郝云飛 李來杰 傅文中

（中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司 深圳 518048）

1 覆蓋分析

現(xiàn)階段建設(shè)的高架輕軌路段多為城市區(qū)域，途徑區(qū)域商住樓宇鱗次櫛比，為用戶密集區(qū)域。同時輕軌工程一般高于路面，移動臺收到的無線信號相對路面更為雜亂，干擾水平也更高且信號抖動衰落迅速。當輕軌列車在高架上行進時，單個呼叫所引起的切換數(shù)量和信令流量則成倍提高；同時車上用戶所攜帶的大批移動臺快速移動，對周邊小區(qū)、網(wǎng)元的無線信道質(zhì)量和信令負荷將帶來很大沖擊。僅僅依靠普通蜂窩網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋難以為用戶提供穩(wěn)定的通信質(zhì)量，而且網(wǎng)絡(luò)自身也會受到一定影響。

采用專網(wǎng)覆蓋形式，將輕軌覆蓋與普通網(wǎng)絡(luò)分層規(guī)劃設(shè)計，是解決這一問題的有效辦法。它不僅可以減少輕軌用戶快速移動對網(wǎng)絡(luò)帶來的沖擊，同時也能大大提高對輕軌用戶的服務(wù)質(zhì)量。而泄漏電纜做為一種特殊天線，具有覆蓋距離長，耦合半徑小，漏纜信號衰減優(yōu)于空間傳播的特點，是實現(xiàn)輕軌高架專網(wǎng)覆蓋的首選方式。

2 漏纜射頻特性

漏泄電纜的系統(tǒng)損耗是指的傳輸衰減和耦合損耗的總和。在一定的設(shè)計標準要求下，傳輸損耗和耦合損耗具有此消彼長的關(guān)系。

傳輸損耗：也稱為傳輸衰減或者介入損耗，主要指傳輸線路的線性損耗，受距離影響且隨頻率而變化，以dB/100m表示。它同時包括了三個因素：泄漏損耗、導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗。傳輸損耗的公式表述如下所示：

耦合損耗：定義為同軸波模的功率與位于離開泄漏電纜一定位置上（一般取2m處）的偶極子天線的接收功率之比值。它是表征電纜輻射出的電磁波在泄漏電纜和移動接收機之間的路徑損耗或信號衰減度量值。表1為某工程項目中應(yīng)用的某型漏纜（15/8英寸，+20℃）的射頻特性：

表1 某型泄漏電纜射頻特性

在一些特殊的開放式環(huán)境當中，例如，城際輕軌、CRH快線、專用通信系統(tǒng)等等，由于常規(guī)的基站和天饋系統(tǒng)受環(huán)境影響，難以提供較好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，這時采用泄露電纜則不失為一種有效手段。

3 漏纜覆蓋設(shè)計

在考慮GSM和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)泄露電纜覆蓋輕軌干線應(yīng)用的時候，主要考慮兩方面問題：一是能夠?qū)υO(shè)計范圍以內(nèi)的覆蓋目標提供穩(wěn)定可靠的通信信道；二是對設(shè)計范圍以外要求避免信號越區(qū)覆蓋和達到足夠小的干擾水平。

3.1 漏纜選型

設(shè)計漏纜覆蓋首先考慮的是根據(jù)無線環(huán)境及覆蓋需要確定漏纜的類型。泄露電纜根據(jù)電磁波泄露輻射方式分為兩類：耦合型和輻射型。

耦合型漏纜的外導(dǎo)體開槽間距遠小于工作波長。工作時電磁場通過小孔衍射，產(chǎn)生外導(dǎo)體外側(cè)的電磁場輻射。因此，耦合型漏纜適合于寬頻信號的覆蓋，且能量無明顯方向性，容易隨距離增加迅速衰減。耦合型漏纜的應(yīng)用范圍非常廣泛。

輻射型漏纜則通過特別設(shè)計外導(dǎo)體上開槽的形狀、大小和節(jié)距，以實現(xiàn)漏泄同軸電纜在某一頻率具有非常穩(wěn)定的系統(tǒng)損耗。輻射型漏纜的外導(dǎo)體上開槽間距為1/2個λ或其整數(shù)倍。其槽孔結(jié)構(gòu)使得相應(yīng)頻率的信號同相疊加，對漏纜輻射的信號頻率有較好的選擇性，且傳輸衰耗較小。因此對于特殊要求的覆蓋，采用輻射型漏纜往往會取得較穩(wěn)定的覆蓋效果。

從工程設(shè)計出發(fā)，覆蓋輕高架和輕軌的漏纜選型的兩個要點：一是滿足接入系統(tǒng)基本射頻特性要求，例如：GSM、TD-SCDMA多制式系統(tǒng)；二是盡量選用傳輸衰耗指標較小的漏纜。

3.2 覆蓋設(shè)計

在輕軌干線的GSM、TD-SCDMA雙網(wǎng)漏纜覆蓋規(guī)劃設(shè)計中，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)由于頻點豐富，頻率規(guī)劃簡單，很容易通過多頻點的規(guī)劃對輕軌高架實現(xiàn)專網(wǎng)覆蓋。而GSM網(wǎng)絡(luò)由于用戶眾多，本身頻點資源緊張，頻率規(guī)劃難度很大，則是需要數(shù)量估算完成工程設(shè)計。

實際工程案例中，泄漏電纜安裝在地鐵輕軌列車窗外約1m處車軌方向的外側(cè)，信號覆蓋方向向內(nèi)，有效覆蓋車廂內(nèi)用戶?？赡苁艿叫孤╇娎|干擾的用戶主要位于周邊建筑樓宇內(nèi)。現(xiàn)場勘察核實途徑的密集城區(qū)存在最緊張的覆蓋估算環(huán)境，有關(guān)估算參數(shù)如表2所示。

如果設(shè)計要求列車內(nèi)乘客的終端接收信號功率，Rx>-85dBm，則有:

Pmin＝Po+L1+L2+L1＝12dBm；滿足車廂覆蓋的最小波模功率；

Pmax＝Po+L2+L2+L3+L4-L5＝21dBm；滿足不發(fā)生泄漏干擾的最大波模功率；

表2 漏纜開放式覆蓋參數(shù)

由上可知，泄露電纜功率滿足Pmax>P>Pmin時，漏纜覆蓋不但可以正常覆蓋地鐵輕軌，而且也不會對外網(wǎng)移動臺造成干擾。易得900MHz網(wǎng)絡(luò)物理連續(xù)最大漏纜長度：

實際工程上可通過雙向信號放大設(shè)計，連續(xù)同信號覆蓋長度可達666m，如果再通過增加光纖遠端設(shè)備，則可將覆蓋繼續(xù)延伸。

在確定了覆蓋傳播模型的各項參數(shù)后，非目標客戶的空間耦合距離D2決定了室外泄漏電纜應(yīng)用的可行性和每段電纜的最大長度，超過此長度則需重新分段后放大。其目的是將泄漏電纜的發(fā)射功率嚴格控制在Pmax和Pmin之間，確保專網(wǎng)和外網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。

3.3 切換設(shè)計

由于輕軌路線較長，相鄰小區(qū)很多，專網(wǎng)往往跨越了多個位置區(qū)。為了保證切換成功率，工程設(shè)計可考慮將切換完成在列車慢速行駛階段，例如進出站臺過程中，漏纜信號與站臺分布系統(tǒng)切換。而對于需要在輕軌區(qū)間完成的切換，一個可行的設(shè)計方法示意如圖1所示。

圖1 漏纜輕軌覆蓋切換示意

切換過程發(fā)生在連續(xù)的漏纜覆蓋當中，從漏纜的雙方向?qū)啥饲袚Q信號輸入。信號在漏纜當中經(jīng)過衰減，自然形成切換區(qū)域。輕軌列車行進過程中直接經(jīng)過源信號的衰落和目標信號增強，實現(xiàn)順利切換。

為了確保整體網(wǎng)絡(luò)性能，在設(shè)計專網(wǎng)的時候應(yīng)盡量將輕軌覆蓋的所有小區(qū)，包括輕軌干線覆蓋小區(qū)和站臺分布系統(tǒng)編入一個位置區(qū)，并且盡量使移動中的位置更新發(fā)生在用戶離散式地慢速進出輕軌站臺過程中。這樣可以避免大量用戶終端在列車行進過程中，集體進行位置更新對網(wǎng)元造成的巨大沖擊。

4 總結(jié)

不斷擴張變化的城市環(huán)境，需要不斷創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計。在開放環(huán)境中嘗試應(yīng)用泄漏電纜實現(xiàn)輕軌干線的專網(wǎng)覆蓋，在國內(nèi)尚屬首次。我們在設(shè)計研究過程中，也面臨了一些常規(guī)方案所沒有的問題，但是經(jīng)過具體的分析和工程實踐，通過合理選型、覆蓋設(shè)計和切換設(shè)計，證明采用泄漏電纜專網(wǎng)覆蓋模式是適合輕軌，以及高鐵、CRH和類似專用通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋方案。

[1] 蘇華鴻等編著. 蜂窩移動通信射頻工程. 北京：人民郵電出版社，2005, 1

[2] 楊大成等編著. 移動傳播環(huán)境（理論基礎(chǔ)·分析方法和建模技術(shù)）. 北京：機械工業(yè)出版社，2003，8