民用地鐵通信覆蓋互調(diào)干擾解決方案

王春雷

（武漢虹信技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430073）

0 引言

我國在解決地鐵無線通信覆蓋的干擾能力還存在一定的缺陷，造成干擾的主要原因：發(fā)射機(jī)和接收終端的發(fā)射功率系統(tǒng)間的不匹配性造成的干擾，在系統(tǒng)間干擾類型中互調(diào)干擾的問題最為嚴(yán)重[3]。為了解決好系統(tǒng)間的互調(diào)干擾問題，結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)針對(duì)互調(diào)干擾問題從系統(tǒng)干擾分析、干擾的解決措施等多方面進(jìn)行詳細(xì)的分析，并提出針對(duì)性的互調(diào)干擾解決方案。

1 系統(tǒng)干擾分析

目前我國的民用地鐵通信覆蓋系統(tǒng)一般是移動(dòng)、聯(lián)通、電信、廣電等多家運(yùn)營商共建一套室內(nèi)分布系統(tǒng)，通過無源器件POI 共享共建進(jìn)行信號(hào)覆蓋。由于信號(hào)覆蓋共址系統(tǒng)較多，信號(hào)的發(fā)射和接收頻段的重疊、鄰近，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)非理想化的運(yùn)行（無法將信號(hào)范圍完美局限于設(shè)定的頻段內(nèi)）[4]，800 M、900 M、1 800 M、2.6 G、3.5 G 等多個(gè)頻段在非線性器件工作中產(chǎn)生諧波和組合頻率分量等因素，給共建系統(tǒng)造成帶內(nèi)干擾問題。

地鐵通信覆蓋系統(tǒng)間的干擾主要分為三類：雜散干擾、阻塞干擾、互調(diào)干擾[1]。地鐵信號(hào)覆蓋中干擾原理圖如下，見圖1：

圖1 系統(tǒng)干擾原理

地鐵通信覆蓋系統(tǒng)對(duì)干擾進(jìn)行分析時(shí)，首先應(yīng)該確定各個(gè)運(yùn)營商在通信建設(shè)中接入系統(tǒng)的頻率分布范圍，合理的規(guī)劃頻率。地鐵通信覆蓋系統(tǒng)中干擾主要來源于POI 合路后造成，地鐵通信覆蓋系統(tǒng)采用上行、下行系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)分覆蓋，但也無法避免干擾問題。由于系統(tǒng)接入的信號(hào)較多，多信號(hào)在同一系統(tǒng)中進(jìn)行信號(hào)傳播，因此導(dǎo)致干擾的情況非常復(fù)雜。通信系統(tǒng)共享共建系統(tǒng)內(nèi)的頻段經(jīng)過多次互調(diào)產(chǎn)生干擾產(chǎn)物，以及地鐵內(nèi)無線通信中通信終端的上下行功率相差較大，上下行發(fā)射功率不平衡等多因素造成。多系統(tǒng)干擾產(chǎn)物主要包括雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾[4]。系統(tǒng)中產(chǎn)生的雜散干擾和阻塞干擾，在系統(tǒng)中通過合理的設(shè)計(jì)系統(tǒng)間頻段隔離度，能夠有效地降低雜散干擾和阻塞干擾，但是互調(diào)干擾由于干擾產(chǎn)物落在系統(tǒng)帶內(nèi)，只能采用一定的技術(shù)措施來規(guī)避和減輕影響。在互調(diào)干擾中，三階互調(diào)干擾對(duì)多網(wǎng)共建室分系統(tǒng)影響最為嚴(yán)重，通過過年項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)對(duì)地鐵通信系統(tǒng)頻段干擾系統(tǒng)歸類，見表1。

表1 通信系統(tǒng)干擾表

2 互調(diào)干擾的解決措施

地鐵系統(tǒng)中干擾主要為：互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾的抑制措施有三點(diǎn)：（1）非線性電路[3]；（2）該非線性電路應(yīng)當(dāng)能夠有干擾信號(hào)進(jìn)入[2]；（3）互調(diào)分量的頻率與接收機(jī)的工作頻率同步[2]。處理好互調(diào)干擾抑制措施，可以有效地降低互調(diào)干擾，從而提供無線信號(hào)覆蓋質(zhì)量。

2.1 解決互調(diào)干擾的技術(shù)措施

在分析地鐵覆蓋系統(tǒng)存在的干擾后，應(yīng)該采取以下主要措施防止民用系統(tǒng)之間以及專網(wǎng)之間的干擾。

嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)流程標(biāo)準(zhǔn)，遵守相關(guān)管理文件。嚴(yán)格執(zhí)行信息產(chǎn)業(yè)部的相關(guān)規(guī)定，消除各種系統(tǒng)設(shè)備移動(dòng)通信公共地址造成的干擾，制定并實(shí)施相關(guān)文件的相關(guān)技術(shù)措施。

選擇合理的工作頻率。確定民用網(wǎng)絡(luò)和專用網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)系統(tǒng)的頻帶，在實(shí)際應(yīng)用中，必須充分考慮頻帶間距等各種因素以保持相互干擾，必須進(jìn)行必要的檢查、計(jì)算和測試，設(shè)置合理的頻帶間距。

正確分配輻射功率。如果從一個(gè)系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)系統(tǒng)的功率過高，則會(huì)增加干擾的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重的情況下，另一系統(tǒng)可能會(huì)被阻塞。系統(tǒng)間必須合理分配輻射功率，以確保系統(tǒng)全覆蓋和正常接收，做好相關(guān)檢查、計(jì)算和試驗(yàn)，總結(jié)出其他系統(tǒng)的最小發(fā)射功率。

減少每個(gè)系統(tǒng)的天線之間的互耦。為了實(shí)現(xiàn)互不干擾，減少每個(gè)系統(tǒng)天線之間的互耦變得至關(guān)重要。工程中通過相關(guān)測量、計(jì)算和試驗(yàn)，進(jìn)行工程估算，來調(diào)整系統(tǒng)的天線方向角、天線位置、天線的極化方向，從而減少系統(tǒng)天線之間的互耦。

地鐵隧道中泄漏電纜合理的布放會(huì)降低系統(tǒng)間的耦合。地鐵隧道里有民用通信網(wǎng)、集群專用網(wǎng)、公安網(wǎng)等泄漏電纜系統(tǒng)，為了確保多套系統(tǒng)之間泄漏電纜的耦合，只能結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際測量、研究和計(jì)算結(jié)果，合理安排泄漏電纜的位置，以盡量減少泄漏電纜之間的耦合。

地鐵系統(tǒng)應(yīng)完全配備濾波器。濾波器能夠有效地抑制系統(tǒng)間的相互干擾，不同頻段的帶阻和帶通可以通過濾波器進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是濾波器增加了一定的損耗，降低了系統(tǒng)有效覆蓋范圍，因此必須在設(shè)計(jì)方案環(huán)節(jié)考慮濾波器對(duì)系統(tǒng)的性能影響。地鐵系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中應(yīng)將濾波器的損耗計(jì)算進(jìn)去，在進(jìn)行必要的檢查和測試，并對(duì)覆蓋系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，同時(shí)要在多個(gè)系統(tǒng)信號(hào)輸入的條件下測試系統(tǒng)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)營，并達(dá)到覆蓋要求。

避免或禁止使用非線性連接。非線性器件如非線性放大器、非線性電路是互調(diào)干擾的主要原因。因此，在進(jìn)行必要的糾正和檢查時(shí)，應(yīng)避免系統(tǒng)設(shè)備與各運(yùn)營商的民用網(wǎng)絡(luò)和專用網(wǎng)絡(luò)之間的非線性連接。

可靠接地。通信設(shè)備接地不良會(huì)造成嚴(yán)重干擾，通信設(shè)備接地必須完全符合接地規(guī)范要求，所有通信設(shè)備（漏電電纜除外）、每個(gè)覆蓋系統(tǒng)、民用網(wǎng)絡(luò)和專用網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備也必須良好接地線。整個(gè)系統(tǒng)通電后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測試、設(shè)置，保證通信系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.2 互調(diào)干擾的具體解決方案

為了各系統(tǒng)之間能盡量地減小干擾,有效的規(guī)避和降低系統(tǒng)間干擾所帶來的影響，地鐵通信覆蓋結(jié)合多年的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了一些有效的解決方案，通過調(diào)整技術(shù)參數(shù)、提高系統(tǒng)產(chǎn)品性能指標(biāo)、嚴(yán)格控制施工工藝等方法來降低互調(diào)干擾。

2.2.1 調(diào)整技術(shù)參數(shù)

（1）地鐵隧道場景中，運(yùn)營商信源的最大功率要求為：20 W（43 dBm）/載波。實(shí)際工作環(huán)境中運(yùn)營商信源單載波功率會(huì)高于20 W（43 dBm），與供應(yīng)商溝通將功率降至20 W（43 dBm）/載波以下。

（2）同一覆蓋環(huán)境中，低頻段的鏈路損耗遠(yuǎn)小于高頻段的鏈路損耗，方案設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合衰減鏈路預(yù)算，在信號(hào)覆蓋滿足要求的同時(shí)，降低低頻段信源的發(fā)射功率，從而降低系統(tǒng)間的互調(diào)干擾。

（3）地鐵通信覆蓋采用雙纜分布系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)電信企業(yè)信號(hào)頻段采用雙纜覆蓋方式的差異化需求。POI 方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將相近的頻段設(shè)計(jì)分開，信號(hào)分別接入不同的POI 中，同時(shí)確保每臺(tái)POI 承載功率均衡，達(dá)到信號(hào)覆蓋均勻。

（4）如果頻點(diǎn)彼此相鄰，干擾將非常嚴(yán)重，因此很難確保系統(tǒng)之間的隔離。因此，建議頻帶之間應(yīng)間隔10 MHz，以避免相鄰頻率。

（5）系統(tǒng)中的TDD 頻段應(yīng)確保上下行頻段間隔一致、時(shí)鐘同步，通過頻段規(guī)劃間隔實(shí)現(xiàn)上下行隔離，從而降低系統(tǒng)間干擾。

（6）結(jié)合室分覆蓋區(qū)域特點(diǎn)，綜合考慮建設(shè)成本和維護(hù)便利性，合理設(shè)計(jì)分支數(shù)量及長度，便于干擾測試及故障排查。

（7）天線口功率的設(shè)計(jì)值應(yīng)以滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，除工程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的必要余量外，不應(yīng)預(yù)留額外余量導(dǎo)致天線口功率過高。

（8）天線與鐵管、日光燈、消防噴淋頭和煙感探頭等設(shè)備的水平距離應(yīng)大于1米，現(xiàn)場條件受限時(shí)不低于0.5米；天線輻射方向不宜有金屬物阻擋。

（9）設(shè)計(jì)方案中饋線接頭與器件接頭應(yīng)匹配，避免串接不必要的轉(zhuǎn)接頭；不使用直角彎頭、避免器件直連。

2.2.2 提高產(chǎn)品性能，選用高性能器件

（1）地鐵無線通信信號(hào)覆蓋中主要是無源器件、天線及POI 等無源產(chǎn)品，分布系統(tǒng)中POI 是多路信號(hào)匯聚的核心產(chǎn)品。經(jīng)過多年地鐵項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證高功率、高容量、端口隔離度，系統(tǒng)間的干擾嚴(yán)重問題可以得到緩解。通信系統(tǒng)中無源產(chǎn)品指標(biāo)建議要求，見表2。

表2 無源產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)建議

（2）系統(tǒng)中常規(guī)產(chǎn)品的性能指標(biāo)要達(dá)到建設(shè)指標(biāo)的最低要求。地鐵信號(hào)覆蓋系統(tǒng)中的無源器件、POI 等采用非常規(guī)產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)的指標(biāo)高于技術(shù)規(guī)范要求指標(biāo)。

（3）過程中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行到貨檢測，確保工程中使用的前三級(jí)無源器件（耦合器、POI、功分器等產(chǎn)品）的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)高于技術(shù)規(guī)范要求指標(biāo)。

2.2.3 外接濾波器

分布系統(tǒng)前端安裝濾波器可以減少系統(tǒng)之間的干擾，過濾掉干擾信號(hào)并留下有用信號(hào)。

2.2.4 施工工藝控制

分布系統(tǒng)施工工藝質(zhì)量存在不足，接頭制作，線纜敷設(shè)、漏纜安裝等施工環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照施工規(guī)范操作，從而減少干擾。饋線安裝需注意問題：饋線安裝時(shí)工藝要求走線橫平豎直，饋線不得交叉、裂損等情況。工程中饋線彎曲布放，饋線的彎曲要滿足工藝要求。饋線彎曲半徑要求見表3，饋線要盡量采用和其兩端所連接器件匹配的接頭，禁止使用轉(zhuǎn)接頭（如直角轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)接頭，雙陰頭，雙陽頭等）。

表3 饋線彎曲半徑建議

饋線轉(zhuǎn)彎要求：無源器件之間鏈接時(shí)，饋線接口處的直出饋線長度為50 mm，達(dá)不到50 mm 會(huì)影響系統(tǒng)駐波比。饋線接頭與天線、耦合器等接口連接時(shí)，連接接頭銜接順暢，不得硬扭，安裝后饋線連接處駐波比必須小于1：3。饋線接頭需做好防塵處理；切割饋線前必須測量好饋線長度，然后再鋸斷饋線，較短的連線要求先測量，然后再做接頭，多余的饋線過長則應(yīng)鋸掉，不能盤在器件周圍；現(xiàn)場跳線盡量采用定長跳線。無源器件質(zhì)量本身問題：器件互調(diào)指標(biāo)差、器件長時(shí)間老化、器件功率容量不足，長期使用導(dǎo)致互調(diào)抑制度變差。天線安裝需注意的環(huán)境問題：天線周邊有無金屬阻擋物、天線周邊有無大片電器設(shè)備。

2.2.5 采用新產(chǎn)品、新技術(shù)降低干擾

地鐵隧道覆蓋中，互調(diào)干擾除了通過技術(shù)措施和施工工藝降低以外，結(jié)合多年地鐵項(xiàng)目工作經(jīng)驗(yàn)，還可以通過新產(chǎn)品、新技術(shù)的方法來減少互調(diào)干擾。從以下幾個(gè)方面進(jìn)行建議：

（1）地鐵隧道覆蓋中，POI 與漏纜之間的連接跳線采用成品跳線。

（2）車站部分可以采用廣角泄漏電纜實(shí)現(xiàn)覆蓋，目前廠家的漏纜可以較好地支持3.5 GHz 及以上頻段。

（3）車站部分可以采用新型數(shù)字化室分系統(tǒng)進(jìn)行5G 獨(dú)立組網(wǎng)，新型數(shù)字化室分系統(tǒng)具有工程實(shí)施簡單、可實(shí)現(xiàn)可視化運(yùn)維和多通道MIMO、容易擴(kuò)容及演進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合地鐵站廳、站臺(tái)場景大帶寬、高容量、低時(shí)延的應(yīng)用需求。

3 結(jié)語

目前我國地鐵建設(shè)已進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)代，地鐵隧道通信系統(tǒng)建設(shè)也要跟上時(shí)代的進(jìn)步，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)覆蓋的需求。在地鐵隧道中需要建設(shè)多家運(yùn)營商通信系統(tǒng)，鑒于地鐵隧道環(huán)境的復(fù)雜性、空間封閉性的特點(diǎn)，無法建設(shè)多套系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)覆蓋，多家運(yùn)營商只能通過POI 合路共建共享一套分布系統(tǒng)，從而帶來了多系統(tǒng)干擾問題，導(dǎo)致通話質(zhì)量差、網(wǎng)絡(luò)覆蓋不佳等后果，因此地鐵隧道中必須解決干擾問題。本文通過理論結(jié)合實(shí)際，深入地分析了民用地鐵隧道移動(dòng)通信系統(tǒng)之間的互調(diào)干擾情況，研究了互調(diào)干擾抑制的具體措施，通過多年地鐵項(xiàng)目工作經(jīng)驗(yàn)有針對(duì)性地提出了降低地鐵通信信號(hào)覆蓋干擾的解決措施，為民用地鐵通信覆蓋系統(tǒng)建設(shè)提供了建議和參考依據(jù)。