，這些道路、鐵路、地鐵的LTE深度覆蓋問題將凸顯出來(lái)；隧道LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)將是LTE深度覆蓋的重中之重。

一、勘察

1.1隧道模型

隧道模型歸納分為兩大類：一類是窄隧道模型，包括單線鐵路、地鐵隧道，這類隧道車輛距離隧道兩側(cè)或頂部較近；另一類是寬隧道模型，包括復(fù)線鐵路、公路隧道、人行隧道、礦山巷道，這類隧道車輛或者行人距離隧道兩側(cè)或頂部較遠(yuǎn)。

1.2機(jī)房勘察

隧道機(jī)房勘察與普通宏蜂窩或者微蜂窩勘察基本相同，但如果機(jī)房位于地下或者山體中，需要特別注意機(jī)房的防水、濕度等環(huán)境因素。

1.3隧道勘察

1、隧道構(gòu)造核查：主要內(nèi)容包括隧道長(zhǎng)度、隧道寬度、隧道結(jié)構(gòu)（金屬結(jié)構(gòu)還是混凝土結(jié)構(gòu)）。

2、天線和泄漏電纜安裝位置核查：主要核查天線和泄漏電纜可以安裝的位置，應(yīng)確保無(wú)強(qiáng)電、強(qiáng)磁和其它通信系統(tǒng)的干擾。

3、有源設(shè)備安裝位置核查：確定設(shè)備安裝位置，安裝位置應(yīng)便于施工、調(diào)測(cè)、維護(hù)需要以及運(yùn)行的安全性；確保無(wú)強(qiáng)電、強(qiáng)磁和強(qiáng)腐蝕性設(shè)備的干擾以及符合防水、濕度的要求。

4、主干路由核查：主要核查機(jī)房與RRU等有源設(shè)備和RRU等有源設(shè)備之間的路由。

5、電力系統(tǒng)核查：主要核查電力系統(tǒng)的位置、容量，有源設(shè)備引電的路由等。

二、規(guī)劃

2.1信源選擇

隧道無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)的信源常用方式主要有三種：宏蜂窩+relay（直放站）、微蜂窩（分布基站）、微蜂窩（分布基站）+直放站。

2.2分布系統(tǒng)選擇

隧道無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)的分布方式主要有同軸電纜分布方式和泄漏電纜分布方式。

1、同軸電纜分布方式

采用同軸電纜分布方式進(jìn)行覆蓋是室內(nèi)覆蓋常用的方式，這種覆蓋方案設(shè)計(jì)比較靈活、價(jià)格相對(duì)要低些、安裝較為方便。同軸電纜的饋線衰減較小，天線的增益的選擇主要是取決于安裝條件的限制，在條件許可時(shí)，可選用增益相對(duì)高些的天線，覆蓋范圍會(huì)更大。

2、泄漏電纜分布方式

泄漏電纜像連續(xù)的橫向天線，因此它提供的覆蓋基本取決于它的路由。它是在同軸電纜上開有許多小窗，讓信號(hào)輻射出來(lái)對(duì)近處進(jìn)行覆蓋。

三、設(shè)計(jì)

3.1隧道分布系統(tǒng)改造類方案的設(shè)計(jì)

目前大部分隧道已經(jīng)完成2G或者3G的覆蓋，LTE隧道無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)最快捷、最節(jié)約成本的方式就是將LTE信號(hào)饋入原有分布系統(tǒng)。但是由于LTE頻段較高，衰減損耗較大，需要對(duì)原有分布系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1、天線系統(tǒng)的改造

天線工作頻率范圍建議要求為800～2500MHz。若原天線位置或密度不合理，則需進(jìn)行改造，增加或調(diào)整天線布放點(diǎn)，保證TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

2、泄漏電纜的改造

若原泄漏電纜支持LTE頻段，但是滿足覆蓋要求，可以增加斷點(diǎn)，使?jié)M足覆蓋。若原泄漏電纜不支持LTE頻段，需要更換覆蓋要求型號(hào)的泄漏電纜，工作頻率范圍建議要求建議要求為800～2500MHz。

3、同軸電纜的改造

原有分布系統(tǒng)平層饋線中長(zhǎng)度超過50m的1/2饋線均需更換為7/8饋線；主干饋線中長(zhǎng)度超過30m的1/2饋線均需更換為7/8饋線。

4、無(wú)源器件的改造

根據(jù)工作頻率范圍、駐波比、損耗需求選取合適的功分器、耦合器等，要求工作頻率范圍建議要求為800～2500MHz。

5、合路方式的改造

主要有兩種方式，第一種更換原有合路器，采用符合要求的合路器或者采用POI，如采用POI，應(yīng)為共享共建預(yù)留端口。第二種為在原有合路器后邊再增加一級(jí)合路器。

3.2新建短隧道分布系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

這里定義長(zhǎng)度在400米以下的隧道為短隧道。

1、短窄隧道分布系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)、窄短隧道先通過模擬模擬測(cè)試，測(cè)試同軸電纜分布方式是否存在活塞效應(yīng)。如存在活塞效應(yīng)，通過鏈路預(yù)算和模擬測(cè)試確定泄漏電纜的規(guī)格，采用圖3所示的覆蓋方式；如不存在活塞效應(yīng)，通過鏈路預(yù)算和模擬測(cè)試確定天線覆蓋距離，采用圖1、圖2、圖3所示的覆蓋方式。

定向天線、全向天線和泄漏電纜覆蓋方式的區(qū)別主要區(qū)別是：

2、短寬隧道分布系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。短寬隧道基本上不會(huì)要到活塞效應(yīng)，或者活塞效應(yīng)不明顯。故設(shè)計(jì)短寬隧道分布系統(tǒng)的時(shí)候，基于控制投資，選擇同軸電纜分布方式；基于覆蓋效果，選擇泄漏電纜分布方式。其它方面的要求和短窄隧道分布系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)的要求相同。

3.3新建長(zhǎng)隧道分布系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

這里定義長(zhǎng)度在400米以上的隧道為長(zhǎng)隧道。

1、長(zhǎng)窄隧道分布系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

長(zhǎng)窄隧道考慮覆蓋效果，基本上采用泄漏電纜分布方式。方案設(shè)計(jì)時(shí)，特別注意泄漏電纜規(guī)格的選取和斷點(diǎn)位置的選擇。一般情況下，選擇斷點(diǎn)間隔在800-1000米，泄漏電纜規(guī)格選擇采用E頻段或者更高頻段能夠滿足覆蓋為宜。但最合理泄漏電纜規(guī)格和斷點(diǎn)位置的選擇，還需要根據(jù)隧道的長(zhǎng)度和有源設(shè)備可以安裝的位置綜合確定。其它方面的要求和短窄隧道分布系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)的要求相同。

2、長(zhǎng)寬隧道分布系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

長(zhǎng)寬隧道考慮覆蓋效果，可以采用采用泄漏電纜分布方式，泄漏電纜規(guī)格和斷點(diǎn)位置和長(zhǎng)窄隧道基本相同；考慮投資，可以采用同軸電纜分布方式。其它方面的要求和短窄隧道分布系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)的要求相同。

四、注意事項(xiàng)

4.1活塞效應(yīng)

隧道無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)的活塞效應(yīng)（Piston Effect）指在隧道中高速運(yùn)行的列車，會(huì)帶動(dòng)隧道中天線發(fā)射的無(wú)線電波產(chǎn)生高速流動(dòng)，類似汽缸內(nèi)活塞壓縮氣體的現(xiàn)象。

活塞效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效果，列車運(yùn)行速度越快，天線與列車距離越近，活塞相應(yīng)越明顯；克服活塞效應(yīng)最好的辦法是隧道無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)采用泄漏電纜分布方式。

4.2互調(diào)干擾

目前，已經(jīng)查明嚴(yán)重的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)的互調(diào)干擾是GSM900M下行二次諧波對(duì)F頻段的干擾。具體情況是：

GSM900M下行：930MHz-960MHz，其二次諧波：1860MHz-1920MHz，F(xiàn)頻段：1880MHz-1920MHz，故GSM900M下行二次諧波會(huì)干擾F頻段。

有兩種解決辦法，第一種，GSM900M下行采用930MHz-940MHz之間的頻點(diǎn)；第二種，采用F頻段的TDSCDMA或者TD-LTE避免和GSM900M下行共用分布系統(tǒng)。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文只是粗淺的介紹了一下關(guān)于隧道LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃和設(shè)計(jì)的方面的要點(diǎn)，實(shí)際規(guī)劃和設(shè)計(jì)還需要結(jié)合隧道實(shí)際情況。

另外，隧道分布系統(tǒng)一般是多運(yùn)營(yíng)商共用分布系統(tǒng)，故干擾問題會(huì)非常突出，需要特別關(guān)注一下干擾問題和相關(guān)系統(tǒng)之間的隔離度。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]蘇華鴻，孫儒石等.蜂窩移動(dòng)通信射頻工程[M].北京：人民郵電出版社.2005

[2]楊大成.移動(dòng)通信環(huán)境[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003

[3]張繼昌.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)教程（修訂版）[M].南京：浙江大學(xué)出版社.2006年