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隧道覆盖(一)
隧道信号覆盖解决方案及分析
隧道信号覆盖解决方案及分析
京信山西办 梁永红
1 概述
移动通信网络建设的目标就是实现无缝覆盖，以保证随时随地通信。保障重要的公路、铁路全线移动通信信号覆盖是塑造运营商网络品牌、提高运营商竞争力的一个重要环节。目前大多数隧道都是覆盖盲区，因此需要制定专门的隧道信号覆盖解决方案。
隧道信号覆盖根据隧道功用可以分为：公路隧道信号覆盖、铁路隧道信号覆盖、地铁隧道信号覆盖等，根据隧道结构特点可以分为：直隧道、多弯道隧道、短隧道、长隧道、单线隧道、复线隧道等。各种环境又有其各自特点，针对各种应用环境需要提供不同的解决方案。
隧道信号覆盖常用的解决方案包括：同轴分布式天馈系统隧道信号覆盖解决方案、泄漏电缆系统隧道信号覆盖解决方案、光纤分布式天馈系统解决方案等。对具体的隧道，需要根据其长度、宽度、结构、功用、入口处信号电平等因素进行综合考虑，提出合理的建设方案。因此，本人就此问题进行讨论。
2 各种隧道的特点
2.1 公路隧道的特点
公路隧道一般来说比较宽敞，隧道中的覆盖状况在有车通过和没车通过时差别不大。隧道弯曲度较小、高度较高。 2.2 铁路隧道的特点
铁路隧道一般来说要狭窄一些，特别是当火车通过时，四周所剩余的空间很小，而且火车通过时对信号的传播影响也较大。此外，铁路隧道的弯曲度小、高度低。
地铁隧道和铁路隧道情况基本接近，仅在隧道长度上有较大差别。
3 隧道内无线电波传播特点
室内无线链路衰耗主要由路径衰耗中值与阴影衰落决定。隧道内环境封闭，外部信号很难进入，采取内部覆盖时，对外界电磁环境影响也很小。隧道可以认为是一个管道，信号传播是直射与墙壁反射的结果，直射为主要分量。ITU-R建议P.1238提出室内适用的传播模型，这个公式为：
Lpath=20lgf+30lgd+Lf(n)-28dB 其中：
f代表频率（MHz）；
d代表移动台和发射天线间距离（m）； Lf代表楼层穿透损耗因子（dB）； n代表移动台与天线间的楼层数。
在隧道信号覆盖情况中，Lf(n)可以不做考虑。因此在隧道中无线传播可以用以下公式进行估算：
Lpath=20lgf+30lgd+ -28dB 在隧道中不同的路径损耗见表1。
表1 隧道中的路径损耗
注：以上计算时，分别以850MHz、900MHz、1900MHz来计算。
4 隧道信号覆盖考虑因素及原则
4.1 信源的选择
公路隧道、铁路隧道信号覆盖针对用户为车内移动用户，业务量不高，主要解决信号盲区覆盖问题。地铁隧道由于上下班高峰时期移动用户很多，所以需要考虑系统容量问题。另外，隧道覆盖安装空间及配套设备方面所受限制较多，所以一般不会选用宏蜂窝基站来做隧道覆盖，而更多的采用微蜂窝和直放站。因此，在信源选择问题上具体建议如下：
▲ 宏蜂窝基站
适用于地铁隧道中，这种场合不仅要覆盖站台，而且要覆盖铁路系统出口较大的地方，容量需求较大；
▲ 微蜂窝基站【隧道覆盖】
适用于超长公路隧道、地铁隧道，以及隧道口附近原有网络的信号强度不能满足直放站对施主信号电平大小要求的情况；
▲ 光纤直放站
适用于距离周围宏蜂窝距离较近、隧道较长的公路、铁路隧道；
▲ 无线直放站
适用于偏远地区、隧道口处无线信号电平满足开通无线直放站基本条件、隧道长度中等。
4.2天馈系统的选择
在选择好了信源之后，要根据实际情况来配臵不同的天馈系统对隧道进行覆盖。通常有3种不同的配臵，即同轴馈电无源分布式天馈系统、光纤馈电有源分布式天馈系统和泄漏电缆。
天线一般选择方向性强、体积小的天线，同时，要考虑兼容3G网络覆盖的要求。 4.3 不同小区间的切换问题
隧道覆盖针对的客户是高速移动中的火车或者汽车中的乘客，要保证车辆进入隧道后顺利切换是一个重要的问题。
如果信源使用直放站，那么隧道内外属于同一小区，不存在切换问题。如果信源使用微蜂窝、宏蜂窝时，在列车进入隧道后，隧道外小区信号电平急剧下降，很可能由于不能及时切换发生掉话。因此，在制定隧道信号覆盖方案时，应注意以下几点：
▲ 同时对隧道内外进行覆盖，保证隧道内外不同小区间信号有足够的重叠覆盖区域； ▲ 天线选择时选择前后比较小的天线来覆盖；
▲ 隧道外小区可以启用电平快速下降的切换算法，使得电平在快速下降时能够及时切换到其他小区以免掉话。 4.4 天线在隧道中安装位臵的确定
天线假设选用京信公司生产的ODP-075V11NN来京信估算。下面是该天线的主要电气指标：
同时，我们假定需要的最小信号电平为-85dBm，为保证90％的覆盖概率，需要增加8dB余量。此外，如果是在铁路隧道环境中，由于火车的填充作用影响到信号传播，当天线放臵在隧道中间时，还需要考虑5dB的余量。这样我们在计算公路隧道覆盖距离时边缘场强按照-77dBm估算，铁路隧道覆盖时边缘场强按照-72dBm估算。
此外，如果选用基站作为信源，在隧道口电平设计时为了保证顺利切换，需要考虑6dB的余量。
根据以上要求，我们可以估算铁路隧道第一个天线距离隧道口覆盖距离以及天线主瓣方向覆盖距离。
天线至隧道口的距离d的计算如下式： POUT-LPATH(d)-LCABLE(d)+GANT-RF-B=-85dBm+8dB+5dB 式中：
POUT表示信源输出功率（假设37dBm）； LPATH(d)表示第一个天线到隧道口路径损耗； LCABLE(d)表示馈线损耗；
GANT表示天线增益（以GSM系统8dB增益计算) ； RF-B表示天线前后比（前后比取18dB）。【隧道覆盖】
通过上式我们计算得天线距离隧道口约100米可以满足要求。 天线主瓣方向覆盖距离d1计算如下式： POUT-LPATH(d1)-LCABLE(d)+GANT =-85dBm+8dB+5dB 式中：
POUT表示信源输出功率（假设37dBm）； LPATH(d1)表示第一个天线到隧道口路径损耗； LCABLE(d)表示馈线损耗；
GANT表示天线增益（以GSM系统8dB增益计算)。 通过上式我们计算得天线主瓣覆盖距离约430米。 如果我们将天线放在隧道口，则天线可以覆盖约720米。 通过以上分析，我们可以得出以下结论: ▲ 覆盖天线位臵应尽可能靠近信源；
▲ 依据天线后瓣的覆盖深度，可以考虑将信源安装于隧道内部。 4.5 泄漏电缆在隧道覆盖中的使用
采用泄漏电缆进行隧道覆盖，是一种比较常用的方法，这种方法的好处在于： -可减小信号阴影和遮挡，在复杂的隧道中采用分布式天线，手机与某特定天线之间可能会受到遮挡，导致覆盖不好；
-信号波动范围减少，与其它天线系统相比，隧道内信号覆盖均匀；
-可对多种服务同时提供覆盖，泄漏电缆本质上是宽带系统，多种不同的无线系统可以共享同一泄漏电缆，考虑到在隧道中经常使用某些无线系统（寻呼系统、告警系统、广播等），采用共享一条泄漏电缆的方法，可省去架设多条天线的工程。
在使用泄漏电缆进行隧道覆盖时，要考虑以下因素： ▲ 覆盖因子；
▲ 信源与第一个干放之间的距离； ▲ 干放的增益； ▲ 干放间的距离； ▲ 干放的数量。 4.5.1 覆盖因子Losscoup
覆盖因子是指距离泄漏电缆2米以外（泄漏电缆的垂直方向）的损耗值，该损耗值包括泄漏电缆的耦合损耗和要求的覆盖概率的保护值。如要保证90％的覆盖概率则要在运营商要求覆盖电平上加8dB保护值。有些泄漏电缆规格上直接标明了覆盖概率为多少时的耦合损耗。
覆盖因子由耦合损耗、载频数、覆盖概率和隧道类型决定。 4.5.2 信源与第一个放大器之间电缆长度的确定
在确定信源与第一个干放之间电缆长度时，我们需要获取以下信息：信源发射功率、泄漏电缆损耗、连接器损耗、馈源处发射功率。
信号馈点与第一个干放之间泄漏电缆损耗见下式： Loss=Pin-(系统要求覆盖电平)＋Losscoup 式中：Pin表示馈源处发射功率
信号馈点与第一个干放之间距离d（米）的计算为下式： d=Loss/（泄漏电缆每米损耗） 4.5.3 干放的增益和数量
需要的放大器增益G=单载频最大允许放大器的输出功率（取决于载频数量）-（系统要求覆盖电平-覆盖因子）
在泄漏电缆上干放的每载频最大允许发射功率与被放大的载频数有关。这主要是考虑
隧道覆盖(二)
隧道覆盖解决方案(信号通讯)
隧道覆盖解决方案
宋卫峰
一、概述
对重要的公路、铁路实现全线覆盖是运营商提高网络质量的一个重要环节，是提高综合竞争力的一个有力手段。从交通角度来看，目前大多数隧道的目的是覆盖盲区，因此需要结合交通线路的覆盖设计来制订专门的隧道覆盖解决方案。
隧道覆盖主要分为铁路隧道、公路隧道、地铁隧道等，每种隧道具有不同的特点，一般来说公路隧道比较宽敞，对隧道里面的覆盖状况，有车通过与无车通过时差别不大。车辆通过时，隧道内剩余空间较大，可根据实际情况选择尺寸大一些的天线，以获取较高的增益，使覆盖范围更大。而铁路隧道一般来说要狭窄一些，特别是当火车经过时，被火车填充后所剩余的空间很小，火车对隧道的填充会对信号的传播产生较大的影响，且天线系统的安装空间有限，使天线的尺寸和增益受到很大的限制。另外，不管是哪种隧道，都存在长短不一的状况，短的隧道只有几百米，而长的隧道有十几公里。在解决短隧道覆盖时，可采用灵活经济的手段，如在隧道口附近用普通的天线向隧道里进行覆盖。但是，这些手段可能在解决长隧道覆盖时不起作用，对于长隧道的覆盖必须采取其它一些手段。因此，对于每段隧道的解决方案可能都会有所区别，必须根据实际情况来选定覆盖解决方案。
在进行隧道覆盖规划之前，一般需要知道以下数据：
隧道长度 、隧道宽度、隧道孔数（1、2）、覆盖概率（50%、90%、95%、98%、99%）、隧道结构（金属、混凝土）、载频数目、隧道中最小接收电平（一般为-85dBm到-102dBm）、隧道孔间距、AC/DC是否可用、墙壁能否打孔、隧道入口处的信号电平、隧道内部已有信号电平等。
二、隧道覆盖的信号源选择
为了提供隧道覆盖，一个GSM信号源与一套分布式系统是必要的。信号源的选择，需要根据隧道附近的无线覆盖状况和传输、话务、现有网络设备等情况来决定。隧道覆盖所采用的信号源包括宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直放站等。
对于铁路、公路隧道覆盖来说，由于其话务量小，宏蜂窝基站作为信号源较为少用。但是，在城市地铁隧道中，人流量大，话务量也高，这种场合不仅要覆盖站台，而且还要覆盖铁路系统出口等地方，可采用容量较大的宏蜂窝基站。
使用宏蜂窝基站的优点是可以提供更多的信道资源、扩容较为容易、单个基站覆盖能力强；缺点是需要用电缆从BTS设备所在的机房引入信号覆盖隧道、增加了馈线损耗、需要较大的机房等配套设备、总的投资费用高。
对容量要求不是很高的隧道覆盖，可采用微峰窝基站。使用微蜂窝基站的优点是所需设备空间小、所需配套设备少、总的投资费用低。
如果附近有信号源可以利用，则可采用无线直放站来作为隧道覆盖的信号源。采用直放站往往是网络拓展的第一步，在网络容量上升后再用GSM基站来替换。采用直放站作为信号源的优点包括：无需传输、综合成本低、可将远处的话务带给施主小区，使小区的信道利用率更高、安装速度快等。无线直放站有宽带直放站和选频直放站两种，采用无线直放站会使得网络管理复杂度增加，不便维护，另外在采用选频直放站时，施主小区的频率发生变更后，直放站的频率也要进行调整，不利于整网规划和优化，施主天线和重发天线需要有足够的隔离度，造成安装空间上有些困难等缺点。除采用无线直放站以之外，也可采用光纤直放站作为信号源对隧道进行覆盖。
在实际工程之中，必须根据隧道长度、隧道附近的覆盖状况、基站分布、话务分布、建站条件等因素选择信号源，微蜂窝基站和直放站是隧道覆盖建设常用的信号源。
三、隧道覆盖的天馈系统选择
在选择好了GSM信号源之后，则必须根据实际情况配置天馈系统，对隧道进行覆盖。通常有三种不同配置的天馈系统：同轴馈电无源分布式天线、光纤馈电有源分布式天线、泄漏电缆。
1、同轴馈电无源分布式天线
这种覆盖方案的设计比较灵活、价格相对低、安装较方便。同轴电缆的馈管衰减较小，天线增益的选择主要取决于安装条件，在条件许可的情况下，可选用增益相对较高的天线，来提高覆盖范围。该方案的简化版就是采用单根天线对隧道进行覆盖，对于较短的隧道来说，这种方案确实是一种低成本解决方案。【隧道覆盖】
2、光纤馈电有源分布式天线系统
在某些复杂的隧道覆盖环境中，可采用光纤馈电有源分布式天线系统来替代同轴馈电无源分布式天线系统。它更适用于覆盖地下隧道（地铁隧道）和站台。采用光纤馈电有源分布式天线系统的主要好处包括在室内安装的电缆数减少、可适用更细的电缆、采用光缆可降低电磁3、泄露电缆
采用泄漏电缆进行隧道覆盖，是一种最为常用的方法，这种方法的好处在于：
※ 可减小信号阴影和遮挡，在复杂的隧道中采用分布式天线，手机与某特定天线之间可能会受到遮挡，导致覆盖不好；
※ 信号波动范围减少，与其它天线系统相比，隧道内信号覆盖均匀；
※ 可对多种服务同时提供覆盖，泄漏电缆本质上是宽带系统，多种不同的无线系统可以共享同一泄漏电缆，考虑到在隧道中经常使用某些无线系统（寻呼系统、告警系统、广播等），采用共享一条泄漏电缆的方法，可省去架设多条天线的工程。
泄漏电缆覆盖设计是一项非常成熟的技术，其设计方案相对简单，本文不作重点分析。下面重点分析采用普通同轴馈电无源分布式天线进行隧道覆盖的设计方案。
四、隧道的无线传播
无线电波在隧道中传播时具有隧道效应，信号传播是墙壁反射与直射的结果，其中直射为主要分量。华为公司基于ITU－R建议，根据试验数据对传播模型进行了修正，得出一简单实用的隧道传播模型，用于进行隧道覆盖设计，该传播模型为：
Lpath = 20lgf + 30lgd ― 8dB
其中:
f: 频率（MHz）
d: 距离（米）
干扰、在复杂的网络中设计更灵活等，缺点是成本高。
隧道覆盖(三)
GSM隧道覆盖方案
GSM隧道覆盖方案
【摘要】高速铁路（高铁）在全国范围内建设进程的加快，火车时速从120公里增加到350公里，这不仅给人民出行带来了便利，同时也给移动通信覆盖增加了难度。因列车在高速运行状态下会产生多普勒效应，加之高铁车厢的材质较为特殊，车体穿透时将产生大量损耗，在高速列车上，很容易出现掉话率高、接通率低等问题，这就阻碍了用户在高铁上的移动通信服务。基于上述背景，文章分析了GSM移动通信系统的发展现状以及高铁隧道的覆盖特性，并对两种GSM隧道覆盖方案展开了分析和对比。
【关键词】GSM；隧道覆盖；方案；设计
近年来，我国科学技术和经济水平均得到了稳步提升，在现代交通中，高速铁路也发挥着越来越重要的作用。回顾国家铁道部制定的相关规划，到2012年为止，国内高速铁路客运专线应达到1.3万千米，成为全球高铁运营里程最长的国家，并超越日本、德国等国。我国山区地形占比较大，在高速铁路运营中，隧道尤为关键。截止2010年底，我国已建成八千五百座铁路隧道，长度超过了5000千米，稳居世界第一。然而，隧道建设的增加，隧道对其内部环境与移动通信网络覆盖都提出了严峻的挑战。
1.GSM移动通信系统简介
GSM，即数字移动通信系统，最早起源于欧洲。上世纪中后期，欧洲已通过构建模拟移动通信系统，来向用户提供各种移动通信服务，同时期，西欧不少国家也在对其用户提供类似移动服务。然而，这种大规模的模拟移动系统，有其自身的局限性：第一，上世纪70年代末，人类低估了公众对移动业务的发展需求，即便如此，也远远超出了模拟网络的预期容量；第二，各个系统间的兼容性较差：TACS终端无法步入NMT网络，而NMT终端则与之相反。为缓解上述问题，1982年，CEPT成立了GSM（Group Special Mobile），并制定了一套与欧洲各国相适应的新的技术规范。1990年，该小组制定了GSM900技术规范，以便为各国建立数字移动通信网络提供技术性指导。在电信设备日益发展的今天，数字移动通信网的覆盖范围也在不断扩大，GSM逐渐演变为Global System for Mobile Communication，这实质上是细化和深入发展的表现。
2.高铁隧道覆盖特性
与普通的小区或室内覆盖不同，隧道覆盖有其自身的特点：
2.1 屏蔽性较强
一般而言，隧道需经过山体开凿，地铁工程也属于地面建设工程，且或多或少会衰减空间信号，室外基站天线传输的信号在隧道内部，大都无法适应人类的通话需求。
隧道覆盖(四)
GSM隧道覆盖方案
【摘要】高速铁路（高铁）在全国范围内建设进程的加快，火车时速从120公里增加到350公里，这不仅给人民出行带来了便利，同时也给移动通信覆盖增加了难度。因列车在高速运行状态下会产生多普勒效应，加之高铁车厢的材质较为特殊，车体穿透时将产生大量损耗，在高速列车上，很容易出现掉话率高、接通率低等问题，这就阻碍了用户在高铁上的移动通信服务。基于上述背景，文章分析了GSM移动通信系统的发展现状以及高铁隧道的覆盖特性，并对两种GSM隧道覆盖方案展开了分析和对比。 【关键词】GSM；隧道覆盖；方案；设计
近年来，我国科学技术和经济水平均得到了稳步提升，在现代交通中，高速铁路也发挥着越来越重要的作用。回顾国家铁道部制定的相关规划，到2012年为止，国内高速铁路客运专线应达到1.3万千米，成为全球高铁运营里程最长的国家，并超越日本、德国等国。我国山区地形占比较大，在高速铁路运营中，隧道尤为关键。截止2010年底，我国已建成八千五百座铁路隧道，长度超过了5000千米，稳居世界第一。然而，隧道建设的增加，隧道对其内部环境与移动通信网络覆盖都提出了严峻的挑战。
1.GSM移动通信系统简介
GSM，即数字移动通信系统，最早起源于欧洲。上世纪中后期，欧洲已通过构建模拟移动通信系统，来向用户提供各种移动通信服务，同时期，西欧不少国家也在对其用户提供类似移动服务。然而，这种大规模的模拟移动系统，有其自身的局限性：第一，上世纪70年代末，人类低估了公众对移动业务的发展需求，即便如此，也远远超出了模拟网络的预期容量；第二，各个系统间的兼容性较差：TACS终端无法步入NMT网络，而NMT终端则与之相反。为缓解上述问题，1982年，CEPT成立了GSM（Group Special Mobile），并制定了一套与欧洲各国相适应的新的技术规范。1990年，该小组制定了GSM900技术规范，以便为各国建立数字移动通信网络提供技术性指导。在电信设备日益发展的今天，数字移动通信网的覆盖范围也在不断扩大，GSM逐渐演变为Global System for Mobile Communication，这实质上是细化和深入发展的表现。
2.高铁隧道覆盖特性
与普通的小区或室内覆盖不同，隧道覆盖有其自身的特点：
2.1 屏蔽性较强
一般而言，隧道需经过山体开凿，地铁工程也属于地面建设工程，且或多或少会衰减空间信号，室外基站天线传输的信号在隧道内部，大都无法适应人类的通话需求。
2.2 填充效应较为明显
填充效应，即列出穿行隧道时，其大部分切面空间被填满，导致隧道内的通信信号无法得到顺利传播，尤其是高铁，在其运行中有更显著的填充效。
2.3 话务量偏低
在隧道内，除列车与部分工作人员外，其他用户较少，为此，隧道内不会产生太大的话务量，覆盖问题和用户容量，是我们要解决的首要问题。
2.4 隧道覆盖效果制约着网络指标
隧道内一般会产生较大的电磁屏蔽，无线电波在隧道中很难做到全面覆盖。所以，隧道内可能有一定的信号盲区，最终导致用户在列车上不能正常通信，其对网络指标的影响也较大。
除具备上述基本特性外，受地形与运行状态等影响影响，铁路隧道中，横向宽度相对较小，列车高速穿过时，大部分隧道空间都被填满，列车外壳和隧道的内壁间的间隔在2米内，信号反射和衍射的差异性较大。正因为此，高速公路的隧道覆盖一般会在隧道口布置高定向天线，从外往里直接实现覆盖，列车经过隧道时，信号与其运行状态无太大关联。所以，高速公路的隧道覆盖，往往是在隧道外设立基站，在隧道口布置一根高增益定向天线。而针对铁路隧道而言，上述覆盖方式行不通，由于列车穿过隧道时，其外层和隧道内壁间仅有1.5-2米宽，信号在这样的环境下会明显衰减，用户大都无法通话。为此，铁路隧道无线覆盖，可选用下列方案：直放站+泄漏电缆或直放站+高增益的定向天线，并在隧道内架设一套天线覆盖系统。
3.高铁隧道覆盖方案设计
列车在隧道中容易发生填充效应，直接在隧道口装高增益定向天线的覆盖方案已无法适用，而应采用泄漏电缆（或漏缆）覆盖方案，其覆盖面积较广，但漏缆工程造价相对较高。基于此，文章建议采用易于安装、造价成本相对较低的同轴馈电分布式天线系统。
3.1 泄漏电缆覆盖特性
泄漏电缆属于同轴电缆，其外导体上设置了很多狭长且有规则分布的开槽口，如图1所示。从电磁场理论来看，射频信号传输到泄漏电缆后，有少量电磁能量会由开槽口向外部空间辐射，以实现隧道无线覆盖。由此可见，漏缆具有传输线与无线电波发射天线的双重属性。与常见的分布式天线系统相比，泄漏电缆具有下列几大特点：
（1）泄漏电缆的辐射能量较为均匀，能有效降低信号阴影。隧道内漏缆的每个点都能均匀接收到信号。如选用点源天线覆盖，天线附近的辐射强度将保持最高。然而，天线辐射强度与距离之间呈负相关，2个天线间容易产生盲区，导致接入失败等问题出现。
（2）能同时兼并多项服务。漏缆与宽带系统基本类似，所有的无线通信系统都借助同一套漏缆上运转。基于此，在隧道中往往会用到寻呼系统、广播系统等无线设备，因漏缆可实现共享，这就避免了多个天线系统架设时的复杂性，同时也降低了系统间的干扰。
（3）从电性能指标上分析，漏缆具有电压驻波比低、辐射方向图均匀以及功率容量高等特点；从机械性能上分析，漏缆有着较好的密封性和弯曲性能，其安装尺寸较小，不容易出现故障，且维修费用也不高。从成本角度上分析，漏缆工程造价成本较高，即便是选用国产泄漏电缆，每百米造价应需10000元，其投入成本偏高。
3.2 同轴馈电分布式天线系统覆盖特性
同轴馈电分布式天线系统的经济合理性较强，这种覆盖方案也较为灵活，价格也不高，且易于安装。同轴电缆的馈管衰减效果不明显，天线的增益很大程度上决定了天线系统的覆盖距离。如有必要，我们通过改变双向天线来拓宽覆盖范围。如果隧道较短，我们可直接将该方案进行简化，也就是在隧道内部设单根天线；反之，如隧道相对较长，可直接在覆盖链路中放置一台放大器，避免传输中信号发生过大衰减，如图2所示。
假如采用同轴馈电分布式天线系统来实现隧道覆盖时，应对辐射模块与耦合器进行分别设计，且应根据辐射模块的覆盖距离来选择耦合器的类型，而后再架设一套天线系统。外观方面，该方案只用一根同轴电缆串联起了多个一体化射频耦合辐射单元；辐射性能方面，如果双向天线覆盖效果较好，且能合理选择内置耦合器，并科学布设天线，则天线系统也可对隧道实现有效覆盖；机械性能方面，这种天线系统属于壁挂式安装，灵活性较强且造价成本不高。由此可见，同轴馈电分布式天线系统在隧道覆盖时有极大的优势。
4.结论
综合上述分析，泄漏电缆与同轴馈电分布式天线系统有其自身的优势与不足。在实际应用中，我们应认真分析成本、施工难度及性能等多个方面，要基于现场情况来选定相应的覆盖方案。与普通电缆相比，泄漏电缆明显更高，且铜的用量较大，这无疑制约了泄漏电缆的使用与推广；而天线系统覆盖的方案在长隧道中备受我们欢迎，随着分布式基站技术的日新月异，此天线系统所占据的市场份额也将越来越大。
参考文献
[1]刘肖强，邓宪法.现代移动通信技术[M].北京：国防工业出版社，2012.
[2]张威.GSM网络优化――原理与工程（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[3]啜钢等.移动通信原理与系统[M].北京：北京邮电大学出版社，2009.
[4]李佳，史春光.高速铁路多普勒频移综合研究与分析[J].信息技术，2011.
作者简介：信任（1976―），男，工程师，研究方向：移动网GSM和WCDMA。
隧道覆盖(五)
地铁专用无线系统信号覆盖方案浅析
【摘 要】本文简述了地铁专用无线通信系统在地铁运营中的重要性，逐一介绍了地铁车站各种环境情况下的覆盖方案；简述了链路计算的影响因素以及漏泄电缆的接地安全保证。 【关键词】地铁无线系统 无线覆盖 链路计算影响因素 接地安全
一、前言
近年来，城市交通压力越来越大，各大城市开始快速建造地铁来缓解交通压力。地铁交通作为一种高效、快捷、安全的交通方式，正在为缓解城市交通压力做出巨大的贡献。地铁专用无线通信是地铁内部固定人员（如中心操作员、车站值班员等）与流动人员（如司机、运营人员、流动工作人员等）之间进行高效通信联络的最为重要的手段。地铁专用无线通信除了应满足运营本身所需的列车无线调度通信和车辆段无线通信外，根据地铁运营管理的实际情况，还满足管理所需的必要的调度通信，如日常维修的维修调度无线通信，紧急情况下防灾调度无线通信以及必要的站务无线通信等。其中运营线路无线通信系统用于运营线路控制中心调度员对相应的无线用户实施调度专用无线通信，车辆段无线通信系统用于车辆段值班员实施调度作业专用无线通信。无线场强的覆盖直接影响到无线通信系统的可靠性，为了切实保证列车调度通信的正常运行与行车安全，必须保证地铁运行全区段内的无线系统信号无缝覆盖。
二、地铁内各种环境下的覆盖方案
（一）车站站厅覆盖。在车站站厅内的信号覆盖可用两种方式进行信号覆盖，一种方式是采用泄漏电缆方式进行信号传递与覆盖，由于泄漏电缆有着很好的信号传输特性和信号耦合特性，因此用泄漏电缆来进行信号覆盖可以使信号传递时较为稳定，但由于在站厅内各个区域分布较为复杂，给施工及安装带来了一定的困难，而且使用泄漏电缆成本较高，因此在站厅的信号覆盖时，也可以采用吸顶天线的方式进行信号的覆盖。一是吸顶天线组网灵活，可在不同的区域内安装天线，而且施工方便，成本较低。
（二）车站站台覆盖。站台公共区和设备区一般情况下不考虑设置天线，利用区间漏泄电缆的漏泄信号覆盖。但如遇站台有外挂设备区域，应考虑设置吸顶天线覆盖。
（三）较长型出入通道和换乘通道。较长型出入通道及换乘通道的结构复杂，弯曲、交叉并可能存在高低落差，采用天线场强分布难以掌控，最后实施的造价不比漏泄同轴电缆方式低。所以对于弯道及坡道较多的通道，运用漏泄同轴电缆比天线覆盖质量好，并且节省投资，故在出入通道及换乘通道采用漏泄同轴电缆比较合理。但在乘客通过的出入通道及换乘通道可否敷设漏泄同轴电缆最好取得相关部门对建筑美观影响的许可，同时考虑通道弯曲对漏泄同轴电缆最小弯曲半径的限制。
（四）地面车辆段覆盖。地面车辆段无线覆盖分为两部分，一部分是车辆段室外场区采用铁塔室外天线覆盖，各检修工区及信号楼采用光纤直放站加吸顶天线覆盖。
（五）隧道出入口覆盖。在隧道出入口考虑到隧道内信号与隧道外的信号能合理对信号进行顺利切换，可以在隧道出入口处加装定向天线，也可以使在隧道口处的泄漏电缆往隧道外再延伸150米左右，以使信号延伸至隧道外以保证信号的正常切换。如果使用定向天线，可能要加装两套定向天线，为防止信号间的干扰，最理想的方式是将信号用泄漏电缆在隧道口处往外再延伸至150米处，这样信号在隧道外就已经可以与隧道内的信号完成了越区切换，保证了列车在高速行驶时能进行正常通信。
（六）隧道内覆盖。来自基站的信号自基站天线口出来后，为一路信号，再经过分配器后分至上、下行两条隧道，由于专用无线通信系统无线通信载频数量较少，当中并无其它过多的干扰信号，因此可将上、下行信号共用一根泄漏电缆在隧道内进行传输覆盖。隧道区间内主要考虑车载台的覆盖，因此应考虑所用泄漏电缆安装在与隧道内行驶车辆的车顶为准，尽量使泄漏电缆安装位置与车顶天线处于平行状态。对于隧道内使用漏泄电缆覆盖还应考虑隧道区间的长度问题，一般通过链路计算来明确漏泄电缆传递无线信号的长度，来明确某些较长区间需要增设中继器的位置，也就是单段漏缆覆盖最长长度。
链路计算需要考虑如下因素：无线信号车体穿透损耗；从基站至隧道处漏缆需馈线长度的损耗；耦合器、功分器损耗；在隧道内不可避免的会出现由于其它原因或不可未知的信号对系统的干扰损耗余量；车速；基站输出信号的输出功率；基站系统的切换时间；车载台发射功率；手持台发射功率；上行信噪比；车载台最低接收电平等。
三、无线信号覆盖系统的接地安全考虑
为了保证无线信号的覆盖质量，漏泄电缆的节点安全也至关重要，主要有如下三种方式：
（一）通常连接漏缆的跳线或电缆需要接地，安装接地卡。
（二）天馈线系统，因为它有遭雷击的危险，需要接地，安装避雷器。
（三）一根长电缆的两端都接地，需要在连接到设备之前接一个直流隔断器，避免产生由铁路隧道中高感应、高反向寄生电流造成的电流闭合回路。此外，直流隔断器有助于隔离各接地点，这些接地点因为接入隧道内不同的接地系统有势差的危险（隧道接地，水接地，建筑物接地等）
四、结论
地铁专用无线通信系统对于地铁的安全运营有着至关重要的作用，要做到无线信号的无缝覆盖是一个比较复杂和综合性的工作。既要考虑到采用的无线系统设备的具体技术参数，也要考虑到采用的漏泄电缆和无源器件等的技术参数，还要考虑到地铁车站各类环境因素的影响。通过各种计算，因地制宜采用不同的覆盖方案，既要节约成本更要满足实际需求，达到保证地铁专用无线系统信号无缝覆盖，保证地铁安全运营的目的。
参考文献：
[1]徐济中.漏泄电缆在高铁公网覆盖中的应用[J].信息通信技术.2012，2：69-71
[2]贺雷刚.无线通信漏泄电缆施工技术的相关探索[J].建设科技.2013，3：194-195
[3]万有达.刘留.地下轨道交通无线信息通信与关键技术[J].现代电子技术.2013，17：41-44
隧道覆盖(六)
一种电力隧道巡检管控系统的设计与实现
【摘 要】针对电力隧道巡检对于巡维人员管理控制的需求，提出了一种隧道巡检管控系统。该系统通过无线网络技术实现对用户进行定位与监管，其手持终端利用Android智能手机，基于华为Espace进行二次开发;监控终端采用MySQL数据库，可以实现图片上传、隧道实时监控、签到签退、实时通讯、轨迹回放、故障分类及人员管理等服务。 【关键词】电力隧道 巡检 管控
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-22-0077-05
Design and Implementation of Inspection Control System
for Electric Power Tunnel
YAO Hao， JIANG Dong-na
（Guangzhou Electric Power Design Institute， Guangzhou 510610， China）
[Abstract]Considering the demands on inspector management & control of electric power tunnel， a tunnel inspection control system is proposed in this paper. The system positions and inspects users through wireless network technology. Android smart phone is adopted as handheld terminal which is redeveloped based on HUAWEI Espace. MySQL database is used as monitoring terminal which can implement image upload， tunnel real-time monitoring， sign in and sign out， real-time communications， track playback， fault classification and personnel management， etc.
[Key words]electric power tunnel inspection management control
随着国民经济和城市建设的飞速发展，城市用电负荷急剧上升，但在城市密集供电区域无法采用传统的架空线供电方式。为了更有效地利用管廊资源，越来越多的城市输电线路采用电力隧道的形式敷设高压电缆。电力隧道建设在地下5～20m的范围内，且根据施工方法、管线资源的不同，同一隧道的深度、截面均有所不同。因此，在一般条件下，电信运营商的无线信号无法穿透土层进入隧道，而且由于截面不均、走向复杂，一般的对讲机等设备使用也受到诸多限制。
由于隧道的巡检人员在隧道中常常处于与外界隔绝的状态，无法及时获取外部信息，也不能及时回传自己在隧道内的工作发现。而且一旦发生紧急情况，也无法及时通知外界获取救援。为了使隧道维护工作更加便捷高效，对于巡检人员的管理更加规范化，有必要开发一套巡检管理系统用于隧道的日常维护工作。
1 背景概述
现有的电力电缆通道综合监控系统主要针对隧道内的设备设施、火灾报警、安保系统、环境检测等系统进行综合的可视化监控管理，同时为电力电缆温度、电网状态信息和其余附属设备预留相关接口接入[1]，而这些监控系统的网络通道主要采用EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）组网方式或工业以太网交换机组网[2]。从这个意义上来说，现有的监控都是后端监控模式，并没有针对巡检人员深入隧道后的监控方法。
从现有的电力隧道通信方式而言，主要可采用集群通信;或采用泄漏电缆，引入运营商进行信号覆盖;或采用有线方式，组成应急通信系统。集群通信由网络基础设施和移动台组成，可进行隧道内与调度台的语音对讲，但带宽小，主流的TETRA数字集群单载频4时隙最高可支持28.8kbps[3];泄漏电缆造价比较昂贵且工程施工量大，后期维护较难[4];而采用有线方式组成的应急通信系统则为固定点使用，不能移动。
2 业务需求分析
2.1 现状调查
截至2013年5月，广州地区已建成投产的电缆隧道工程主要有泮塘电力隧道、珠江新城电缆隧道麒麟电力隧道等工程，规模约19.8km。2020年广州市中心城区电力地下廊道建设项目总长为93.61km，远期整个电缆隧道网总长296km，其中新建主干隧道长度约为178km。而到目前为止，并未形成统一的电力隧道内通信建设方案。
目前主要的方法是采用有线通信的方式，使用隧道工作井处的交换机，放置IP电话。但随着隧道规模越来越大，这种固定点通信的方式无法适应巡检维护的需要。
2.2 业务分析
隧道巡检人员进入隧道进行巡维工作，主要目的是在于对电缆本体、附属设施及风水电等监控器材进行巡视和维护，并对发现的故障及时上报和处置。因此，其一般的业务需要如下：
（1）音视频通话：提供基于内网的音视频通讯功能，同时实现能与外部公网进行语音呼叫。
（2）故障记录上传：拍摄故障点并进行问题描述，且将图片和说明文字上传至管理中心。 （3）消息接收：接收管理中心发送的文字指令、处置方案等。
（4）定位功能：将巡检人员在隧道中的位置信息上传监控服务端。
3 系统设计
3.1 网络拓扑结构
网络拓扑结构图如图1所示。
本系统终端通过Wi-Fi连接无线网络，登陆后实时将数据上传到管理监控服务器中进行处理，管理监控服务器再根据协议判断是通知管理监控端或是入库，从而对数据库服务器或管理监控端进行相应操作，管理监控端直接访问管理监控服务器来监视终端情况;整个系统部署于同一局域网内。
音视频通话功能利用IP-PBX（IP Private Branch eXchange，IP用户级交换机）系统实现。
3.2 隧道内的无线覆盖方案
隧道内采用Wi-Fi覆盖方式。而根据隧道的实际情况、巡检需求等，可以将覆盖方式分为胖AP（非集中控制型AP）和瘦AP（集中控制型AP）布置。这2种方式区别如下[5]：
（1）胖AP（非集中控制型AP）：具备一定的认证、被网管等功能的AP，不需要无线控制器即可接入网络。其优点是组网部署简单快速，造价较低;缺点是不能集中管理，不支持无缝漫游。
（2）瘦AP（集中控制型AP）：仅提供Wi-Fi无线接入、无其它任何功能的AP。其优点是能集中管理，支持无缝漫游;缺点是需配合AC（Access Controller，无线控制器）接入网络，适用于用户规模大、AP配置多、需大规模连续覆盖、有漫游切换需求的场所，造价较高。
3.3 软件系统的设计
本软件系统分为语音通讯模块、管理监控模块和终端3部分，如图2所示：
图2 软件系统图
具体描述如下：
◆语音通讯模块：实现与内网的音视频通讯、与外网的语音通讯功能;
◆管理监控模块：主要实现终端数据的接收、存储、定位监控、消息推送等功能;
◆终端：实现位置上传、语音通讯、照片上传、消息查看功能。
（1）电力隧道巡检管控系统软件开发
本系统界面主要包含移动终端和监控端2部分。具体描述如下：
◆移动终端
移动终端登录后，其主界面如图3所示。
登录采用简单的账户输入框、密码输入框加验证码输入框组合进行登录;登录后在签到/签退处，进入主功能界面的二维码扫描操作界面，完成巡检登入/登出记录。
“我的位置”可供巡检人员了解自己所处与地面的相对位置;“拍照上传”功能主要用于拍摄隧道情况并进行分类、文字描述等上传至监控终端;“设置”功能用于进行客户端的一般性配置。
◆监控端
监控端以Web形式展示，登录后其布局如图4所示。
监控端主要包括人员管理、故障分类、隧道地图、历史轨迹、巡检记录和隧道图片等功能。
监控端可查看人员的实时位置，也可以查看人员过往某一时间段在隧道内的活动轨迹回放;监控端可接收巡检人员发回的隧道情况实时记录，也可以查看某一时间段的故障或故障分类，并作出统计;监控端可与巡检人员进行音视频通话，或者直接发送文字化的工作指令至巡检人员的手持终端。
（2）数据结构设计
数据及时备份功能是在系统出现故障后可以及时恢复，把因系统故障造成的损失降到最小。可采用双机热备份，一台机器出现故障可自动切换到备份机器上，不影响系统的正常运行。
数据表主要包括如下信息：
◆用户信息表：存储用户基本信息，包括账号、密码、姓名、手机号码等;
◆用户分组表：存储用户分组信息;
◆操作描述表：用于定义操作的标示、说明及参数等;
◆用户日志表：记录用户所做的所有操作;
◆用户日志备份：为提高性能会定时将用户日志表中数据转存于此。
4 测试结果
本项目在广州电网珠江新城隧道中搭建了试验网络进行实地测试。该隧道长约1.2km，截面直径约为2.3m*2.3m，测试相关情况如表1所示：
表1 测试情况
测试要素 说明
部署AP数量 24台室外型AP
AP发射功率 500mW（2.4G Wi-Fi）
AP天线类型 全向天线
终端数量 4台
终端型号 华为P6、三星S4、索尼Z1、
三星N5100（平板电脑）
测得终端平均接入网络时间 2.2s
测得终端平均定位时间 3.4s
其他主要功能测试如下：
（1）图片回传及分类
图片回传监控终端界面如图5所示。
（2）语音通话
可实现手持终端与监控终端、手持终端之间的音视频通话。由于设备受限，手持终端与公网用户通话未测试。
（3）消息传递
可实现手持终端与监控终端、手持终端之间的文字消息传递。
（4）轨迹回放
可以选择特定时间段、监控人进行轨迹回放。回放采用打点方式记录，间隔时间可自行设置调整。
5 结语
本文所提出的电力隧道管控系统主要针对巡检人员在隧道内的活动进行管理，有利于发现问题并及时处理，可提升隧道运维的安全性和高效性。但该系统还有部分功能需进一步完善，如隧道地图导入、历史轨迹回放等，以期达到运行部门精细化管控的要求。
参考文献：
[1] 胡松军，朱琦锋，秦欢. 电力电缆隧道综合监控系统的应用[J]. 特种结构， 2009，26（6）： 104-106.
[2] 刘颖，贺绍鹏，郭小凯. 电力隧道视频及环境监控系统的网络结构方案之比较[J]. 机电信息， 2013（9）： 153-154.
[3] 郭强. TETRA数字集群数据传输设备的工业应用[J]. 移动通信， 2011（6）： 59-62.
[4] 杜世平，刘伟，戴波，等. 公路、铁路隧道覆盖解决方案研究[J]. 通信与信息技术， 2012（2）： 65-69.
[5] 李先权. WiFi网络构建与应用研究[D]. 广州： 华南理工大学， 2012.
本文来源：http://www.zhuodaoren.com/shenghuo374653/
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