高世強

【摘要】隨著國內3G牌照的發(fā)放，作為人流密集區(qū)，地鐵上的3G服務日益必要和重要。文章在介紹了3G覆蓋系統(tǒng)主要設計技術指標之后，分析了3G信號尤其是TD信號的地鐵接入方式和鏈路預算方案，闡述了直放站與隧道多頻分合路器在地鐵覆蓋系統(tǒng)中的應用。

【關鍵詞】3G 地鐵 覆蓋 直放站 多頻分合路器

2009年1月，工信部正式發(fā)放了3G運營牌照，標志著3G在中國正式商業(yè)化，同時也拉開了三家運營商全面競爭的序幕。移動運營商的競爭主要在于入網(wǎng)客戶數(shù)，而客戶最關心的則是移動無線信號的覆蓋率。地鐵作為一個人流密集的區(qū)域，和越來越重要的交通工具，已是移動無線信號覆蓋的熱點地區(qū)。

隨著地鐵線網(wǎng)的形成，客流量高速增長，地下通信日益增多，乘客各類需求急劇增加。地鐵在為乘客提供安全、快捷和舒適的交通服務的同時，提供全方位的、不間斷的3G服務，將成為其必須配套和關乎乘客滿意度的服務，有利于提高地鐵綜合服務水平。

目前國家對3G頻率的分配是：

中國電信CDMA2000：1920MHz～1935MHz和2110MHz～2125MHz，

中國聯(lián)通WCDMA：1940MHz～1955MHz和2130MHz～2145MHz，

中國移動TD-SCDMA：1880MHz～1900MHz和2010MHz～2025MHz。

1 3G覆蓋系統(tǒng)主要設計技術指標

1.1 TD-SCDMA服務質量指標

（1）信號覆蓋電平

考慮HSDPA高速數(shù)據(jù)業(yè)務需求，95%以上的覆蓋區(qū)域P-CCPCH電平RSCP≥-85dBm，C/I>5dB。

（2）移動臺最大發(fā)射功率

目標覆蓋區(qū)域內95％以上位置，語音業(yè)務移動臺發(fā)射信號總功率在隧道內應不超過15dBm，其它區(qū)域應不超過10dBm；數(shù)據(jù)業(yè)務移動臺發(fā)射信號總功率不超過20dBm。

（3）上下行誤塊率（BLER）

對于12.2kbps的語音業(yè)務，BLER≤1%；

對于64kbps的CS數(shù)據(jù)業(yè)務，BLER≤0.1%；

對于PS數(shù)據(jù)業(yè)務，BLER≤10%。

（4）切換成功率

地鐵內不同信源之間：切換成功率>98％；

室外與室內之間：切換成功率>95％。

（5）接通率

保證覆蓋區(qū)域內信號強度基本均勻分布，目標覆蓋區(qū)域內98％的位置、99％的時間移動臺可接入網(wǎng)絡。

（6）掉話率

忙時話務統(tǒng)計掉話率<1.5％。

（7）信號外泄

地鐵覆蓋系統(tǒng)不得過度覆蓋室外，在距地鐵出口10米以外，室內信號的電平比室外信號的低9dB以上。

如地鐵出口室外信號較弱，地鐵內基站泄漏至室外10米以外的導頻信號強度應不高于-95dBm。

（8）上行噪聲電平

基站接收端上行噪聲抬升值小于3dB。

（9）同步要求

TD-SCDMA系統(tǒng)的同步率必須達到100％。

1.2 WCDMA服務質量指標

（1）信號覆蓋電平

要考慮CS12.2K、CS64K、PS384K等業(yè)務的連續(xù)覆蓋；邊緣導頻功率≥-85dBm，Ec/Io≥-8dB。

（2）移動臺最大發(fā)射功率

目標覆蓋區(qū)域內95％以上位置，語音業(yè)務移動臺發(fā)射信號總功率在隧道內應不超過15dBm，其它區(qū)域應不超過10dBm；數(shù)據(jù)業(yè)務移動臺發(fā)射信號總功率不超過20dBm。

（3）上下行誤塊率（BLER）

對于12.2kbps的語音業(yè)務，BLER≤1%；

對于64kbps的CS數(shù)據(jù)業(yè)務，BLER≤0.1%；

對于PS數(shù)據(jù)業(yè)務，BLER≤10%。

（4）切換成功率

地鐵內不同信源之間：軟/更軟切換成功率>98％；

室外與室內之間：軟/更軟切換成功率>98％，異頻硬切換成功率>95％。

（5）接通率

保證覆蓋區(qū)域內信號強度基本均勻分布，目標覆蓋區(qū)域內98％的位置、99％的時間移動臺可接入網(wǎng)絡。

（6）掉話率

忙時話務統(tǒng)計掉話率<1.0％。

（7）信號外泄

地鐵內基站泄漏至室外10米處的導頻信號強度應不高于-85dBm。

（8）上行噪聲電平

在基站接收端位置收到的上行噪聲電平小于-103dBm/3.84MHz。

（9）RAB 建立成功率

電路域RAB建立成功率≥98％，分組域RAB 建立成功率≥98％。

（10）業(yè)務擁塞率

業(yè)務擁塞率≤2％。

2 3G信號地鐵接入方式分析

2.1 3G系統(tǒng)接入方式

3G接入考慮的主要是TD的接入，TD的解決了，其他兩個系統(tǒng)也就迎刃而解了。所以本文主要分析TD的接入方式。

目前TD引入天饋系統(tǒng)有兩種方式：一是采用POI饋入漏纜，二是采用TD接入器合路到天饋系統(tǒng)中。兩種方式相比，前者信源需要更大的功率輸出，根據(jù)目前TD系統(tǒng)產品的特點，采用第二種方式更為合理，可以節(jié)省系統(tǒng)功率，獲得較遠的覆蓋范圍。

TD-SCDMA系統(tǒng)在地鐵內不能使用智能天線，針對TD-SCDMA信號源小功率、多通道的特點，通過TD-SCDMA接入器從POI后端合路到系統(tǒng)鏈路中，用多個小功率輸出通道分別覆蓋不同的區(qū)域，形成多通道方式。

系統(tǒng)合路方式如圖1所示：

2.2 TD接入系統(tǒng)上下行鏈路比較

TD-SCDMA無論是接入系統(tǒng)上行鏈路還是下行鏈路，都要滿足各個系統(tǒng)之間的隔離度要求，使各系統(tǒng)能夠共容，相互間不產生干擾。TD-SCDMA信號接入系統(tǒng)上行鏈路時，主要考慮TD下行發(fā)射大功率信號雜散落入其他系統(tǒng)上行頻段而對其他系統(tǒng)上行信號造成的干擾。TD-SCDMA信號接入系統(tǒng)下行鏈路時，主要考慮其他系統(tǒng)下行輸出功率信號雜散落入TD工作頻段而對TD上行造成的干擾。落入系統(tǒng)的雜散功率不能高于本系統(tǒng)的熱噪聲功率。

TD落入其他系統(tǒng)的雜散功率如表1所示：

從上面兩表中可以確定出TD與其他系統(tǒng)間的隔離度要求。為了盡可能減少對2G上行的干擾，還是考慮將TD信號接入下行鏈路。

3 鏈路預算技術方案

在3G系統(tǒng)中，信號電平仍是判斷系統(tǒng)覆蓋強弱的關鍵性指標，而主公共信道P-CCPCH的RSCP是衡量3G信號電平強度的指標。除了滿足公共信道的電平要求外，業(yè)務信道的信號干擾噪聲比SIR是決定系統(tǒng)業(yè)務覆蓋距離的最終因素。由于具有CDMA性質的自干擾性，SIR和信號電平對應關系的不確定性要遠大于TDMA性質的GSM系統(tǒng)，且和物理傳播環(huán)境、系統(tǒng)容量等因素密切相關。

3.1 站廳天線覆蓋系統(tǒng)

地鐵環(huán)境車站站廳比較空曠，站廳收發(fā)天線之間為視距時，場強可以按照自由空間公式計算。自由空間路徑損耗公式：

Lbf(dB)=32.4478+20lgf(MHz)+20lgd(km)（1）

移動覆蓋系統(tǒng)在設計初期，站廳天線分布就應對3G做預留，天線間隔按2G兼容3G考慮，兩天線間隔取20～30米，即單天線覆蓋半徑按10～15米設置。按照公式（1），各通信系統(tǒng)空間路徑損耗如表3所示：

在站廳場強預算時，依然要考慮到人流密度、快衰落余量及系統(tǒng)余量等因素，這些因素的取值來自于經驗值，而通過試驗來進一步校正。

大廳吸頂天線端口需要功率為：

Po≥Pi+L1+L2+L3-L4

其中，Po：站廳天線端口電平；

Pi：邊緣場強電平；

L1：15m空間損耗；

L2：系統(tǒng)余量及快衰落余量（取6dB）；

L3：人流密度損耗（取7dB）；

L4：天線增益（取0dB）。

邊緣場強要達到-85dBm，各系統(tǒng)對單天線輸入功率如表4所示：

3.2 隧道區(qū)間

地鐵隧道一般都采用1-5/8＂漏泄電纜進行場強覆蓋，地鐵環(huán)境下主流廠商1-5/8＂漏泄電纜傳輸損耗、耦合損耗指標如表5所示：

計算隧道區(qū)間場強覆蓋時，主要考慮的因素一般有：

基站下行發(fā)射功率；

漏泄同軸電纜的傳輸損耗、耦合損耗，與移動臺接收天線距離大于2米時的附加損耗；

基站能量分配及路徑損耗；

越區(qū)切換場強重疊區(qū)余量；

列車高速移動過程中的多普勒頻移、多徑效應引起的快、慢衰落余量；

隧道效應所帶來的附加損耗；

車廂車體屏蔽所帶來的附加損耗；

人體（含列車滿載乘客時）屏蔽所帶來的附加損耗等。

為了保證邊緣場強要求，隧道內漏纜末端電平P0為：

P0≥P1+L1+L2+L3+N1+N2

其中，P0：隧道內漏纜末端電平；

P1：邊緣場強；

L1：漏纜耦合損耗；

L2：車廂屏蔽損耗；

L3：人體損耗；

N1：大于2米漏泄電纜附加損耗；

N2：系統(tǒng)余量及快衰落余量。

由此可以計算出各通信系統(tǒng)在滿足邊緣場強要求時，漏泄電纜末端所需要的最小功率，如表6所示：

通過以上計算，再結合基站輸出功率及漏泄電纜的傳輸損耗，就能計算出基站能量的覆蓋距離，如表7所示：

由此可以看出，3G系統(tǒng)信號在傳輸350米后就需要設置有源設備來進一步延伸覆蓋。

由直放站（或RRU）輸出功率及漏泄電纜的傳輸損耗，就能計算出直放站（或RRU）能量的覆蓋距離，如表8所示：

由以上分析計算可看出，對于3G信號，基站能量覆蓋距離（兩端）為700米左右，直放站（或RRU）能量覆蓋距離大約也為700米。

4 直放站與隧道多頻分合路器

對于3G系統(tǒng)而言，直放站作為網(wǎng)絡覆蓋的重要延伸單元，在地鐵覆蓋中仍有其不可替代的作用。但是在TD-SCDMA系統(tǒng)中，直放站嚴禁串聯(lián)使用，信號源單元單通道所接直放站總數(shù)不應超過3個。

4.1 直放站設置

直放站前（后）端設置多頻段分合路器，將漏纜中傳輸?shù)亩嘞到y(tǒng)、寬頻信號按系統(tǒng)制式分路出來，分別進行放大，

4.2 隧道多頻段分合路器

根據(jù)2G和3G直放站的設置位置不同，將隧道多頻段分合路器分為2種：

（1）多頻分合路器I

多頻分合路器I設置在需安裝2G和3G直放站處，將漏泄電纜中傳輸?shù)亩嘞到y(tǒng)寬頻信號按不同的制式分離出來，送入各自制式的直放站。在大于1500米的隧道區(qū)間且同時設有2G和3G光纖直放站的地點使用。

（2）多頻分合路器II

由于3G工作頻率較高，鏈路損耗大，3G（包括DCS）信號在漏泄電纜中的覆蓋距離比2G信號覆蓋距離短。小于1500米的隧道區(qū)間設置1套3G光纖直放站，采用隧道多頻分合路器II。多頻分合路器II設置在只需安裝3G直放站處，2G等其他信號直接通過。

參考文獻

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