楊 銘 米 豐

中鐵電氣化集團(tuán)二公司 430074 武漢

北京地鐵2號線公用通信系統(tǒng)改造工程，旨在建立公用通信平臺及在此平臺上開展的移動通信業(yè)務(wù)、數(shù)字多媒體業(yè)務(wù)、導(dǎo)乘信息服務(wù)、無線增值業(yè)務(wù)等。修建于20世紀(jì)80年代的北京地鐵2號線，全線長23.61 km，18座運(yùn)營車站，全部為地下站，地鐵內(nèi)管線密布，位置狹小，實(shí)施無線覆蓋改造工程難度很大。

無線覆蓋系統(tǒng)如圖1所示，在車站通信機(jī)房分別設(shè)置一套上、下行POI(多網(wǎng)接入系統(tǒng))及移動通信信號源，包括中國移動、中國聯(lián)通、中國電信，各通信系統(tǒng)共用一套硬件天饋系統(tǒng)，上、下行區(qū)間隧道采用漏泄電纜進(jìn)行覆蓋。傳輸過程:各移動通信信號源的下行信號經(jīng)由POI進(jìn)行合路后，傳輸至隧道區(qū)間的漏泄電纜和站廳、站臺的天線，完成射頻信號的下行覆蓋;反之，來自漏泄電纜和站廳、站臺天線的上行信號，通過POI分路后分別送到各信號源上行信號接收端，完成射頻信號的上行傳輸。為避免多頻段、多系統(tǒng)之間的頻率干擾，增加相互之間的隔離度，采用收、發(fā)天饋系統(tǒng)分開設(shè)置的方式。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，GSM、CDMA、3G指標(biāo)參考移動通信行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)及頻率覆蓋見表1。

表1 系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)及頻率覆蓋

圖1 無線覆蓋系統(tǒng)

表2 不同網(wǎng)絡(luò)的無線信號覆蓋情況

1 隧道覆蓋方案

地鐵中通常要引入三大運(yùn)營商的信號，不同網(wǎng)絡(luò)的無線信號覆蓋情況應(yīng)分別計(jì)算。

1.1 基站最遠(yuǎn)有效覆蓋長度

以GSM900基站為例，基站的輸出功率36 dBm，預(yù)算末端信號覆蓋場強(qiáng)按－80dBm計(jì)算，漏纜型號為RLKU158-50JFNA，漏纜傳輸損耗為0.0225 dB/m，100 m保障切換區(qū)間長度損耗2.25 dB，耦合損耗為72 dB，3 m耦合損耗修正值1.71 dB，POI插損6 dB，四分路器插損6.5 dB，20 m 7/8"射頻跳線及接頭損耗0.8 dB，車體阻擋和人群擁擠損耗12 dB，基站最遠(yuǎn)有效覆蓋長度X為

GSM900基站最遠(yuǎn)有效覆蓋長度為655 m，同理其他基站最遠(yuǎn)有效覆蓋長度見表2。

由此可以看出，頻段高的系統(tǒng)其信號在隧道線纜中傳輸損耗更大，在同樣信號源輸出的情況下，信號有效覆蓋距離更短。為了滿足區(qū)間內(nèi)信號覆蓋要求，應(yīng)在信號覆蓋偏弱不能滿足指標(biāo)時(shí)采取補(bǔ)償措施。地鐵2號線利用光纖直放站進(jìn)行有源補(bǔ)償。

圖2 1502～2284m覆蓋模型

以DCS1800為例，基站最遠(yuǎn)有效覆蓋距離為356 m，滿足356×2=712 m的區(qū)間可以不加直放站。同理其他網(wǎng)絡(luò)的無源區(qū)間見表2。

1.2 光纖直放站最遠(yuǎn)有效覆蓋長度

和GSM900基站同樣的計(jì)算方法，可以得到光纖直放站2W遠(yuǎn)端機(jī)單側(cè)最遠(yuǎn)有效覆蓋長度，數(shù)據(jù)見表2。

1.3 網(wǎng)絡(luò)覆蓋計(jì)算

1．一套DCS1800光纖直放站。DCS1800基站最遠(yuǎn)有效覆蓋長度為356 m，無源區(qū)間為712 m，光纖直放站最遠(yuǎn)有效覆蓋長度為395 m，在區(qū)間內(nèi)設(shè)置一套DCS光纖直放站后，區(qū)間長度可達(dá)(356+395) ×2=1502 m。由此可知，對于712～1048 m的區(qū)間，設(shè)置一套DCS光纖直放站即可滿足覆蓋。

設(shè)置一套GSM、CDMA、3G光纖直放站后，可滿足覆蓋區(qū)間長度見表2。

2．二套DCS1800光纖直放站。DCS1800基站最遠(yuǎn)有效覆蓋長度為356 m，在區(qū)間內(nèi)設(shè)置2套DCS1800光纖直放站，可滿足覆蓋L=(356+395+395) ×2=2292m的區(qū)間。

由此可知，對于1502～2284 m的區(qū)間，設(shè)置DCS光纖直放站2套，3G光纖直放站和GSM/CDMA光纖直放站各一套即可滿足覆蓋。

根據(jù)不同類型和數(shù)量的直放站，將地鐵區(qū)間長度分為小于712 m(不加任何直放站);712～1048 m(加1個(gè)DCS直放站);1048～1310 m(加1個(gè)DCS和3G直放站);1310～1502 m(加1個(gè)DCS、3G和 GSM直放站);1502～2284 m(加2個(gè)DCS，加1個(gè)3G、CDMA和GSM直放站)等5種模型，以上模型覆蓋了北京地鐵2號線的所有區(qū)間。1502～2284 m模型見圖2所示。

2 車站覆蓋方案

2.1 站臺層天線覆蓋

地鐵站臺有島式和側(cè)式2種形式，特點(diǎn)是空間較大、均勻，但在站臺區(qū)域布放泄漏電纜存在施工難度大的問題，一般使用天線陣列的覆蓋方式。天線陣列方式能滿足覆蓋要求，同時(shí)也有效地降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。

圖3 島式站臺覆蓋方案平面示意圖

島式站臺是指上下行軌道在站臺的兩側(cè)，站臺在中間，見圖3。覆蓋站廳、站臺、通道的信號傳播鏈路較長，從機(jī)房到出站通道末端可能有200～300 m。信號通過射頻電纜和跳線的傳輸損耗，再加上幾十個(gè)耦合器、功分器的插損，到了末端信號功率可能不滿足覆蓋要求了。所以一般都需要從機(jī)房POI同時(shí)引出2條鏈路，沿各自的徑路布設(shè)，分?jǐn)偲骷牟鍝p。全向吸頂天線覆蓋范圍一般取20 m，為了保留系統(tǒng)余量，相鄰天線的間距設(shè)置為35 m。2條鏈路上天線應(yīng)交叉布點(diǎn)，一條鏈路上的天線應(yīng)設(shè)置在另一條鏈路上2副天線正中位置，這樣可以使站臺各點(diǎn)信號強(qiáng)度均勻。站臺區(qū)域的天線不僅為站臺上的人員提供信號，同時(shí)為?？空九_的列車上人員提供信號。天線與列車上人員間隔了列車車廂和屏蔽門，耦合損耗比較大，所以天線應(yīng)盡量靠近軌道側(cè)。

側(cè)式站臺是指上下行軌道在站臺的中間，覆蓋方案與島式站臺類似。

2.2 站廳、通道天線覆蓋

地鐵車站的站廳各式各樣，有大有小，通道走廊有長有短、有直有彎，所以覆蓋方案必須針對具體情況來定。選擇下面幾種典型的例子來說明。

圖4 站廳類型1

圖4車站站廳小，站廳兩側(cè)各有一個(gè)很短的出口通道。每個(gè)通道在上地面處有一個(gè)三岔口，比如宣武門站。站廳從B出口到C出口距離18 m;B、C出口通道均為8 m。在B、C通道的三岔口處分別設(shè)置一副天線，就能滿足覆蓋要求。

圖5車站站廳小，一側(cè)有出口通道，崇文門站是典型。通道長度約30 m，站廳從B出口到對面墻壁距離18 m。在站廳中央，B通道距離B口20 m處各設(shè)置一副天線，能滿足覆蓋要求。

圖5 站廳類型2

圖6站廳的左側(cè)是辦公區(qū)域，有很多辦公室、機(jī)房，組成2條細(xì)窄的辦公走廊;右側(cè)是下站臺的樓梯;上側(cè)是出口通道。站廳從A口到對面墻壁距離20 m，A口走廊長30 m，2條辦公走廊長30 m。在站廳中央、A口走廊中間、2條辦公走廊的中間各設(shè)置一副天線，這樣能滿足整個(gè)區(qū)域的覆蓋要求。

圖6 站廳類型3

圖7 站廳類型4

圖7車站站廳與宣武門站類似，站廳上下各有一個(gè)出口通道。不同之處在于通道較長，并且通道中有分岔口到另一個(gè)通道。站廳A出口到B出口距離20 m，A走廊長40 m，離A口10 m處與另一條走廊交叉。B走廊長30 m。覆蓋方案是站廳中間設(shè)置天線1，A走廊三岔口處設(shè)置天線2(可以兼顧3個(gè)方向)，A走廊中距離三岔口20 m處設(shè)置天線4，B走廊中央設(shè)置天線3，這樣站廳和走廊各處都得到很好的信號覆蓋。

圖8是復(fù)興門車站的一個(gè)站廳和走廊通道。復(fù)興門車站是典型的換乘車站，地鐵1號線和2號線在此交叉。2號線出口走廊中有一條換乘通道連接1號線車站站廳。站廳出口距離對面墻壁20 m，換乘通道口距離站廳20 m，整個(gè)B通道走廊長70 m，換乘通道長100 m。覆蓋方案是在站廳中央設(shè)置1副天線，在換乘通道中用漏纜進(jìn)行覆蓋，B走廊中再安裝2副天線增加覆蓋。采用漏纜覆蓋，是因?yàn)檫@個(gè)換乘通道是弧線，天線信號幾米就會被轉(zhuǎn)彎的墻壁遮擋，而漏纜正適合這樣的通道環(huán)境。圖9是西直門車站一個(gè)走廊的示意圖。西直門車站也是個(gè)換乘站，走廊很長且岔口眾多。這樣的走廊空間，天線布點(diǎn)原則是2副天線間距小于40 m;天線在滿足布點(diǎn)間距的情況下最好設(shè)置在岔口，可以兼顧多個(gè)方向的走廊;天線間距最好均勻，以免造成走廊中各處信號強(qiáng)度高低不等。根據(jù)這個(gè)原則，在A、B走廊交叉口設(shè)置天線1，在C、D走廊交叉口設(shè)置天線2，在C走廊距離 C口30 m處設(shè)置天線5。在D走廊轉(zhuǎn)彎處設(shè)置天線3，在更遠(yuǎn)處設(shè)置天線4。測試結(jié)果表明這個(gè)方案覆蓋了整個(gè)走廊區(qū)間。

圖8 站廳類型5

圖9 站廳類型6

2.3 天線布點(diǎn)需注意的問題

在屋頂上安裝的天線，高度要稍低于附近的管道、鋼槽等障礙，以避免對天線信號輻射的影響。在高低不平的屋頂上安裝天線，安裝位置在屋頂?shù)牡吞?。天線附近應(yīng)無直接遮擋物。

圖10是一個(gè)車站站廳的示意圖，按照站廳覆蓋方案，天線應(yīng)設(shè)置在站廳的中央位置，如圖10(1)所示。但是這個(gè)站廳的房頂比較特殊，其中部是一個(gè)裝飾結(jié)構(gòu)，凹進(jìn)去的圓形，這個(gè)圓形結(jié)構(gòu)比周圍屋頂高。如果天線還裝在站廳中央位置，旁邊低處的屋頂就會對天線輻射有遮擋，所以將天線調(diào)整到圓形結(jié)構(gòu)的邊沿，如圖10(2)所示。因?yàn)閳A形結(jié)構(gòu)也不大，所以移動天線位置并不影響信號在站廳空間的均勻性，又避免了信號被部分屋頂遮擋。

圖10 站廳天線安裝圖1

圖11 站天線安裝圖2

圖11是2個(gè)通道交叉口處的平面示意圖。在三岔口處一般都裝有指示牌，而天線一般也要裝在此處，如果不精心調(diào)整天線位置，就會遮擋天線，影響了信號的輻射。圖11(1)中，收發(fā)兩天線分別安裝在指示牌的兩側(cè)，這樣B、A通道中距離指示牌較近的地方，接收、發(fā)射信號各有一路受到指示牌遮擋。圖11(2)中，收發(fā)兩天線都安裝于指示牌的一側(cè)，這樣B通道距離指示牌較近的地方接受、發(fā)射2路信號都受到指示牌遮擋。圖11(3)中，收發(fā)兩天線安裝在指示牌側(cè)邊，指示牌遮擋不住A、B、C任何一個(gè)走廊的任一路信號，所以這種天線設(shè)置方案是正確的。

［1］中華人民共和國建設(shè)部．GB50382－2006．城市軌道交通通信工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］．北京:中國計(jì)劃出版社，2006．6．20.

［2］孫儒石．GSM數(shù)字移動通信工程［M］．北京:人民郵電出版社，2002，5.

［3］徐小濤．?dāng)?shù)字集群移動通信系統(tǒng)原理與應(yīng)用［M］．北京:人民郵電出版社，2008:53－70．