地铁公用通信覆盖系统研究

陈敏　王鹏

【摘 要】为地铁量身定做一个符合其特点的信号覆盖系统，一方面可提高通信网络质量，满足客户对优质通信环境的需求，另一方面也增加了话务量和运营利润，因而具有良好的社会和经济效益。

【关键词】地铁；公用无线通信；信号；覆盖；施工

引言

地铁公用无线通信需要进行信号覆盖的主要区域：（1）站厅层；（2）站台层；（3）出入口；（4）地下区间隧道；（5）商业层。

1公用无线通信系统组成

在地铁各车站通信机械室设置各运营商基站和POI设备（分合路平台），各基站信号经POI合路后，由相应的功分器、耦合器等设备进行信号分配，分别送至地下区间隧道和站厅、站台、出入口、商业层。地下隧道区间经漏泄电缆将信号送至隧道内，完成隧道信号覆盖。站厅、站台、出入口和商业层经射频电缆至吸顶全向天线将能量发射出去，完成信号覆盖。具备漏泄电缆施工条件的站厅、站台、出入口和商业层同样可以采用漏泄电缆进行信号覆盖，一般考虑施工现场的美观等条件采用天线进行覆盖。系统组成如图1所示。

一般地铁场强覆盖低于-85dBm时会出现盲区或信号弱（如手机接收不到信号、掉线或话路不通），计算方法如下。m+n+l+p>-85dBm其中，m为天线口最低输出功率，n为天线增益覆盖，l为自由空间损耗，p为多径衰落。上行方向与此相同，即来自手机或其他移动终端的上行信号经漏泄电缆或天线收集，传输至上行POI设备、至各基站的上行信号接收端。从图1可以看出，整个系统分为3部分：一是通信机械室内各运营商的基站和通信系统的多系统接入平台POI；二是站厅、站台、出入口和商业层由功分器、耦合器、射频电缆、吸顶天线组成的室内分布系统；三是区间干线放大器、分/合路器、漏泄电缆等。

2场强计算

2.1隧道中列车内的场强

覆盖示意图见图2：

以距漏缆4米处的边缘场强不小于-85dBm为前提，计算出GSM900系统信号在漏缆末端的信号电平值，用于计算信源的功率输出要求，并确定是否加装放大器。下面以GSM900系统为例进行分析：95%泄漏电缆耦合损耗：64dB（2米处）（不同厂家不同型号的漏缆耦合损耗不同，本文取13/8″漏缆的典型值。）；车体及人体损耗：9dB；宽度因子：20LogD/2。设泄漏电缆末端需要的功率为P，则：P-（64+9+20Log2）>-85dBm。计算得到P≥-6dBm，即泄缆末端输出功率为-6dBm，则能满足地铁列车车厢内的覆盖要求。

2.2站厅及商业层内场强

考虑到地铁空间是受限自由空间，可选用的传播模型为室内自由空间路径损耗附加因子模型，并得到在半径为20米处的总损耗值，在满足边缘场强（-85dBm）的条件下，考虑损耗储备及天线增益后，可计算出天线口功率。并可进一步反向推算出相应信源输出功率，确定是否满足需求。下面以GSM900为例进行分析：傳播模型表达式为：PL（d）=PL（d0）+20log（d/d0）+β×d。式中PL（d）为距离信源d米处的传播损耗；PL（d0）为距离信源1米处的自由空间传播损耗；β为路径损耗因子，取1.25dB/m（站厅模拟测试值）；d取20m。由上式可得20米传播损耗PL（20）。天线增益Ga为2.1dBi，衰落储备为11.2dB，则可得吸顶天线口功率：P=-Ga-85+PL（20）+11.2=6.6

2.3上行噪声电平分析

在覆盖地铁隧道区间较短时，信源功率足够覆盖相应范围，不需另加有源放大器，故不会引入噪声；而在覆盖长距离地铁区间时，需要加装有源放大器，从而引入了有源噪声，以GSM900系统为例，当区间距离超过2900m时需加有源放大器，分析如下：有源设备（如干线放大器）的热噪声为：NT=10log（KTB）；其中，K：波尔兹曼常数，等于1.38×10ˉ23J/ok；T：参考温度，取293ok；B：工作带宽，等于200kHz。NT=10log（KTB）=-121dBm干线放大器的噪声系数为NF=5dB，则其基底噪声NA为：NA=NT+NF=-121+5=-116dBm。干线放大器到达基站的上行噪声电平为：NBS-R=NA-L+GA。式中，L：干线放大器到基站间的上行损耗；GA：干线放大器的上行增益。

3多系统干扰分析及隔离要求

（1）各运营商系统间干扰分析及隔离要求轨道交通移动通信射频分配系统的干扰主要有互调、杂散、阻塞等干扰类型。（2）公专网间的干扰分析及隔离要求①公网对专网的干扰分析及隔离要求地铁中专用系统主要包括CBTC（2.4GHz）、PIS（2.4GHz）、公安350MHz/政务800MHz、专用800MHz等系统。公网对专网的干扰，需要90dB的杂散干扰隔离度。考虑到公网POI隔离度已大于80dB，且空间上也有隔离，垂直距离大于0.5m，公网系统不会干扰专网系统。②专网对公网的干扰分析及隔离要求专网采用漏缆覆盖方式，考虑器件隔离和空间隔离后，专网系统不会对公网系统造成干扰。地铁列控CBTC系统、PIS系统无线覆盖均采用WLAN技术。基于规范规定的杂散上限值，垂直距离大于1.3m时，专网CBTC对公网系统的干扰指标满足要求。根据对已投入运行的地铁覆盖系统的深入分析，垂直距离在0.5m以上可满足要求。

4隧道覆盖

（1）隧道覆盖方式在地铁隧道内壁挂敷设泄漏同轴电缆，进行隧道信号场强覆盖，采用双发分缆的双路覆盖系统。（2）隧道链路预算隧道链路预算见表1。从覆盖能力考虑，TD-LTE2.6GHz覆盖受限，POI设置时统筹考虑各网络制式的覆盖能力和指标要求。（3）切换带设置隧道区间中继点的设置需考虑切换重叠区长度。假设列车设计运行时速为100km/h，列车进出站时按平均速度50km/h计算。2G系统（GSM、DCS）切换时长为6s，在隧道中段切换重叠区长度为S1=V×T=（100000/3600）×6=167m，进出站时切换重叠区长度为S2=V×T=（50000/3600）×6=83m。3G系统切换时长为2s，在隧道中段切换重叠区长度为S1=V×T=（100000/3600）×2=56m，进出站时切换重叠区长度为S2=V×T=（50000/3600）×2=28m。LTE系统切换时长为1s，在隧道中段切换重叠区长度为S1=V×T=（100000/3600）×1=28m，进出站时切换重叠区长度为S2=V×T=（50000/3600）×1=14m。（4）隧道覆盖方案为减少列车出入车站的切换，站台层与进出站隧道段优先考虑共用同一台RRU设备；为减少切换，隧道RRU设备优先考虑小区合并，应优先选用支持三个以上小区合并的设备。考虑到低频段CDMA800MHz和GSM900MHz覆盖能力强，采用普通POI结合透传POI的方式，节省CDMA800MHz和GSM900MHz设备，并可优化切换指标。

结语

地铁作为一种快速、便捷、安全的交通工具，如果出现现代化通信不畅，手机无法通话或经常掉线，会给人们生活造成很多不便，因此，公用无线通信信号对地铁必须做到无盲区覆盖。

参考文献：

[1]北京市地方标准DB11/995—2013.城市轨道交通工程建设技术标准[S].2013

[2]YD/T-5211-2014.通信工程设计文件编制规定[Z].2014

（作者单位：天津市地下铁道集团有限公司）