關(guān)于地鐵無線天饋子系統(tǒng)常見問題的研究

深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運營總部 何華兵

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關(guān)于地鐵無線天饋子系統(tǒng)常見問題的研究

深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運營總部 何華兵

【摘要】天饋子系統(tǒng)是實現(xiàn)無線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)空中接口鏈路的重要組成部分，直接關(guān)系到用戶使用移動終端過程中的通話質(zhì)量。本文結(jié)合地鐵無線通信系統(tǒng)設(shè)備建設(shè)、維護(hù)實踐經(jīng)驗，對地鐵無線天饋子系統(tǒng)常見問題進(jìn)行探討，以期能夠?qū)Φ罔F無線系統(tǒng)出現(xiàn)天饋故障的共性問題的解決予以參考。

【關(guān)鍵詞】地鐵；無線通信；天饋子系統(tǒng)

0　概述

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化加速，社會對城市交通運輸能力提出了更高的要求。軌道交通逐漸成為各大城市首選的交通運輸方式。在軌道交通日益蓬勃發(fā)展的同時，專用無線通信技術(shù)也隨之得到了進(jìn)一步發(fā)展。與常見的移動通信系統(tǒng)有所不同，地鐵無線系統(tǒng)由于特殊的用戶以及無線場強(qiáng)環(huán)境，對無線通訊的時效性以及天饋子系統(tǒng)提出了更高的要求。

地鐵線路主要由地下隧道和地面高架區(qū)間組成，成帶狀分布。這就要求無線覆蓋小區(qū)成帶狀分布。若使用天線對地鐵區(qū)間進(jìn)行信號覆蓋，雖然成本低，但增大無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化成本，所以地鐵專網(wǎng)無線系統(tǒng)根據(jù)實際覆蓋環(huán)境采用不同的傳輸介質(zhì)以及覆蓋方式。

本文主要對地鐵專網(wǎng)無線系統(tǒng)建設(shè)、維護(hù)過程中遇到的天饋系統(tǒng)問題進(jìn)行歸類，并結(jié)合實踐經(jīng)驗進(jìn)行討論，得出天饋子系統(tǒng)常見故障的解決方案。

1　地鐵專網(wǎng)無線天饋子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

地鐵專網(wǎng)無線系統(tǒng)天饋子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計架構(gòu)是：各車站無線基站的收發(fā)信機(jī)通過射頻分路器/合路器與雙工器相連并合成一路，其射頻信號再經(jīng)過耦合器、功分器、饋線分別將射頻信號送至站廳天線和區(qū)間漏泄同軸電纜。各個方向射頻電纜所連接的無線信號發(fā)射介質(zhì)根據(jù)地鐵不同環(huán)境也不盡相同。

在地鐵車站，專網(wǎng)無線天饋子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，從圖中可以看出各個方向射頻電纜傳輸至站廳吸頂天線以及區(qū)間漏泄同軸電纜，以形成各區(qū)域內(nèi)的無線信號覆蓋。

圖1　地鐵車站專網(wǎng)無線天饋子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在車站間相鄰隧道區(qū)間，兩車站相互延伸的漏泄同軸電纜在隧道中點附近以加射頻跳線直通、加終端負(fù)載斷開等方式形成相鄰基站越區(qū)切換的場強(qiáng)重疊區(qū)。

在車輛段或停車場區(qū)域，在地面空間，采取在區(qū)域適合的樓頂架設(shè)全向天線的方式進(jìn)行信號覆蓋；在出入線隧道區(qū)域，則和車站隧道相同，使用漏泄同軸電纜覆蓋；在運用庫區(qū)域，由于建筑物、車體阻擋致使無線信號損耗增大，則通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，按需在關(guān)鍵點加裝定向天線方式實現(xiàn)無線信號場強(qiáng)合理分布。

綜上分析可知，地鐵環(huán)境復(fù)雜多樣，這也導(dǎo)致天饋子系統(tǒng)由多種天饋覆蓋方式綜合組成。在距離長短不一的隧道區(qū)間，處于高速運行列車內(nèi)的無線終端必須快速地完成頻繁的越區(qū)切換；這對各車站天饋子系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及運營維護(hù)提出了更高的要求。

2　天饋線子系統(tǒng)常見問題與解決方法

地鐵專網(wǎng)無線天饋子系統(tǒng)因覆蓋環(huán)境不同而各有差異，所以從系統(tǒng)設(shè)計、施工安裝、設(shè)備故障以及隧道環(huán)境等多方面因素都會影響天饋子系統(tǒng)信號覆蓋質(zhì)量。另外，從圖1可以看出，天饋子系統(tǒng)由各種無源器件組成，設(shè)備節(jié)點眾多，存在潛在故障點也因此較多。下面將結(jié)合實踐經(jīng)驗，對天饋子系統(tǒng)常見的三類問題進(jìn)行分析、討論。

2.1設(shè)計引起的越區(qū)切換問題

地鐵專網(wǎng)無線通信各個小區(qū)延隧道成帶狀分布，這就要求在列車高速運行過程中實現(xiàn)平穩(wěn)、快速的越區(qū)切換。為了保證上述要求，隧道內(nèi)無線場強(qiáng)覆蓋需要滿足以下兩點參數(shù)要求：

（1）隧道無線場強(qiáng)覆蓋至少保證98%區(qū)域內(nèi)下行鏈路的每載頻信號最弱電平為-85dBm，即無線覆蓋的可通率需大于等于98%；

（2）相鄰車站隧道區(qū)間應(yīng)根據(jù)隧道距離長短形成平穩(wěn)的無線信號覆蓋重疊區(qū)。

為了實現(xiàn)平穩(wěn)的無線信號重疊區(qū)，如何設(shè)計兩方向漏纜在隧道中間的連接方式就顯得尤為重要。不同設(shè)計方式對建設(shè)成本、越區(qū)切換區(qū)域選擇以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工程量都有重要影響。相鄰漏纜連接方式主要有4種：射頻跳線直通、加負(fù)載斷開、加衰減器斷開以及交叉重疊方式。根據(jù)各地鐵建設(shè)的實際應(yīng)用，通過射頻跳線實現(xiàn)隧道區(qū)間中點的相鄰漏纜尾端聯(lián)通的方式應(yīng)用較廣（如下圖2所示），該連接方式有掉話率低、切換較平穩(wěn)、切換點信號強(qiáng)度較強(qiáng)以及工程投資較小等優(yōu)點。

圖2　射頻跳線直通的漏纜連接方式

但是，從圖2可以看出射頻跳線直通連接方式會使相鄰無線小區(qū)形成了較多的信號重疊區(qū)。這一方面使小區(qū)切換平穩(wěn)過渡，而另一方面卻使得切換點難以把控。例如：深圳地鐵2號線的海上世界至水灣633米，半?yún)^(qū)間長度為316.5米，系統(tǒng)運行后多次測試發(fā)現(xiàn)越區(qū)切換點接近站臺，并且該位置切換電平往往低于門限電平值（如T3位置）。因在列車進(jìn)出站時，司機(jī)與行調(diào)通話尤為頻繁，所以站臺位置的越區(qū)切換點將嚴(yán)重影響無線系統(tǒng)通話質(zhì)量。當(dāng)面對該類問題時，維護(hù)人員可以從以下兩種方式著手解決：

（1）統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部參數(shù)調(diào)整：采用降低信號較強(qiáng)車站基站的發(fā)射功率、調(diào)高切換門限電平RST值的方式將越區(qū)切換點調(diào)整到隧道區(qū)間中部。但是基站參數(shù)調(diào)整會影響整個無線小區(qū)信號覆蓋，可能致使其他區(qū)間信號覆蓋產(chǎn)生問題。

（2）外部鏈路衰減方法：在車站射頻機(jī)柜內(nèi)，對較強(qiáng)信號的漏纜前端（功分器輸出端）增加合適dB 值得衰減器，以減少相應(yīng)隧道區(qū)間的本站信號覆蓋強(qiáng)度，從而將切換點成功的平移至隧道中間位置。

2.2傳輸損耗過大問題

當(dāng)司機(jī)反映某隧道區(qū)域無線通話存在掉話情況，維護(hù)人員通過場強(qiáng)儀測試會發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域無線場強(qiáng)相對系統(tǒng)驗收時發(fā)了變化，其值往往低于設(shè)計最低要求（-85dBm）。從此類故障現(xiàn)象分析可知，基站收發(fā)信機(jī)輸出功率正常，故障點可能位于對應(yīng)方向的漏纜、漏纜接頭以及射頻跳線等傳輸介質(zhì)及連接器件。

針對上述分析，維護(hù)人員可在端口有源信號輸出后，采用天饋線測試儀對漏纜及連接器件進(jìn)行駐波比測試以及故障定位。駐波比是天饋子系統(tǒng)硬件狀態(tài)檢測非常重要的一項指標(biāo)，它是指傳播介質(zhì)入射波和反射波在空間內(nèi)疊加所承受的最大電壓值與最小電壓值比值的絕對值。地鐵專網(wǎng)無線通信系統(tǒng)駐波比標(biāo)準(zhǔn)是小于等于1.5，在該范圍內(nèi)的傳輸介質(zhì)滿足系統(tǒng)對相應(yīng)介質(zhì)傳輸損耗的要求。

下面列舉深圳地鐵某線路專網(wǎng)無線系統(tǒng)B車站天饋子系統(tǒng)發(fā)生的類似故障的處理過程（如表1所示），以更加詳細(xì)闡述天饋子系統(tǒng)傳輸損耗過大問題的解決方法。

表1　深圳地鐵某線路B車站天饋系統(tǒng)故障舉例

當(dāng)發(fā)生類似該故障時，首先根據(jù)故障現(xiàn)象初步判斷故障點；然后斷開基站等有源設(shè)備的信號源，使用天饋線測試儀測試該處漏纜或者射頻跳線等設(shè)備的駐波比（標(biāo)準(zhǔn)值：≤1.5），并進(jìn)行故障定位；最后利用故障定位點，對線纜設(shè)備進(jìn)行排查。根據(jù)維護(hù)經(jīng)驗，引起漏纜、射頻纜等設(shè)備傳輸損耗增大的原因很多，常見的有：接頭制作不規(guī)范、接頭松脫、線纜布線彎曲過?。├|彎曲半徑不得小于2m）、安裝施工導(dǎo)致線路過度彎折以及外界環(huán)境滲水等。

2.3無源器件自身老化問題

除漏纜、射頻電纜以外，地鐵專網(wǎng)無線系統(tǒng)天饋子系統(tǒng)還包含雙工器、耦合器、功分器以及避雷器等無源器件設(shè)備。無源器件在設(shè)備不間斷、長期運行過程中會逐漸老化，導(dǎo)致駐波比、功率損耗、插損等指標(biāo)惡化，從而嚴(yán)重影響專網(wǎng)無線系統(tǒng)信號覆蓋質(zhì)量。

對于此類故障分析，首先采用場強(qiáng)測試儀或工程測試手機(jī)在覆蓋區(qū)域內(nèi)測試場強(qiáng)以初步判定故障區(qū)域范圍。在確定基站輸出功率正常時，可分以下兩種情況進(jìn)行測試、故障判斷：

（1）全部區(qū)域存在信號覆蓋問題：可初步判斷故障點位于無源器件，采用無線綜合測試儀、頻譜儀或者功率計從雙工器開始，依次測量各個無源器件輸出信號功率，快速確定故障或連接口接錯誤的設(shè)備；

（2）部分區(qū)域信號覆蓋問題：斷開信號源，采用天饋線測試儀測量駐波比并故障定位，確定故障位于無源器件，在通過天饋線測試儀檢測天饋線系統(tǒng)中各個無源器件的駐波比，從而確定故障設(shè)備。

綜合上述討論、分析，維護(hù)人員確認(rèn)基站、光纖直放站等有源設(shè)備輸出信號功率正常后，初步判斷為天饋子系統(tǒng)故障，那么具體處理流程可參考如圖3所示。

圖3　無線天饋子系統(tǒng)常見故障處理流程

3　結(jié)論

在地鐵專網(wǎng)無線系統(tǒng)建設(shè)過程中，天饋子系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、安裝是十分重要的組成部分，地鐵運營維護(hù)人員應(yīng)及時、有效的參與及跟進(jìn)每一項過程，將系統(tǒng)設(shè)計、安裝產(chǎn)生的問題在系統(tǒng)建設(shè)時期就得以順利解決，實現(xiàn)穩(wěn)定的無線信號覆蓋效果。而在專網(wǎng)無線系統(tǒng)維護(hù)過程中，天饋子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是每個維護(hù)人員必須所熟悉，在此基礎(chǔ)上利用現(xiàn)有的儀器儀表等工具快速、準(zhǔn)確的判斷天饋子系統(tǒng)故障，保證無線通話暢通。

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