鐵路隧道無線信號(hào)覆蓋技術(shù)探討

1、Communication Infrastructure Solutions鐵路隧道無線信號(hào)覆蓋的技術(shù)探討鐵路隧道無線覆蓋的工程特點(diǎn)隧道特點(diǎn)：相對(duì)于公路隧道及地鐵，鐵路隧道條件最惡劣,橫截面最小。車體特點(diǎn)：列車是密封的龐大車體高速運(yùn)行，火車車廂對(duì)無線信號(hào)具有較強(qiáng)的屏蔽作用和反射作用，尤其是隧道內(nèi)雍塞的火車車體使得網(wǎng)絡(luò)輻射環(huán)境發(fā)生很大改變。移動(dòng)臺(tái)切換頻繁快速，無線信號(hào)多徑衰落嚴(yán)重 施工特點(diǎn)：工程施工條件差，安全性能要求高，尤其是在電氣化鐵路上，不宜使用大型輻射系統(tǒng)和信號(hào)源系統(tǒng)。電源接入、避雷接地難以解決。工程造價(jià)高。 信號(hào)特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)信號(hào)成帶狀分布。移動(dòng)臺(tái)切換（通話狀態(tài)下）和小區(qū)重選（空閑模式下）

2、快速頻繁。 鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則空閑狀態(tài)下位置登記 ：位置登記（Locationregistration）是GSM網(wǎng)定位用戶和有效尋呼用戶的保證。位置更新（location update）保證用戶及時(shí)進(jìn)行位置更新和保證信令的連續(xù)交換，因此在不同的LAC邊界區(qū)域有良好的覆蓋和足夠的交叉覆蓋區(qū)域。 尋呼 ：尋呼（Paging）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)呼叫用戶是在用戶登記所在的LAC區(qū)域中的所有基站（BTS）下進(jìn)行尋呼的，交換機(jī)MSC控制尋呼的次數(shù)和間隔。 典型計(jì)算：80公里/小時(shí)行駛的列車，其每秒行駛距離：80000/3600=22.2米。 設(shè)MAXINT=1000 即：最長尋呼間隔為：100010ms=10

3、S AT=5 則：最長尋呼時(shí)間為：10S5=50S 在此期間，列車行駛距離為：5022.2=1110m 從上述分析可以看出，在用戶不發(fā)生位置更新的情況下，在網(wǎng)絡(luò)沒有覆蓋最遠(yuǎn)距離達(dá)1.1公里的情況下，不影響用戶的通話的接續(xù)。鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則用戶通話狀態(tài)下用戶通話不間斷 主要是網(wǎng)絡(luò)信號(hào)連續(xù)覆蓋和順利流暢的切換 話音的清晰度 主要是網(wǎng)絡(luò)無干擾 典型分析： RLT(Radiolinktimeout)：其目的是監(jiān)測(cè)無線接口(移動(dòng)臺(tái)MS和基站BS間)是否繼續(xù)保持。 CallReestablishmentAllowed：當(dāng)該開關(guān)值打開時(shí)，在RLT=0時(shí)，無線接口釋放的情況下，MSC仍將等待一段時(shí)間

4、（20秒），在此時(shí)間段內(nèi)，無線信號(hào)達(dá)到接入要求時(shí)，即啟動(dòng)呼叫重建程序，則呼叫可以繼續(xù)保持。鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)要求 根據(jù)GSM系統(tǒng)的總體要求，對(duì)隧道覆蓋方案提出以下技術(shù)要求：1 1 覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)可接入系統(tǒng)的時(shí)間、地點(diǎn)概率：95%1 2 干擾保護(hù)比： 同頻道干擾保護(hù)比：C/I12dB 鄰頻道干擾保護(hù)比：200KHz鄰頻道干擾保護(hù)比 C/I-6dB 400KHz鄰頻道干擾保護(hù)比 C/I-38dB13 覆蓋區(qū)場(chǎng)強(qiáng)：-94dBm14 隧道內(nèi)屏蔽效應(yīng)：18dB15 基站接收到的上行噪聲電平：-120dBm16 多徑傳輸延遲：4 TA17 小區(qū)重選：20s18 工作頻段：上行885909MHz

5、/下行930954MHz鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì) 工程模型小區(qū)重選及越區(qū)切換下行覆蓋上行噪聲上行覆蓋載干比鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則工程模型(1) 基站（BS）與光纖直放站（RP）在隧道同側(cè)，RP信號(hào)向隧道內(nèi)覆蓋：鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則工程模型(2) 光纖直放站（RP）在隧道內(nèi)，信號(hào)通過LCX向兩邊覆蓋： 鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則工程模型(3) 信號(hào)來自同一BS的兩臺(tái)光纖直放站（RP）向隧道中部覆蓋： 鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則工程模型(4) 信號(hào)來自同一BS的兩臺(tái)光纖直放站（RP）同向覆蓋隧道： 鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則工程模型(5) 信號(hào)來自不同BS的兩臺(tái)光纖直放站（RP）向

6、隧道中部覆蓋： 鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則工程模型(6) 信號(hào)來自一臺(tái)光纖直放站（RP）向隧道內(nèi)覆蓋： 鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則工程模型(7) 信號(hào)來自一臺(tái)光纖直放站（RP）加有源放大設(shè)備向隧道內(nèi)覆蓋： 鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則(1)小區(qū)重選及越區(qū)切換 GSM系統(tǒng)要求小區(qū)重選時(shí)間為20s，越區(qū)切換延遲判決時(shí)間為5s（下圖A點(diǎn)到B點(diǎn)），冗余時(shí)間2s（下圖中HO margin）。若按列車運(yùn)行速度120km/h，計(jì)算小區(qū)重選距離單向約為670m，考慮雙向則為1.33km，場(chǎng)強(qiáng)重疊距離滿足小區(qū)重選就可滿足越區(qū)切換的要求。鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則(2)下行覆蓋 ： 根據(jù)GSM系統(tǒng)邊緣場(chǎng)強(qiáng)的要求，直

7、放站覆蓋系統(tǒng)（采用泄漏電纜覆蓋）邊緣場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式如下： Rx = PLtLmL1L2L3 Rx：移動(dòng)臺(tái)接收到來自直放站系統(tǒng)的場(chǎng)強(qiáng)，為-94dBm P：直放站輸出功率，取34 dBm/載波（按10W四載波） Lt：接頭及跳線損耗，取3 dB Lm：車體屏蔽效應(yīng)，18dB L1：泄漏電纜傳輸損耗，為纜長百米損耗（2.7dB/100m） L2：泄漏電纜的95%耦合損耗，取65 dB L3：3dB電橋耦合損耗，3.5 dB鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則(3)上行噪聲 ： 在GSM系統(tǒng)引入直放站設(shè)備，必將給系統(tǒng)引入噪聲，若直放站引入噪聲過大，將使宏蜂窩的掉話率提高，甚至將導(dǎo)致宏蜂窩信道阻塞；通常要使宏蜂窩接

8、收端接收到的噪聲電平值小于-120dBm。 推算直放站上行噪聲電平的經(jīng)驗(yàn)公式： Pu = Pr + Nf + G - L Pu：直放站到達(dá)施主基站上行噪聲 Pr：直放站白噪聲，一般為-173.8dBm + 10LgKTB，其中K為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，B為工作帶寬 Nf：直放站噪聲系數(shù) G：直放站實(shí)際工作增益 L：直放站上行端口到施主基站上行端口總的路徑損耗鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則(4) 上行電平 ： Pu = Pm -Lt - Lm -L1 - L2-L3+G-L Pu：基站接收到來自直放站系統(tǒng)的場(chǎng)強(qiáng) Pm：移動(dòng)臺(tái)輸出功率，取27dBm Lm：車體屏蔽效應(yīng)，18dB Lt：接頭及跳線

9、損耗，取3dB L1：泄漏電纜傳輸損耗，為纜長百米損耗（2.7dB/100m） L2：泄漏電纜95%區(qū)域的耦合損耗，取65dB L3：3dB電橋耦合損耗，3.5 dB L：直放站上行端口到施主基站上行端口總的路徑損耗鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則(5) 載干比 ： 參考GSM載干比要求，同頻道載干比C/I12dB，而載干比計(jì)算公式如下： C/I = Pu - Pr Pu：基站接收到的移動(dòng)臺(tái)上行發(fā)射功率 Pr：基站接收到的直放站上行噪聲 注：此公式只考慮單用戶 鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則信源選擇 可以采用的信號(hào)源：宏蜂窩 無線直放站光纖直放站基站（微蜂窩）直放站鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則附屬系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10、 供電系統(tǒng)監(jiān)控防盜 施工及維護(hù) 防雷接地系統(tǒng) 鐵路隧道無線覆蓋的設(shè)計(jì)原則天饋選擇 用分布天線方式覆蓋隧道 用類似室分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,每隔一段距離放置一個(gè)天線,但其可靠性較低,維護(hù)不太方便。 八木天線覆蓋隧道 ： 隧道內(nèi)無線電波的傳輸特性相當(dāng)復(fù)雜，同時(shí)火車車速、隧道寬度等影響也較大，同時(shí)隧道的特殊環(huán)境使得輻射天線不宜過大，而八木天線具有較好的物理特性，其輻射方向正好與物理方向平行，適合在隧道壁上掛附。但是其增益有限，根據(jù)隧道工程的實(shí)際開通經(jīng)驗(yàn)，在八木天線口輸出33dBm的情況下，最多可以覆蓋300400m的隧道，超過此長度，運(yùn)行火車內(nèi)的手機(jī)信號(hào)強(qiáng)度將低于-94dBm?；诖怂悸罚淼纼?nèi)八木天線一般最長覆蓋的區(qū)域?yàn)?00m左右。 用泄漏電纜覆蓋隧道 在長隧道內(nèi)只能采取泄漏電纜覆蓋的方式。在信號(hào)原輸出功率33dBm計(jì)算，對(duì)于泄漏電纜的設(shè)計(jì)遵循一臺(tái)信號(hào)源設(shè)備帶泄漏電纜長度不超過600米的原則。否則應(yīng)加裝功放設(shè)備。以上三種天饋方