電纜在5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

摘要：隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷發(fā)展，如何有效的在特殊的空間對通信信號進行覆蓋建設(shè)，成為人們關(guān)注的重點問題，利用電纜可以有效的解決5G信號的覆蓋問題。通過對5G通信電纜的特征與關(guān)鍵技術(shù)進行分析，探討了5G通信電纜在室內(nèi)5G信號覆蓋、電梯高層空間中的應(yīng)用覆蓋方法，并對比了5G電纜在通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的優(yōu)勢。

Abstract： With the continuous development of the application of 5G communication networks， how to effectively cover communication signals in special spaces has become a key issue that people pay attention to， and the use of cables can effectively solve the problem of 5G signal coverage. By analyzing the characteristics and key technologies of 5G communication cables， the application coverage methods of 5G communication cables in indoor 5G signal coverage and high-rise elevator spaces are discussed， and the advantages of 5G cables in the construction of communication networks are compared.

關(guān)鍵詞：5G;通信網(wǎng)絡(luò);電纜

Key words： 5G;communication network;cable

中圖分類號：TM248? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）22-0188-02

1? 5G通信電纜的特征及參數(shù)要求

1.1 5G通信電纜的特征

5G通信電纜的種類比較多，有廣角輻射型漏纜、同軸泄漏電纜等種類，它一般采用隔離屏蔽支架的方式，將語音通信電纜與網(wǎng)絡(luò)通信電纜隔開，能夠有效的避免通信過程中的語音通信信號與網(wǎng)絡(luò)通信信號相互干擾，提高5G網(wǎng)絡(luò)通信信號的清晰度。在電纜的內(nèi)屏蔽層與屏蔽層之間設(shè)計了增強型的電纜，用以防止外界的電磁信號的干擾，減少了5G傳輸信號的能力損失，提高了電纜工作穩(wěn)定性，同時電纜本身也不會干擾其他通訊設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)的正常工作，5G通訊電纜能夠適用于多種場合，用以提高5G網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。同時在電纜的屏蔽支架的中心位置的中空空間內(nèi)設(shè)置了檢修光纖，如果通訊電纜發(fā)生故障時，維護人員可以通過一端向檢修光纖發(fā)生光源，這樣就可以快速的、準確的定位產(chǎn)生故障的電纜，為人們的維修工作帶來了極大的便利，而且在電纜內(nèi)部還增加了緩沖層，在電纜受到?jīng)_擊時，可以對電纜內(nèi)部的中心導(dǎo)體起到保護的作用。

1.2 5G電纜的參數(shù)要求

5G通信網(wǎng)絡(luò)采用泄露同軸電纜作為通信電纜，它具有寬頻帶、高速率的多媒體信息傳輸特性、通信靈活、智能通信程度高、兼容性能好、通信頻率高等優(yōu)勢，可以用于5G網(wǎng)絡(luò)的射頻單元、高層電梯覆蓋以及樓宇布線等通信區(qū)域。

1.2.1 特性阻抗

根據(jù)電磁波傳輸理論，當信號通過無限長的傳輸線時，任意一點的電壓和電流都可看作是由入射波和反射波相互疊加而成的，5G電纜的特性阻抗計算方法為：

其中，D為5G電纜導(dǎo)體的外徑，d為5G電纜導(dǎo)體的內(nèi)徑，εr電纜導(dǎo)體介質(zhì)的介電常數(shù)，一般情況下，5G電纜要求50歐姆的特性阻抗，就能保證5G信號在電纜傳輸時不會產(chǎn)生反射傳輸。

1.2.2 衰減特性

5G通信信號在電纜中傳輸時，會產(chǎn)生信號衰減，具體的計算方法如下：

其中，f為信號頻率，k1，k2為常數(shù)，主要是由5G電纜的內(nèi)外導(dǎo)體的材料與形狀決定的。

2? 電纜在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用分析

一般情況下，5G通信網(wǎng)絡(luò)需要應(yīng)用不同的工作場景中，在不同的環(huán)境中，它的具體設(shè)置方式也存在著明顯的差別，根據(jù)電磁波波在泄漏電纜中的傳輸方式，它可以通過槽孔向外界輻射電磁波，同時也能夠接收5G通信信號，具有收、發(fā)天線的功能。

2.1 室內(nèi)5G信號覆蓋時電纜的應(yīng)用

2.1.1 廣角輻射型漏纜的工作原理

室內(nèi)5G電纜一般采用的是廣角輻射型漏纜，它的電磁場主要是由漏纜外導(dǎo)體上周期性排列的槽孔產(chǎn)生的，具體的漏纜結(jié)構(gòu)如1所示，以達到對室內(nèi)范圍的信號覆蓋，其中漏纜的槽孔間距（d）與室內(nèi)5G信號的工作波長（λ）相當，由于輻射性漏纜在信號輻射的方向上具有方向性，就會有相同的泄露能力在同一輻射方向上比較集中，并且信號的能量會隨著槽孔間距（d）的增加而衰減。

為了有效的保證室內(nèi)信號的全覆蓋，在漏纜的外導(dǎo)體上開著周期性變化的L字槽、八字槽，這樣不僅能夠提高室內(nèi)信號的覆蓋，還能減少通訊信號的衰減，為使TEM型電磁波在信號傳統(tǒng)的過程中能夠集中輻射一部分電磁波，必須在漏泄電纜外導(dǎo)體上開制槽孔，降低電纜外導(dǎo)體上的電流，以產(chǎn)生向外輻射的激勵電流，提高電磁波的強度。在室內(nèi)5G電纜部署時，如果漏纜的外導(dǎo)體上出現(xiàn)一組周期性槽孔，在電纜的屏蔽層就會出現(xiàn)輻射形式的磁性偶極子輻射，在當每個槽孔的間距為半波長的距離時，每一個槽孔都符合電磁波信號跌加的原理，造成信號耦合損耗增加。而只有當每一個槽孔都按照恰當及特定的輻射頻段進行分布時，才可能出現(xiàn)耦合損耗，在具體的設(shè)計時，需要避免這種情況。

2.1.2 廣角輻射型漏纜適用的建設(shè)場景

在建筑物內(nèi)采用金屬封閉吊頂、或者全鋼筋混凝土隔斷的多區(qū)域辦公室控制，住宅小區(qū)的不合適采用廣角輻射型漏纜敷設(shè)入房間內(nèi)。在一些縱深的空間內(nèi)，不適合將廣角輻射型漏纜敷設(shè)入房間內(nèi)的區(qū)域。根據(jù)廣角輻射型漏纜槽孔的設(shè)計方式、電氣性能以及5G通信網(wǎng)絡(luò)的特性，在室內(nèi)應(yīng)用廣角輻射型漏纜主要適用于如下場景中：

①寫字樓、賓館酒店。這種室內(nèi)場景的走廊+單雙邊房間區(qū)域比較狹窄，可以采用廣角輻射型漏纜對區(qū)域空間進行信號覆蓋設(shè)計。②商場超市。在商場超市中的裝修中，一般采用玻璃、木板或者石膏板等簡易材料等超市的空間進行分割，間隔的密集型購物區(qū)，可以采用廣角輻射型漏纜進行5G通信信號的覆蓋。③地下停車場。地下的停車場一般都是比較狹長的空間，結(jié)合停車場空間的特征，采用廣角輻射型漏纜進行5G信號的覆蓋，不容易產(chǎn)生信號的跌加，而造成信號的能量損耗。④空曠型建筑。可以將廣角輻射型漏纜敷設(shè)在公共的走廊中進行信號覆蓋，如果在建筑內(nèi)部有輕質(zhì)隔斷建筑材料、玻璃材料、木板等隔斷，可以采用廣角輻射型漏纜在走廊與各個房間進行覆蓋。在回字形走廊或者類似結(jié)構(gòu)的建筑，采用廣角輻射型漏纜對整個走廊進行敷設(shè)一圈后，在電纜的末端進行封閉，并在末端加上負載，保證信號傳輸?shù)墓β什荒芡庑苟鴵p耗。在一些區(qū)域采用廣角輻射型漏纜無法對其進行覆蓋的區(qū)域，可以結(jié)合實際的空間場景，利用廣角輻射型漏纜的前端或者末端對該區(qū)域進行信號覆蓋，可以有效提高5G信號的覆蓋效率，提高5G信號的穩(wěn)定性。

2.2 高層電梯間5G信號覆蓋時電纜的應(yīng)用

2.2.1 高層電梯間5G信號覆蓋的難度

①電梯一般位于樓宇的中心，而且電梯間的管壁一般都采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對5G信號的遮擋與屏蔽比較嚴重，導(dǎo)致室內(nèi)的5G信號無法到達電梯管道井內(nèi)。②電梯井道為狹長型結(jié)構(gòu)，5G信號在高層電梯井內(nèi)傳輸時，容易產(chǎn)生隧道效應(yīng)，導(dǎo)致5G信號的衰減比較迅速。③電梯轎廂自身在運行的過程中，都采用的密閉式金屬結(jié)構(gòu)，對5G信號的傳輸具有很強的屏蔽效應(yīng)。④電梯轎廂在上下運行的過程中，由于5G信號的移動臺與發(fā)射點掠射角的變化，往往會使得5G信號在傳輸?shù)倪^程中，出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，進而會導(dǎo)致通信信號不穩(wěn)定的情況。

2.2.2 高層電梯電纜覆蓋方式

①電梯廳兼顧覆蓋方式。電梯廳也是5G信號覆蓋的重要區(qū)域，可以在電梯廳的門口利用通信電纜連接吸頂天線進行信號布置，使得無線信號通過電梯門與電梯廳的墻體發(fā)射對電梯轎廂內(nèi)部進行信號覆蓋。主要采用的平層信號兼顧電梯覆蓋的方式，但是由于小區(qū)信源覆蓋能力與小區(qū)容量規(guī)劃之間存在差距，以及信號在每層樓之間進行來回切換，而且電梯轎廂在運行的過程中，往往采用的金屬門封閉的狀態(tài)，在電梯開門時，5G的信號好，而在電梯關(guān)閉時，就會出現(xiàn)無信號的情況，導(dǎo)致5G信號難以實現(xiàn)全覆蓋。

②井道壁安裝定向天線。在高層電梯井中安裝定向天線的方式，每隔3-5層，在電梯井的井道壁上安裝一個定向天線，使得5G通信信號覆蓋整個轎廂，采用這種覆蓋方式，主要利用電纜與無源耦合件固定在電梯井內(nèi)的同軸電纜上，利用天線將無線信號發(fā)射，并接受信號，采用這種方式也存在5G信號不穩(wěn)定的情況，如轎廂接近信號發(fā)射點時信號增強，在遠離天線時，5G信號衰減的比較厲害，傳輸?shù)墓β蕮p耗比較大，而且在多系統(tǒng)信號進行同步覆蓋時，信號的頻率損耗就比較大，而且單臺的信號源覆蓋能力也比較有限。

③轎廂隨動解決方式。轎廂隨動覆蓋方式就是將無線發(fā)射器安裝在電梯轎廂的頂部，通過外置電纜連接，使5G信號覆蓋整個轎廂的內(nèi)部，使得5G信號源發(fā)射點與配套天線與電梯轎廂一起運動，達到信號覆蓋的目標。主要有無線回傳隨動信號覆蓋以及有線回傳隨動信號覆蓋的方式兩種，無線回傳主要是在電梯井道內(nèi)的適當區(qū)域安裝發(fā)射設(shè)備，將5G通信信號在整個電梯井道內(nèi)進行覆蓋，有線回傳隨動覆蓋方式，需要在電梯井道內(nèi)的近端單元與遠端單元之間接入電纜，隨著電梯的轎廂而上下移動，將電梯中現(xiàn)有的信號電纜，與主機房內(nèi)的無線信號進行回路控制，實現(xiàn)整個5G通信信號的回傳。

④泄漏電纜方式。泄漏電纜覆蓋方式是高層電梯井道敷設(shè)的有效方式，采用泄露電纜不僅能傳送5G通信信號，而且泄露電纜還具有收、發(fā)天線的功能，這樣就省去了電梯井道內(nèi)頻繁制作與布放天線的環(huán)節(jié)。按照信號場強的輻射方式，泄露電纜的敷設(shè)可以分為泄漏電纜和輻射型泄漏電纜兩種方式，由于耦合型電力的傳輸距離較短，而且對電磁信號的損耗比較大，輻射型泄漏電纜藕合損耗較小，傳輸距離長，設(shè)置好后，信號比較穩(wěn)定，但其電磁能量呈放射狀發(fā)散，在具體施工的過程中，對槽孔的方向有嚴格要求，這是采用泄露電纜在電梯井內(nèi)信號覆蓋的關(guān)鍵因素。

泄漏電纜覆蓋方式一旦輻射完成，5G網(wǎng)絡(luò)的天饋部分基本無需維護，且轎廂內(nèi)信號覆蓋均勻，在電梯上下運行時也不會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，而且采用泄露電纜輻射的斷點比較少，出現(xiàn)的接頭損耗可以忽略不計，線纜支持的頻段較寬，無互調(diào)干擾，而且在5G網(wǎng)絡(luò)擴容時，也比較方便。

3? 結(jié)束語

隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不斷發(fā)展，采用電纜作為5G通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸通道有利于5G信號傳輸?shù)姆€(wěn)定，它方便5G信號的擴容，而且也能夠增加5G信號的傳輸距離。在5G通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)時，在特定的場景下采用電纜敷設(shè)可以加快5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，而且還能加快5G網(wǎng)絡(luò)向室內(nèi)布局，而且在酒店、公寓、高層住宅小區(qū)、隧道、空曠的建筑空間以及辦公樓中，采用泄漏電纜覆蓋的方式，可以提高5G通信信號的覆蓋范圍。

參考文獻：

[1]樊恒波，查昊.5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋方案分析[J].電信快報，2018（5）.

[2]陸錦榮，張偉勤，羅忠威.泄漏電纜在高層電梯覆蓋場景中的應(yīng)用[J].移動通信，2018（12）.

[3]駱位.5G移動通信發(fā)展趨勢與相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的探討[J].價值工程，2018，37（08）：220-221.

作者簡介：文承福（1981-），男，海南東方人，本科，工程師，主要研究方向為車載揚聲器、車載線束。