陸錦榮，張偉勤，羅忠威

（1.中國鐵塔股份有限公司湖南省分公司，湖南 長沙 410000；2.北京中網(wǎng)華通設(shè)計咨詢有限公司，北京 100070）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高以及城市化進(jìn)程的日趨加速，城市建設(shè)用地寸土寸金，為獲得土地最佳投資回報，高層、超高層建筑在全國各地遍地開花。高層建筑引入的特種電梯、高速電梯帶來了電梯內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋難題，如特種電梯金屬轎廂的屏蔽效應(yīng)，高速電梯的多普勒效應(yīng)，高低頻率長距離傳輸?shù)耐礁采w問題等等，這都是電梯移動通信覆蓋系統(tǒng)建設(shè)的難點(diǎn)。

高層電梯一般分布在高檔住宅、高檔寫字樓及地標(biāo)性建筑中，這里運(yùn)營商高端客戶云集，是運(yùn)營商品牌形象展示的必爭之地。同時，高層電梯的移動通信覆蓋也是解決該特殊場所緊急突發(fā)事情的一項(xiàng)便民工程。各通信運(yùn)營商做好高層電梯覆蓋既是滿足客戶的需求，也是各通信運(yùn)營商社會責(zé)任感的體現(xiàn)。

2 常見高層電梯覆蓋方式比較

電梯本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其所處的位置環(huán)境，使其容易成為移動通信系統(tǒng)覆蓋的盲區(qū)[1]：

（1）電梯一般位于樓宇的中心，且井道壁一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，信號遮擋嚴(yán)重，室外信號無法到達(dá)井道內(nèi)；

（2）電梯井道為狹長型結(jié)構(gòu)，無線信號在電梯井內(nèi)傳輸容易產(chǎn)生隧道效應(yīng)，導(dǎo)致衰耗加快；

（3）電梯轎廂運(yùn)行時為封閉金屬結(jié)構(gòu)，對電磁信號具有很強(qiáng)的屏蔽效應(yīng)；

（4）電梯高速運(yùn)行時，由于移動臺與發(fā)射點(diǎn)掠射角的變化，一般還伴隨著多普勒效應(yīng)，導(dǎo)致信號不穩(wěn)定。

高層電梯的移動通信覆蓋主要有以下四種解決方案：電梯廳兼顧覆蓋方式、井道壁安裝定向天線方式、轎廂隨動覆蓋方式和泄漏電纜覆蓋方式，具體如圖1所示。

2.1 電梯廳兼顧覆蓋方式

電梯廳兼顧覆蓋方式主要是在建筑每層的電梯廳門口，布放吸頂天線或者定向天線，無線信號透過電梯門和電梯廳墻體對電梯轎廂進(jìn)行覆蓋。

該種覆蓋方式一般通過平層信號兼顧電梯覆蓋，但受限于信源覆蓋能力或者小區(qū)容量規(guī)劃，高層樓宇一般高中低層小區(qū)分層覆蓋，極端情況下每層信號都分屬不同小區(qū)，運(yùn)行時易產(chǎn)生頻繁切換。同時，電梯信號還受電梯運(yùn)行狀態(tài)影響，開門時信號較好，關(guān)門時信號較差，覆蓋質(zhì)量難以保障，容易掉話。

該種覆蓋方式一般應(yīng)用于商場矮層電梯或者觀光電梯的覆蓋，以及個別不具備井道施工的高層電梯覆蓋。

2.2 井道壁安裝定向天線

井道壁安裝定向天線方式主要是在電梯井道內(nèi)，每隔3～5層，于井道壁上安裝一面定向天線覆蓋轎廂。

該種覆蓋方式通過無源器件耦合固定于電梯井道壁上同軸電纜的信號，然后通過天線發(fā)射出去，覆蓋連續(xù)性好，但同樣存在信號穩(wěn)定性問題，如轎廂接近信號發(fā)射點(diǎn)時信號增強(qiáng)，遠(yuǎn)離信號發(fā)射點(diǎn)時信號減弱。且信號通過同軸電纜傳送，傳輸損耗較大，特別是多系統(tǒng)同步覆蓋時，受限于最高頻率信源的最大傳輸損耗，單臺信源覆蓋能力有限。

以中國聯(lián)通WCDMA為例，在以下條件下達(dá)到的覆蓋效果測算分析如下：

（1）擬定基站設(shè)備輸出功率為20 W，按10%導(dǎo)頻功率配比，設(shè)備天線口輸出導(dǎo)頻功率為33 dBm；

（2）電梯內(nèi)部天線口導(dǎo)頻功率取5 dBm；

（3）POI損耗取5.5 dB[2]；

（4）無源器件插入損耗（功率分配過程中的能量損失）取0.5 dB[3]。

圖1 4種高層電梯覆蓋方式

則根據(jù)能量守恒定律有表1所示的鏈路預(yù)算：

表1 電梯定向天線覆蓋鏈路預(yù)算

該種覆蓋方式要在電梯井道壁上安裝功分器、耦合器、天線、跳線等器件，因此，需要物業(yè)公司、業(yè)主委員會、電梯運(yùn)營維護(hù)公司等單位配合。同時，由于安裝的零散器件較多，若器件或饋線等脫落可能會造成安全隱患。

2.3 轎廂隨動解決方式

轎廂隨動覆蓋方式是直接把微型信源發(fā)射點(diǎn)布放于轎廂頂，通過外置天線（或內(nèi)置一體化天線）正對轎廂內(nèi)部覆蓋，而信源發(fā)射點(diǎn)和配套天線隨轎廂同步上下運(yùn)動。

按照轎廂頂部微型信源發(fā)射點(diǎn)信號回傳的方式，又可分為2種：

（1）無線回傳隨動覆蓋方式

采用無線回傳方式時，需要在電梯井道適當(dāng)區(qū)域安裝近端發(fā)射設(shè)備，電梯轎廂中的接入遠(yuǎn)端通過接收近端發(fā)出的中頻（或射頻）信號，通過反變換再放大，然后輸出至覆蓋天線。

（2）有線回傳隨動覆蓋方式

采用有線回傳方式時，需要布放近端主單元與遠(yuǎn)端接入單元之間的連線，該連線可以是新增電纜（或光纜），新增電纜（或光纜）捆扎于電梯的隨行電纜之上，隨電梯隨行電纜一起上下移動；也可以是電梯中現(xiàn)有的信號電纜，可通過在電梯機(jī)房中把無線信號與某類信號（如視頻監(jiān)控）進(jìn)行合路[4]，然后在轎廂遠(yuǎn)端單元分路以實(shí)現(xiàn)共路回傳。

圖2 耦合型和輻射型漏纜結(jié)構(gòu)示意圖

表2 電梯覆蓋方式綜合對比

泄漏電纜覆蓋方式一旦施工完成，天饋部分基本無需維護(hù)，且轎廂內(nèi)信號覆蓋均勻，高層高速電梯無多普勒效應(yīng)。另外，線纜斷點(diǎn)較少，接頭損耗可忽略，線纜支持的頻段較寬，無互調(diào)干擾，網(wǎng)絡(luò)拓展容易。

2.5 綜合比較

表2為電梯覆蓋方式的綜合對比，由表2可知：在高層電梯覆蓋中，方案二、方案三和方案四均具有較好的適用性，但由于方案三產(chǎn)品鏈暫不夠成熟，實(shí)際應(yīng)用中常采用方案二和方案四。

3 漏纜在高層電梯覆蓋中的應(yīng)用

從上面的對比可以看出，泄漏電纜在高層電梯中覆蓋優(yōu)勢顯而易見，但行業(yè)內(nèi)關(guān)于泄漏電纜覆蓋電梯的資料中，結(jié)論基本如出一轍：泄露電纜覆蓋方式造價昂貴，一般不采用。

表4 湖南某項(xiàng)目中層電梯（190 m）鏈路預(yù)算過程

圖3 漏纜覆蓋模型覆蓋示意圖

本文以湖南某項(xiàng)目為例，對漏纜方案在高層電梯覆蓋中的技術(shù)優(yōu)勢和成本進(jìn)行分析。

3.1 項(xiàng)目概況

湖南某項(xiàng)目位于新城CBD核心位置，規(guī)劃有兩棟52層，238 m雙塔5A甲級寫字樓，合計電梯43部，具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示：

表3 湖南某項(xiàng)目電梯數(shù)量統(tǒng)計 部

3.2 漏纜選型

該項(xiàng)目電梯樓層較高，且較為密集，為充分利用信源功率，減小漏纜耦合損耗和傳輸損耗，采用13/8"輻射型泄漏電纜。

3.3 鏈路預(yù)算

下面以中層電梯（190 m）為例，說明泄漏電纜覆蓋電梯的鏈路預(yù)算過程，如表4所示。

從表4可以看出，對于采用集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)9進(jìn)2出POI，POI后面每個支路可以覆蓋2部電梯，即1臺設(shè)備可帶4部電梯，拓?fù)鋱D如圖3所示。

同理可得出單信源的高層和低層覆蓋能力，統(tǒng)計如表5所示。

表5 泄漏電纜方式信源覆蓋能力

3.4 與定向天線方式對比

從表1的分析可知，采用7/8"饋線+井道內(nèi)安裝定向天線方式覆蓋，單信源（POI單個端口）覆蓋能力為100 m，因此可推算出采用定向天線方案每信源的覆蓋能力如表6所示：

表6 井道內(nèi)安裝定向天線方式信源覆蓋能力

注：采用定向天線方案覆蓋高層電梯（240m）時，為達(dá)到良好的覆蓋效果，需要調(diào)高設(shè)備輸出功率

該站點(diǎn)合計接入了三個運(yùn)營商，每個運(yùn)營商分別委托了2個網(wǎng)絡(luò)，若不考慮低頻設(shè)備功分和采用SDR共射頻的情況，節(jié)省運(yùn)營商的設(shè)備和鐵塔公司的POI數(shù)量如表7所示。

從表7的對比可知，采用泄漏電纜覆蓋方案較井道內(nèi)安裝定向天線方式，鐵塔公司可以減少投入POI 22臺（單路），可以減少運(yùn)營商設(shè)備132臺。

表7 兩種覆蓋方式工程量對比

4 結(jié)束語

本文介紹的高層電梯覆蓋方案中，電梯廳覆蓋方式只能作為極端條件下的備選方案；轎廂隨動方案從實(shí)施角度和覆蓋效果來看，應(yīng)為最佳解決方案，但該方案責(zé)任定界困難，產(chǎn)品鏈暫不夠成熟；井道壁安裝定向天線和泄漏電纜方案均為現(xiàn)階段解決中高層電梯覆蓋的優(yōu)選方案。

從上述案例分析可知，如果是高層或者超高層電梯密集型場景，泄漏電纜方案優(yōu)勢明顯，不僅可以減少鐵塔公司的POI投入，也可大大減小運(yùn)營商的主設(shè)備投入，同時，泄漏電纜方案節(jié)省信源的優(yōu)勢亦可解決機(jī)房內(nèi)主設(shè)備過多導(dǎo)致的電梯機(jī)房或弱電井內(nèi)電力負(fù)荷和安裝空間均無法滿足要求的問題，節(jié)能減排效果顯著。