公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)隧道覆蓋技術(shù)方案探析

1、鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)railwaysurvey and design 2010(4)勘測(cè)與設(shè)計(jì)鐵道102劉惠林（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處武漢）公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)隧道覆蓋技術(shù)方案探析【摘要】隧道區(qū)域特殊， 一般有分布式基站、 數(shù)字直放站結(jié)合漏泄同軸電纜及一體化耦合輻射單元的無(wú)線解決方案， 本文作初步探析， 以期有益于公網(wǎng)隧道覆蓋工程的建設(shè)?！娟P(guān)鍵詞】隧道公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)分布式基站一體化耦合輻射單元1 前言隨著國(guó)家高速鐵路及城市軌道交通的蓬勃發(fā)展， 隧道所占比例越來(lái)越高， 公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) （以下簡(jiǎn)稱(chēng)公網(wǎng)） 引入隧道的問(wèn)題便日益迫切。無(wú)論是國(guó)家干線鐵路還是軌道交通，引入公網(wǎng)為乘客提供良

2、好的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)， 是交通運(yùn)輸部門(mén)和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商共同的目標(biāo)。 由于隧道空間結(jié)構(gòu)特殊， 使得與公網(wǎng)傳統(tǒng)的面狀、開(kāi)放式空間覆蓋方案將有很大不同。本文將根據(jù)目前公網(wǎng)覆蓋采用的主要幾種技術(shù)方案結(jié)合鐵路隧道嘗試做探討分析。2 公網(wǎng)引入需求2 1 引入系統(tǒng)目前具備公用移動(dòng)電話網(wǎng)運(yùn)營(yíng)資格的服務(wù)商有中國(guó)移動(dòng) （gsm900 和 dcs1800、 td-scdma ） 、中國(guó)聯(lián)通（gsm900 和 dcs1800、 wcdma ） 、 中國(guó)電信 （cdma800 、 cdma2000 ） ； 中國(guó)電信的 phs無(wú)線市話（小靈通）由于即將退出市場(chǎng)， 因而一般不考慮該系統(tǒng)的引入。2 2 覆蓋及服務(wù)質(zhì)量要求覆蓋區(qū)域內(nèi)9

3、5區(qū)域 gsm、 cdma 及 dcs 下行信號(hào)電平 -85dbm；3g 下行信號(hào)電平覆蓋區(qū)域內(nèi)95區(qū)域-85dbm。3 覆蓋技術(shù)方案為保證運(yùn)行穩(wěn)定性及多頻段集成的需要，各運(yùn)營(yíng)商基站信號(hào) （不同制式、不同頻段的信號(hào)） 集中引入至隧道內(nèi)中繼設(shè)備設(shè)置處，經(jīng)由寬帶合路平臺(tái)（poi） ， 通過(guò)輻射單元 （漏泄同軸電纜lcx 或者天線） 將無(wú)線能量發(fā)射出去， 完成對(duì)隧道的覆蓋(圖 1)。3 1 中繼設(shè)備的比選分析目前公網(wǎng)主要采用數(shù)字直放站 （grru） 及分布式基站（ bbu+rru ）的方式較多，下面將bts+grru 和 bbu+rru 兩種覆蓋方案進(jìn)行比較分析。3 1 1 grru 方案grru

4、數(shù)字直放站是一種直接耦合基站信號(hào)，采用數(shù)字傳輸方式， 將信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)端進(jìn)行覆蓋的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)解決方案； 由數(shù)字接入控制單元(dau)和數(shù)字射頻拉遠(yuǎn)單元(dru )組成。該產(chǎn)品是基于采用圖 1隧道公網(wǎng)覆蓋系統(tǒng)構(gòu)成圖鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)railwaysurvey and design 2010(4)103數(shù)字中頻技術(shù)的光纖傳輸，克服模擬光纖傳輸時(shí)信號(hào)的信噪比惡化的缺點(diǎn), 具有大動(dòng)態(tài)、 低噪聲的優(yōu)點(diǎn),并且在數(shù)字中頻的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)多種功能,比如混合組網(wǎng)、底噪關(guān)斷、切換功能、以太網(wǎng)接口、 遠(yuǎn)程下載以及時(shí)延校準(zhǔn)等，同時(shí)具有多種備份功能，如dau 備份功能、 光旁路功能、 電源備份功能、 雙功放互為備份功能等。采用 g

5、rru 可以實(shí)現(xiàn)靈活的組網(wǎng)方式（圖 2） ，其中 sector1 為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， sector2 為菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，sector3 為星型和菊花鏈混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)需要靈活配置選擇不同組網(wǎng)方式，系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單， 實(shí)現(xiàn)容易。3 1 2 bbu+rru 方案分布式基站一般由bbu （基帶控制單元）和rru (遠(yuǎn)端射頻單元) 組成， rru 通過(guò)光纖連接bbu ，光纖連接接口遵循cpri 標(biāo)準(zhǔn)。最大支持6個(gè)連續(xù)站點(diǎn)的rru 共小區(qū)，有效減少切換次數(shù)， 提升網(wǎng)絡(luò)性能； 頻率復(fù)用的距離增大，頻率資源利用率提高；同時(shí)具有時(shí)延調(diào)整的功能，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃簡(jiǎn)單。主要組網(wǎng)方式見(jiàn)圖3。3 1 3 兩種方案的比選分析作

6、為進(jìn)入 3g 時(shí)代的新產(chǎn)品， 兩者都具備技術(shù)先進(jìn)、 同一小區(qū)覆蓋距離長(zhǎng)減少切換次數(shù)提高系統(tǒng)可靠性、組網(wǎng)靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，可以很好的適應(yīng)鐵路隧道鏈狀覆蓋及列車(chē)運(yùn)行速度快等特點(diǎn)，也是目前隧道公網(wǎng)覆蓋多采用的兩種技術(shù)。但由于其根本原理的不同， 還是存在以下區(qū)別：（1）在傳輸時(shí)延上， 因?yàn)閿?shù)字光纖直放站存在兩次變頻過(guò)程， 故其傳輸時(shí)延比較大； 而 rru 直接傳送基帶信號(hào)， 時(shí)延不明顯。（2）在底噪抬升上， 數(shù)字光纖直放站的引入會(huì)抬升上行噪聲； 而 rru 傳輸?shù)臑榧兓鶐盘?hào)， 可不用考慮底噪問(wèn)題。綜上， 分布式基站 bbu+rru 的組網(wǎng)方案技術(shù)更為先進(jìn)。3 2 輻射單元的比選分析由于考慮列車(chē)進(jìn)入隧道

7、后的阻塞效應(yīng)，普通天線一般已不再應(yīng)用于隧道區(qū)域的覆蓋，除了目前大量采用的漏泄同軸電纜lcx 外，最近有一種新型天線：一體化耦合輻射單元，以其無(wú)線信號(hào)覆蓋較普通天線均勻而投資較lcx 少已開(kāi)始在公網(wǎng)隧道覆蓋中逐步應(yīng)用。3 2 1 lcx 方案漏泄同軸電纜lcx ， 也稱(chēng)連續(xù)天線， 它是遵循特定的電磁場(chǎng)理論， 沿著同軸電纜的外部導(dǎo)體周期性或非周期性配置開(kāi)槽口而形成的。電信號(hào)在電纜中傳輸?shù)耐瑫r(shí)， 能把電磁能量的一部分按要求從特殊開(kāi)槽口以電磁波的形式放射到周?chē)耐獠靠臻g，既具有傳輸線的特性又具有無(wú)線電發(fā)射天線的性質(zhì)。 目前在鐵路隧道、 煤礦礦井等廣泛采用該方案。3 2 2 一體化耦合輻射單元方案一體化

8、耦合輻射單元一般由耦合器及輻射模塊組成（圖 4） 。圖 2grru 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖圖 3rru 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖圖 4一體化耦合輻射單元原理圖技術(shù) 應(yīng)用研 究公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)隧道覆蓋技術(shù)方案探析劉惠林鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)railwaysurvey and design 2010(4)勘測(cè)與設(shè)計(jì)鐵道104其輻射模塊由兩副定向天線組成，實(shí)現(xiàn)雙向均勻覆蓋； 耦合器可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方案，選擇最佳耦合度 （0,5,10,15,20 可選） ，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)無(wú)線通信覆蓋。其外形較小約1052 380 120mm， 可工作在 806 9601710 2500mhz 。主要組網(wǎng)方式見(jiàn)圖 5。3 2 3 兩種方案的比選分析漏

9、泄同軸電纜的最大優(yōu)點(diǎn)即是無(wú)線信號(hào)覆蓋均勻，但造價(jià)也偏大； 一體化耦合輻射單元投資遠(yuǎn)小于漏纜方案， 同時(shí)由于約100m設(shè)置一處，不僅可以有效減弱列車(chē)進(jìn)入隧道后的阻塞效應(yīng)，其無(wú)線信號(hào)覆蓋的均勻性也大大增強(qiáng)。在滿足覆蓋的技術(shù)條件下， 一體化輻射單元在節(jié)約成本、方便施工及維護(hù)方面是優(yōu)于漏泄同軸電纜的。3 3 總結(jié)由于其成本優(yōu)勢(shì)， 目前數(shù)字直放站還在大量應(yīng)用，隨著分布式基站技術(shù)的不斷更新，將會(huì)占據(jù)越來(lái)越大的市場(chǎng)； 同時(shí)漏纜目前也在廣泛應(yīng)用，但由于其成本高， 且需要大量的金屬銅，相信同樣能提供均勻無(wú)線信號(hào)的一體化耦合輻射單元將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。4 結(jié)束語(yǔ)鐵路建設(shè)方興未艾， 通信技術(shù)的發(fā)展也是日新月異，公網(wǎng)隧道覆蓋項(xiàng)目大多還在建設(shè)階段，還需