地鐵公用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)組成與信號(hào)覆蓋施工要求

吳培軍

(中鐵三局電務(wù)工程有限公司，太原 030600)

地鐵公用無(wú)線(xiàn)通信需要進(jìn)行信號(hào)覆蓋的主要區(qū)域 ：（1）站廳層 ；（2）站臺(tái)層 ；（3）出入口 ；（4）地下區(qū)間隧道；（5）商業(yè)層。

1 公用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)組成

在地鐵各車(chē)站通信機(jī)械室設(shè)置各運(yùn)營(yíng)商基站和POI設(shè)備（分合路平臺(tái)），各基站信號(hào)經(jīng)POI合路后，由相應(yīng)的功分器、耦合器等設(shè)備進(jìn)行信號(hào)分配，分別送至地下區(qū)間隧道和站廳、站臺(tái)、出入口、商業(yè)層。

地下隧道區(qū)間經(jīng)漏泄電纜將信號(hào)送至隧道內(nèi)，完成隧道信號(hào)覆蓋。站廳、站臺(tái)、出入口和商業(yè)層經(jīng)射頻電纜至吸頂全向天線(xiàn)將能量發(fā)射出去，完成信號(hào)覆蓋。

具備漏泄電纜施工條件的站廳、站臺(tái)、出入口和商業(yè)層同樣可以采用漏泄電纜進(jìn)行信號(hào)覆蓋，一般考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的美觀(guān)等條件采用天線(xiàn)進(jìn)行覆蓋。

系統(tǒng)組成如圖1所示。

一般地鐵場(chǎng)強(qiáng)覆蓋低于-85 dBm時(shí)會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)或信號(hào)弱（如手機(jī)接收不到信號(hào)、掉線(xiàn)或話(huà)路不通），計(jì)算方法如下。其中，m為天線(xiàn)口最低輸出功率，n為天線(xiàn)增益覆蓋，l為自由空間損耗，p為多徑衰落。

上行方向與此相同，即來(lái)自手機(jī)或其他移動(dòng)終端的上行信號(hào)經(jīng)漏泄電纜或天線(xiàn)收集，傳輸至上行POI設(shè)備、至各基站的上行信號(hào)接收端。

從圖1可以看出，整個(gè)系統(tǒng)分為3部分：一是通信機(jī)械室內(nèi)各運(yùn)營(yíng)商的基站和通信系統(tǒng)的多系統(tǒng)接入平臺(tái)POI；二是站廳、站臺(tái)、出入口和商業(yè)層由功分器、耦合器、射頻電纜、吸頂天線(xiàn)組成的室內(nèi)分布系統(tǒng)；三是區(qū)間干線(xiàn)放大器、分/合路器、漏泄電纜等。

2 公用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)信號(hào)覆蓋問(wèn)題的解決

在深圳地鐵一期工程施工中，公用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)在信號(hào)覆蓋上存在問(wèn)題，就這些問(wèn)題提出解決方法。

2.1 深圳地鐵一期工程公用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)工程概述

深圳地鐵一期工程公用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的范圍：一號(hào)線(xiàn)羅湖—世界之窗段15個(gè)車(chē)站，四號(hào)線(xiàn)皇崗—少年宮段5個(gè)車(chē)站，共計(jì)19個(gè)車(chē)站（其中會(huì)展中心為交匯站），線(xiàn)路全長(zhǎng)21.886 km。需要安裝POI設(shè)備20套，各種頻段的放大器82臺(tái)，頻段分合路器76臺(tái)，吸頂天線(xiàn)440副。共鋪設(shè)13/8′漏泄電纜84 142 km，13/8′射頻電纜6.979 km，7/8′射頻電纜22.299 km，1/2′軟跳線(xiàn)1 648根，總投資約2 300多萬(wàn)元。

2.2 公用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)工程施工內(nèi)容

（1）通信機(jī)械室：POI設(shè)備安裝，與各運(yùn)營(yíng)商基站連接。

（2）站廳、站臺(tái)、出入口和商業(yè)層：功分器、耦合器安裝在天花板吊頂內(nèi)，就近連接吸頂全向天線(xiàn)（固定在天花吊頂上），利用射頻電纜進(jìn)行信號(hào)能量傳輸。

（3）隧道區(qū)間：分/合路器、干線(xiàn)放大器、電源設(shè)備的安裝以及漏泄電纜的敷設(shè)、電源線(xiàn)、地線(xiàn)的敷設(shè)。

2.3 信號(hào)覆蓋問(wèn)題的解決

（1）列車(chē)通過(guò)2個(gè)相鄰基站

系統(tǒng)每個(gè)基站覆蓋一定區(qū)域，這樣當(dāng)列車(chē)從一個(gè)基站的信號(hào)覆蓋區(qū)域進(jìn)入另一個(gè)基站的覆蓋區(qū)域時(shí)，會(huì)發(fā)生信號(hào)切換。為保證信號(hào)切換的正常進(jìn)行，相鄰基站在信號(hào)覆蓋上必須有一定的重疊區(qū)，當(dāng)原基站的信號(hào)逐漸減弱至消失時(shí)，切入基站的信號(hào)逐漸增強(qiáng)直至單基站滿(mǎn)足覆蓋，沒(méi)有信號(hào)突然消失的情況，避免移動(dòng)臺(tái)掉話(huà)的現(xiàn)象。施工中，隧道內(nèi)采用漏泄電纜直通進(jìn)行覆蓋，在基站切換點(diǎn)漏泄電纜加裝終端負(fù)載，兩漏泄電纜間隔距離很小（一般約0.5 m）。在漏泄電纜無(wú)法施工的地段，加裝定向天線(xiàn)進(jìn)行覆蓋。

（2）列車(chē)進(jìn)出隧道

列車(chē)進(jìn)出隧道時(shí)，在隧道內(nèi)信號(hào)與地面信號(hào)之間切換，切換需要足夠的重疊區(qū)域，才能保證移動(dòng)臺(tái)不掉話(huà)。施工中需要在隧道口加裝1個(gè)定向天線(xiàn)，將隧道內(nèi)信號(hào)向外輻射一定距離。一般情況下，信號(hào)切換約需6～12 s，假設(shè)列車(chē)運(yùn)行速度為80 km/h，在12 s內(nèi)將行進(jìn)267 m，因此需要267 m的覆蓋重疊區(qū)域。所以，加裝的定向天線(xiàn)最少需要向外覆蓋267 m，若地面信號(hào)可向隧道內(nèi)覆蓋267 m(或根據(jù)列車(chē)行進(jìn)速度推算長(zhǎng)度)，在隧道口裝終端負(fù)載即可，具體施工方案根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)算結(jié)果而確定。

（3）行人進(jìn)出隧道

行人進(jìn)入地鐵車(chē)站時(shí)信號(hào)切換與列車(chē)進(jìn)出隧道類(lèi)似，只是行人速度比列車(chē)慢了許多，所以在出入口加裝全向天線(xiàn)無(wú)盲區(qū)覆蓋。

設(shè)計(jì)之初依據(jù)的是不完整圖紙，出入口的長(zhǎng)度、走向，以及出入口通道距地面的高度等都沒(méi)有明確數(shù)據(jù)，或根據(jù)土建的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，存在施工現(xiàn)場(chǎng)的不確定性。地鐵公用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)在每個(gè)出入口都設(shè)計(jì)有覆蓋天線(xiàn)，但一般是一個(gè)出入口設(shè)計(jì)有一副天線(xiàn)（單上行或下行）。這樣，如果出入口很復(fù)雜、很長(zhǎng)甚至開(kāi)了幾個(gè)分支出口，就可能造成出入口信號(hào)弱或無(wú)信號(hào)的問(wèn)題。如果從站廳出去幾米或十幾米就馬上到達(dá)地面，再裝設(shè)一副天線(xiàn)就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)太強(qiáng)而漏泄出去的情況。所以，1個(gè)出入口究竟放置多少副天線(xiàn)滿(mǎn)足地鐵的需要，不出現(xiàn)盲區(qū)或不浪費(fèi)資源，以圖2舉例說(shuō)明。

從圖2可以看出，出入口從站廳到地面，一般都會(huì)有2個(gè)以上90°或90°左右的轉(zhuǎn)彎。為了保證出入口轉(zhuǎn)彎后仍然有良好的信號(hào)覆蓋，施工時(shí)一般要求將天線(xiàn)按照?qǐng)D2所示的位置進(jìn)行安裝，這樣才能保證信號(hào)有足夠的重疊區(qū)域，確保信號(hào)切換成功，不出現(xiàn)盲區(qū)。

圖2中的B出入口，天線(xiàn)距地面高度約15 m，離地面出口水平距離約25 m，在天線(xiàn)口測(cè)得信號(hào)強(qiáng)度為-40 dBm，在出入口內(nèi)10 m處為-60 dBm，出入口內(nèi)5 m處為-68 dBm，很好地滿(mǎn)足了覆蓋要求。需要說(shuō)明的是深圳地鐵一期工程公用無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)安裝根據(jù)天線(xiàn)輻射功率大小要求天線(xiàn)安裝上下行間距為2 m，相鄰2副天線(xiàn)（同為上行或下行）的間距為20 m左右，所以在施工時(shí)首先要弄清天線(xiàn)的覆蓋范圍，再確定天線(xiàn)安裝的距離。

圖2中的A出口原設(shè)計(jì)有1副天線(xiàn)，但該出口距離站廳僅5 m左右，未安裝天線(xiàn)時(shí)，無(wú)論在出入口的什么位置測(cè)量都會(huì)有信號(hào)漏泄，信號(hào)強(qiáng)度為-75 dBm，能夠滿(mǎn)足覆蓋要求，所以安裝時(shí)將天線(xiàn)取消，避免浪費(fèi)資源。

圖2中的C出口，在設(shè)計(jì)時(shí)在圖示位置安裝了1副天線(xiàn)，開(kāi)通后在天線(xiàn)口測(cè)得信號(hào)強(qiáng)度為-40 dBm，在出口20 m處測(cè)不到信號(hào)，10 m處測(cè)得信號(hào)強(qiáng)度為-84 dBm（略大于滿(mǎn)足覆蓋強(qiáng)度-85 dBm的要求），5 m處測(cè)得信號(hào)強(qiáng)度為-75 dBm；但這2處信號(hào)并不是從通信機(jī)房傳送出來(lái)的，而是地面信號(hào)的延伸。這樣手機(jī)信號(hào)在這樣的出口就出現(xiàn)盲區(qū)或信號(hào)弱，不利于手機(jī)信號(hào)的切換。解決的辦法是在2個(gè)轉(zhuǎn)彎處分別設(shè)1副天線(xiàn)，二次轉(zhuǎn)彎后根據(jù)出口長(zhǎng)度確定是否需要再加裝天線(xiàn)（根據(jù)天線(xiàn)的功率大小和覆蓋范圍確定）。

圖2中的D出口更為復(fù)雜，由于出口較多較長(zhǎng)，需要在1、2、3出口分別加裝天線(xiàn)，加裝天線(xiàn)時(shí)考慮兩天線(xiàn)間距離、出口長(zhǎng)度及加裝數(shù)量。

在形形色色的地鐵出入口，根據(jù)深圳地鐵施工開(kāi)通后的情況統(tǒng)計(jì)：出入口的天線(xiàn)一是要安裝在拐角處；在出口距地面不高的情況下，天線(xiàn)要適當(dāng)向站廳收縮，在出口距地面太高的情況下，天線(xiàn)要適當(dāng)靠近出口。

3 結(jié)束語(yǔ)

地鐵作為一種快速、便捷、安全的交通工具，如果出現(xiàn)現(xiàn)代化通信不暢，手機(jī)無(wú)法通話(huà)或經(jīng)常掉線(xiàn)，會(huì)給人們生活造成很多不便，因此，公用無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)對(duì)地鐵必須做到無(wú)盲區(qū)覆蓋。