崔 成

（珠海漢勝科技股份有限公司，廣東珠海 519180）

隨著國(guó)家鐵路“四縱”、“四橫”及沿海經(jīng)濟(jì)圈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)等線(xiàn)路的全面建設(shè)，鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)已經(jīng)成為鐵路未來(lái)發(fā)展的一大趨勢(shì)，而鐵路沿線(xiàn)隧道的弱盲區(qū)公網(wǎng)信號(hào)覆蓋問(wèn)題已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，解決好客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的信號(hào)覆蓋問(wèn)題已刻不容緩。

1 客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題分析

客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)上鐵路隧道一般比較狹窄，當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，被列車(chē)填充后剩余的空間很小，這對(duì)信號(hào)傳播會(huì)有很大影響，即所謂的“填充效應(yīng)”。采用天線(xiàn)覆蓋方案時(shí)，隧道內(nèi)電波傳播波動(dòng)范圍較大，受隧道物理特性影響大。另外，天線(xiàn)系統(tǒng)的安裝空間有限，選擇天線(xiàn)的尺寸和增益也必然受到很大限制。按照以往的分布式天線(xiàn)覆蓋方式很難達(dá)到覆蓋效果，而泄漏電纜在弱盲區(qū)或盲區(qū)的信號(hào)覆蓋則能得到很好的發(fā)揮。

2 泄漏電纜簡(jiǎn)介

2.1 泄漏電纜的結(jié)構(gòu)

泄漏同軸電纜通常又簡(jiǎn)稱(chēng)泄漏電纜或漏泄電纜，其結(jié)構(gòu)與普通的同軸電纜基本一致，由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣介質(zhì)和開(kāi)有周期性槽孔的外導(dǎo)體3部分組成,泄漏電纜兼具天線(xiàn)和傳輸線(xiàn)雙重效用。圖1為泄漏電纜的傳輸原理示意圖。

2.2 泄漏電纜的工作原理

橫向電磁波通過(guò)同軸電纜從發(fā)射端傳至電纜的另一端。當(dāng)電纜外導(dǎo)體完全封閉時(shí)，電纜傳輸?shù)男盘?hào)與外界是完全屏蔽的。然而通過(guò)同軸電纜外導(dǎo)體上所開(kāi)的槽孔，電纜內(nèi)傳輸?shù)囊徊糠蛛姶拍芰堪l(fā)送至外界環(huán)境。同樣，外界能量也能傳入電纜內(nèi)部。外導(dǎo)體上的槽孔使電纜內(nèi)部電磁場(chǎng)和外界電波之間產(chǎn)生耦合。具體的耦合機(jī)制取決于槽孔的排列形式。

2.3 泄漏電纜的種類(lèi)

根據(jù)信號(hào)與外界的耦合機(jī)制不同，主要分為兩種漏纜，即輻射型漏纜和耦合型漏纜。

（1）輻射型（RMC） 原理：在光滑外導(dǎo)體上開(kāi)槽，電磁場(chǎng)由電纜外導(dǎo)體上周期性排列的槽孔產(chǎn)生，槽孔間距（d）與工作波長(zhǎng)（λ）相當(dāng)。特點(diǎn)：輻射的電磁波具有一定的角度，該角度由開(kāi)槽間隔和傳播信號(hào)頻率決定。比較適合于特定頻段、較長(zhǎng)徑向范圍的信號(hào)覆蓋。輻射型漏纜示意如圖2所示。

（2）耦合型（CMC）原理: 在波紋饋線(xiàn)的外導(dǎo)體上開(kāi)一組節(jié)距遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)的小孔，電流沿外導(dǎo)體外部傳輸。特點(diǎn)：電流平行于電纜軸線(xiàn)，電磁能量以同心圓的形式緊密分布在電纜周?chē)?，所以這種模式也被稱(chēng)為“表面電磁波”。比較適合于寬頻段、較短徑向范圍的信號(hào)覆蓋。耦合型漏纜示意如圖3所示。

2.4 泄漏電纜的性能指標(biāo)

漏泄電纜主要電性能指標(biāo)：頻率范圍、特性阻抗、耦合損耗、縱向衰減、總損耗的變化范圍、駐波比和傳輸時(shí)延。主要物理性能指標(biāo)：絕緣電阻、絕緣介質(zhì)強(qiáng)度(耐壓)、阻燃和煙毒性能、抗扭力和彎曲性能、密封性。

影響泄漏電纜輻射性能的主要指標(biāo)為縱向衰減常數(shù)和耦合損耗。

（1）縱向衰減：衰減常數(shù)是考核電磁波在電纜內(nèi)部所傳輸能量損失的最重要特性。

普通同軸電纜內(nèi)部的信號(hào)在一定頻率下，隨傳輸距離而變?nèi)?。衰減性能主要取決于絕緣層的類(lèi)型及電纜的大小。而對(duì)于泄漏電纜來(lái)說(shuō)，周邊環(huán)境也會(huì)影響衰減性能，因?yàn)殡娎|內(nèi)部少部分能量在外導(dǎo)體附近的外界環(huán)境中傳播。因此衰減性能也受制于外導(dǎo)體槽孔的排列方式。

（2）耦合損耗：耦合損耗描述的是電纜外部因耦合產(chǎn)生且被外界天線(xiàn)接收能量大小的指標(biāo)，圖4為泄漏電纜耦合損耗測(cè)試示意圖。

耦合損耗公式表示為：Lc=10lg(Pt/Pr)

其中：

Lc：耦合損耗；

Pt：泄漏同軸電纜內(nèi)某點(diǎn)的傳輸功率；

Pr：標(biāo)準(zhǔn)半波偶極子天線(xiàn)在該點(diǎn)的接收功率。

如圖4所示，通過(guò)相應(yīng)儀器，可測(cè)試出泄漏電纜中任意點(diǎn)的耦合損耗值，根據(jù)耦合損耗值所出現(xiàn)的概率可分為：1）以50%概率定義的耦合損耗，即測(cè)試點(diǎn)耦合損耗的數(shù)據(jù)有50%小于或好于定義值，一般記為L(zhǎng)c50；2）以95%概率定義的耦合損耗，即測(cè)試點(diǎn)耦合損耗的數(shù)據(jù)有95%小于或好于定義值，一般記為L(zhǎng)c95。

2.5 泄漏電纜的優(yōu)勢(shì)

目前，泄漏電纜的頻段覆蓋從75 MHz到2.6 GHz以上，適應(yīng)現(xiàn)有的各種無(wú)線(xiàn)通信制式，應(yīng)用場(chǎng)合包括無(wú)線(xiàn)傳播受限的地鐵、鐵路隧道和公路隧道等。同時(shí)泄漏電纜也適用于室內(nèi)覆蓋。

與傳統(tǒng)的天饋系統(tǒng)相比，泄漏電纜天饋系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是信號(hào)覆蓋均勻，尤其適合隧道等狹長(zhǎng)空間，可減少信號(hào)陰影及遮擋，受“填充效應(yīng)”影響小；二是泄漏電纜本質(zhì)上是寬頻帶系統(tǒng)，某些型號(hào)的泄漏電纜可同時(shí)用于CDMA800、GSM900、GSM1800、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、WLAN 等系統(tǒng)。

3 使用泄漏電纜進(jìn)行覆蓋的規(guī)劃設(shè)計(jì)

在進(jìn)行隧道覆蓋規(guī)劃之前，一般需要知道以下一些數(shù)據(jù)：隧道長(zhǎng)度、隧道寬度、隧道孔數(shù)（1或2）、需要的覆蓋概率（50%，90%，95%，98%或99%）、隧道結(jié)構(gòu)（金屬結(jié)構(gòu)還是混凝土結(jié)構(gòu)）、總共考慮多少個(gè)載頻、隧道中最小接收電平、隧道入口處的信號(hào)電平大小、隧道內(nèi)部已有信號(hào)電平大小等。

根據(jù)隧道的實(shí)際情況，選用合適種類(lèi)的泄漏電纜，選用泄漏電纜時(shí)需考慮的因素：泄漏電纜的系統(tǒng)損耗、各種接插件及跳線(xiàn)的插損、環(huán)境條件影響所必須考慮的設(shè)計(jì)余量、設(shè)備的輸出功率、中繼器的增益以及設(shè)備的最低接受工作電平等。

4 泄漏電纜在客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的應(yīng)用案例

下面以滬寧高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鎮(zhèn)江段某隧道公網(wǎng)泄漏電纜覆蓋方案為例，進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

4.1 滬寧高速鐵路某隧道概述

滬寧城際高速鐵路是長(zhǎng)江三角洲地區(qū)城際客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的重要組成部分。該鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速350 km，鐵路干線(xiàn)斜穿經(jīng)過(guò)鎮(zhèn)江市，在鎮(zhèn)江區(qū)域內(nèi)有1個(gè)隧道。隧道長(zhǎng)為1.5 km，隧道設(shè)計(jì)寬約20 m，隧道凈空高度約10 m。隧道內(nèi)手機(jī)信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)在－100 dBm左右，大部分地方甚至脫網(wǎng)。

4.2 設(shè)計(jì)方案分析

該覆蓋方案主要針對(duì)電信CDMA800系統(tǒng)，同時(shí)兼顧1 800、2 400 MHz的3 G擴(kuò)容，對(duì)隧道全部區(qū)域進(jìn)行覆蓋。擬定使用新增宏蜂窩基站加上高鐵隧道附近原有的宏蜂窩為信源基站對(duì)隧道進(jìn)行覆蓋，覆蓋方式為從隧道中間段分開(kāi)兩邊各采用泄漏電纜覆蓋，本方案采用RRU或室外光纖直放站作為應(yīng)用設(shè)備。

4.2.1 設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

（1）無(wú)線(xiàn)覆蓋區(qū)內(nèi)可接通率：要求在無(wú)線(xiàn)覆蓋區(qū)內(nèi)95%的位置、99%的時(shí)間可接入網(wǎng)絡(luò)。

（2）無(wú)線(xiàn)覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)：室內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)≥-85 dBm。

（3）在基站接收端位置收到的上行噪聲電平小于-120 dBm。

（4）室內(nèi)覆蓋站與周?chē)餍^(qū)之間有良好的無(wú)間斷切換。

4.2.2 泄漏電纜及其他中繼設(shè)備的選取

（1）直放站的類(lèi)型確定：所選站點(diǎn)具備室外光纖直放站的安裝條件，選用CDMA寬帶直放站可將對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響降至最低。擬選用4臺(tái)CDMA室外光纖直放站，直放站輸出功率電平值為40 dBm。

（2）信源小區(qū)的確定：由于信源使用的是宏蜂窩基站，信源小區(qū)由電信公司確定。采用2個(gè)小區(qū)分區(qū)覆蓋，初步擬定分區(qū)方式為在隧道中間處為界，兩邊采用相同的小區(qū)進(jìn)行覆蓋。

（3）泄漏電纜型號(hào)的選取：通過(guò)多廠(chǎng)家泄漏電纜的綜合性?xún)r(jià)比較，選用中高頻段用1-5/8″泄漏電纜，電纜型號(hào)為RMC 50MH-158?？紤]到隧道寬度因數(shù)對(duì)信號(hào)覆蓋影響較大，布放2根電纜在隧道兩側(cè)進(jìn)行覆蓋，泄漏電纜為3 km。

（4）其他天饋器件的選用：對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)、15 dB耦合器、2 W負(fù)載、1/2″、7/8″饋線(xiàn)及相應(yīng)連接器等。

4.2.3 具體的系統(tǒng)鏈路分析

系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖5所示。

根據(jù)鏈路預(yù)算原則，找出鏈路最長(zhǎng)、信號(hào)損耗最大的一條泄漏電纜路由進(jìn)行上下行鏈路預(yù)算。

在本案例中，泄漏電纜最長(zhǎng)段為750 m，使用頻段為800 MHz。表1為所選段上下行鏈路的電平強(qiáng)度預(yù)算結(jié)果。

表1 隧道某段上下行鏈路強(qiáng)度預(yù)算結(jié)果

根據(jù)表1可以看出，隧道上下行鏈路均滿(mǎn)足覆蓋要求。

綜上所述，直放站（RRU）加泄漏電纜的覆蓋方案能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，且安裝方便，覆蓋效果均勻、可靠，是客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)隧道無(wú)線(xiàn)覆蓋的首選方案。

5 結(jié)論

我國(guó)的高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)正處在快速發(fā)展階段。利用現(xiàn)代泄漏電纜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的全線(xiàn)無(wú)線(xiàn)覆蓋，確保公網(wǎng)信號(hào)通信暢通，對(duì)提高鐵路事業(yè)的發(fā)展，提升運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)品牌和綜合競(jìng)爭(zhēng)力有著十分深遠(yuǎn)的意義。

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