直放站隧道培训资料.docx

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1、图1单线铁路隧道截面示意图（单位为mm）隧道覆盖解决方案1.1隧道覆盖特点目前大多数隧道都是覆盖盲区，因此需要制定专门的隧道覆盖方案。隧道覆 盖主要为铁路隧道、公路隧道和地铁隧道等多种。每种隧道有着不同的特点，一 般来说，公路隧道比拟宽敞,隧道中的覆盖状况在有车通过时与没有车通过时的差 别不大。有车通过时，隧道内剩余空间较大，可以根据实际情况选择尺寸大一些 的天线，以获取较高的增益，覆盖范围更广。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，这时无线传播与没有火车 通过时的差异较大。火车本身对新信号传播也会有较大的影响；同时天线系统的 安装空间有限，天线的尺

2、寸与增益必然会受到很大的限制。另外，对于铁路隧道 的覆盖测试一般更困难，普通车辆无法到达，这些特点决定了公路隧道的覆盖与 铁路隧道的覆盖规划有不同之处。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 道有几十公里。在解决短隧道的覆盖时，可采用较多灵便经济的手段，如在隧道 口附近用普通的天线往隧道里进行辐射等，而这些手段可能在解决长隧道覆盖时 不起作用。长隧道的覆盖必须采取另外一些手段。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。单线铁路隧道及复线铁路隧道的截面示意如图1, 2所示。截面越小，火车经 过时的损耗越大。以下的分析计算都是基于

3、复线铁路隧道及公路隧道的计算，对 于单线隧道可以考虑在复线铁路隧道计算的基础上考虑5dB的保护余量。在进行隧道覆盖规划之前，要知道以下一些数据： 隧道长度； 隧道宽度； 隧道孔数超过此点之后的接收电平就会低于最小可接受电平，因此要在此点加放大器 对信号进行放大，放大到最大单载频输出功率，而放大器单载频的最大允许输出 功率与放大器的型号及被放大的载频数量直接相关。在知道了单载频最大输出功 率之后，就可以计算出需要的放大器的增益。需要的放大器增益=单载频最大允许放大器的输出功率（取决于载频数量）- （最小可接受电平-覆盖因子）在泄缆上双向放大器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

4、是考虑减少交调影响.因为交调产物会随着总载频数的增大而增大。如图11所第 642 0 8 6 4 2 0 软我M 太0出功*加第 642 0 8 6 4 2 0 软我M 太0出功*加图11单载频最大输出功率与被放大的载频数之间的关系示意要求的放大器增益;覆盖因子十每载频的最大允许发射功率-最小可接受信号 电平。如最小可接收电平为-85dBm,覆盖因子为-77Db,每载频的最大允许发射功 率为7dBm。（总共18载频，泄缆是一个宽带系统，在设计时可能设计的带宽较宽, 故这里先假设有18个载频），那么需要的放大器增益为15dB。4、放大器之间的泄缆长度确实定我们需要以下的一些信息来确定介于两放大器

5、之间的泄缆长度： 需要的放大器增益； 泄缆损耗（dB/ 100m） o根据图9和10可以确定两放大器之间的泄缆长度，如混凝土隧道中，一个放大 器的增益为13dB,泄漏电缆的衰减为4. 3dB/100m,那么在两放大器之间的泄缆长度 为300nl.5.需要的放大器数量确实定需要以下的一些信息来确定所需的放大器数量： 馈源与第一个放大器之间的泄缆长度； 放大器之间的泄缆长度； 隧道长度。用下面的公式可以计算出所需的放大器数量：放大器数量2 （隧道长度-馈源到第一个放大器之间的距离）/ （放大器之间 的距离）最小整数接着前面的例子，隧道长度为1000m,放大器之间的泄缆长度为300m,馈源 距第一个

6、放大器之间的距离为420m。这需要（1000-420） / 300 = 1. 93,即2个 放大器。决定了放大器数量后，可以优化一下两放大器之间的距离，简单地将剩余距 离除以放大器的个数得580/2=290m,即两放大器之间的距离为290nb如图12所示。图12泄漏电缆示意6、安装说明泄缆电缆在安装时不要接触铁器与金属物。一般来说安装时要距混凝土墙壁 5cm,距金属墙壁的距离最少为10cm。当然，间距可视泄缆类型而定。尽量靠近覆盖区安装，不必考虑与用户之间是否有视距传播，因为从泄缆中 出来的信号会填充整个空间。应该安装在容易接近的地方。1.5不同长度隧道覆盖具体解决方案上面已经讨论了在隧道覆盖

7、规划中的一些关键技术，下面来具体探讨针对不 同长度的隧道、不同特性隧道的具体覆盖解决方案。在实际方案中可能会用到的一些配合： 微基站（或直放站）十单个天线方案；微基站（或直放站）十分布式天线系统； 微基站（或直放站）十泄漏电缆。在决定是否选用微基站还是直放站作为隧道覆盖的GSM信号源时，首先考虑的 问题是隧道口附近有没有足够强的GSM信号可以被利用和隧道附近是否有传输线 路可被利用。一般来说，假设隧道口附近（包括附近的山头等较高的地方）已有的信号电平 低于-80dBm,我们建议采用微基站；假设隧道口附近的信号电平高于-80dBm,那么可以采用直放站或微基站进行覆盖。此时假设传输问题比拟难解决，

8、建议直接采用直 放站进行覆盖，在采用直放站方案时要充分考虑到直放站隔离度的要求，否那么建 议采用微基站来解决覆盖问题，同时提高系统容量。1 .短隧道覆盖解决方案这里定义长度在100m以下的隧道为短隧道，在对这种隧道的覆盖进行规划时, 要结合隧道周围需要覆盖区域一起考虑；假设有多个短隧道彼此之间间隔很小，可 以考虑在两隧道的中间建站（或直放站）；假设使用微基站，采用双向天线，假设天 线的增益为5dBi,建议天线放置在隧道口，这样可以保证对隧道的良好覆盖。在制定隧道覆盖方案时，必须考虑到火车与汽车都处在高速运行的状态之中, 如何保证在进入隧道后能够进行顺利切换是至为关键的。假设GSM信号源是采用直

9、放 站进行覆盖，隧道外的信号电平与隧道里的信号电平属于同一个小区的，那么不会 存在切换问题；假设覆盖隧道的GSM信号源是微基站时，如果隧道里的信号与隧道口 的信号属于不同的小区，在火车进入隧道后，外部小区的信号急剧下降，这时很 可能由于不能及时切换而掉话。解决这个问题可以从以下几点考虑：一是采用双 向天线对隧道进行覆盖，这样隧道里面的小区信号就会与隧道外面的小区信号有 足够的交迭深度来保证正常的切换；二是启用特殊的切换算法，例如电平快速下 降切换算法，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；另外， 选择前后比小一些的定向天线也是可以考虑的手段之一。2 .中等长度隧道覆盖解决方案根据

10、前面的分析，结合设备条件，给出一些典型配置下铁路隧道覆盖比照情 况。前提：GSM信号源假设采用华为BTS3001,最大输出功率为8W；假设采用直放站， 仅考虑其放大1个载频的情况，最大输出功率为2W。设计最低接收信号电平为 -85dBm,覆盖概率为90% （加上8dB的保护）。针对铁路隧道的覆盖，考虑到火车 填充对信号传播的影响，假设天线改在隧道口，那么增加10dB的保护；假设天线放在隧 道中间，那么增加5dB的保护（这些保护在对公路隧道进行规划时不用考虑）。在隧 道口采用隧道专用天线DB771s50NSY定向天线，水平半功率角度为60 ,增益为 8dBi；在隧道中间选用双向天线K738446

11、,增益为5dBi。基于以上假设，通过前面 的论述，我们可以得到表1的结果。表1采用单个天线进行铁路隧道覆盖时覆盖距离的估算天线放在隧道口（增益8dBi）双向天线放在隧道中间（增益8dBi）采用微基站（39dBm）400m480m采用直放站（33dBm）250m360m因此对于隧道长度小于500m的隧道，我们可以根据隧道口的电平、传输现状、 隧道长度等实际情况选择微基站十单个天线或直放站十单个天线的方案。对于有 弯道的隧道，建议将双向天线放在隧道中间进行覆盖。另外，根据现场勘测的结果，视隧道的截面大小、容许安装的天线尺寸、隧 道长度等因素，在某些长度稍大于500nl （如600m）的隧道，也可以

12、通过选择增益 更高一些的天线来进行覆盖。3 .长隧道覆盖解决方案对于隧道长度大于500nl的隧道，要采用分布式天线系统或泄漏电缆进行覆盖。 我们先来考虑一下采用微基站十泄漏电缆与直放站十泄漏电缆的方式在没有放大 器的情况下可以覆盖的距离。前提：GSM信号源采用华为BTS3001C,最大输出功率为8W；假设采用直放站，仅 考虑其放大1个载频的情况，最大输出功率为2W。设计最低接收信号电平为-85dBm, 覆盖概率为90% （加上8dB的保护）。考虑到泄漏电缆的覆盖特性，可以不用再加 额外的电平余量保护（这些保护在对公路隧道进行规划时不用考虑）。泄漏电缆 选择SLWY50 22,径向损耗为5dB/

13、 100m,耦合损耗在90%的接收可能时为77dB。基于以上假设，根据前面的论述，我们可以得到表2的结果。表2采用泄漏电缆但不加放大器进行铁路隧道覆盖时覆盖距离的估算当然，我们可以选择损耗更小的泄漏电缆，这样覆盖距离会更远。覆盖距离（采用泄漏电缆但不加放大器）采用微基站（39dBm）800m采用直放站（33dBm）680m对于更长的隧道需要采用放大器进行中继放大，即可采取分布式天线方案， 也可以采用泄漏电缆方案。从技术上和安装空间的允许等方面，我们建议采用泄 漏电缆方案。从本钱方面来说，主要与设备的选型有关，分布式天线方案不见得 会优于泄漏电缆方案，这需要根据选定的器件来估算。图2复线铁路隧道

14、截面示意(单位为mm) 需要的覆盖概率(50%、90%、95%、98%或99%)；隧道是：金属结构还是混凝土结构； 总共考虑多少个载频(1-30)；隧道中最小接收电平(一般为-85-102dBm)； 隧道孔的间距；AC/DC是否可用； 墙壁上能否打孔；隧道入口处的信号电平大小； 隧道内部已有信号电平大小。1 . 2隧道覆盖解决方案.链路预算室内无线链路衰耗主要由路径衰耗中值与阴影衰落决定。隧道可以认为是一 个管道，信号传播是墙壁反射与直射的结果，直射为主要分量。ITUR建议P. 1238 提出室内适用的传播模型，这种传播模型对隧道覆盖也是有效的，这个公式为： LPflrt=201gf+301g

15、d+Lf (n) -28dB(1-1)其中：f代表频率(MHz)d代表距离(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。在我们讨论的隧道覆盖场合，Lf (n)可以不用考虑。因此在隧道中无线传播可以用以下式子进行估算：L/?=201gf+301gd-28dB在隧道中不同的路径损耗见下表。5-19 道中的任按费dGSM900MHZGSM1800MHz50 m182.0 dB88 1 1B100 m9L0 dB97.0 dB150 mdB102.1 dB300 m100 1 dB106.1 dB300 m105.3 dB1114 dB2 .覆盖GSM信号源选择为了提供隧道覆

16、盖，一个GSM信源与一套分布式系统是必需的。隧道覆盖需要 根据隧道附近的无线覆盖状况及传输、话务、现有网络设备等情况来决定隧道覆 盖所采用的GSM信源。隧道覆盖的GSM信号源可以是宏蜂窝基站、微蜂窝基站和直 放站等。对于铁路、公路隧道覆盖来说，室内宏基站作为信号源较少被采用，但它可 能会应用在较复杂的地铁隧道中，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。在大多数情况下，人们常用微蜂窝信号对隧道进行覆盖。对于需要覆盖的区域，如果附近的网络容量足够，不必增加新的容量，且有 较好的GSM信号源可以被利用（满足直放站对施主信号电平大小的要求，如 -70dBm）,那么可采

17、用无线直放站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，随着网络话务量的上升，再逐步用GSM基站来替换。施主天线与重发天线需要有足够的隔离度，造成安装空间上的困难，一般重 发天线采用高前后比的对数周期天线。直放站与施主小区之间的连接可以采用普通天线（无线直放站）、同轴电缆 和光纤（光纤直放站）等。对于隧道覆盖来说，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，而更多地采用微蜂窝和直放站。在山区，采用直 放站的可能性较大，因为往往在距隧道口不远的山头上存在足够强度的信号可能 性较大，天线的隔离容易得到满足。而在隧道口附近原有网络的信号强度不够的 情况

18、下一般会采用微蜂窝进行隧道覆盖。3 .隧道覆盖天馈系统的选择在选择好了GSM信号源以后，要根据实际情况来配置不同的天馈系统对隧道进 行覆盖。通常有3种不同的配置，即同轴馈电无源分布式天线和光纤馈电有源分布 式天线和泄漏电缆。在本节中主要讨论同轴馈电无源分布式天线及泄漏电缆的解 决方案。1. 3采用同轴分布式天线系统的隧道覆盖方案在同轴天线分布式天线系统中，常采用以下的射频器件： 馈管（3 / 8英寸或1 / 2英寸或7 / 8英寸）与跳线；放大器； 功分器；天线。1.同轴分布式天线系统隧道覆盖解决方案1下面是一个用双向无源天线分布式系统进行隧道覆盖的方案，如图3所示。图3采用分布式天线进行隧道

19、覆盖方案示意在这种方案中，我们假定需要的最小信号电平为-85dBm （50%的位置概率）。 为保证位置概率到达90%的水平，需增加8dB余量。双向天线的增益为5dBi,等 概率功分器和跳线损耗为2dB,馈管采用7/8英寸。每100m有4dB的损耗。设备输 出功率为39dBl11。首先，我们假定第一个双向天线发射出来的信号在隧道入口处电平为-85dBm, 根据这个要求，我们可以计算出这个天线到隧道口的距离，如下式：pout Lpafh（d） - Lcabk（d） - Ljumper + Gant =-85dBm+8dB,式中：Pout :输出功率39dBm。Lpam（d）:第一个双向天线到隧道口

20、路径损耗；/网:馈管损耗;耳叱跳线损耗；G。”天线增益5dBi;式中的8dB是为了保证位置概率到达90%的水平而需增加的余量.基于此值，有：4.）+ （/e（d）=117Db距离d与4.3）和人血e3）的关系如图5-34所示。图中，曲线为43）。o根据图4,估算得到:d=301m。图4路径损耗曲线7/8英寸馈线损耗的关系如果在第一个天线上使用了功分器，那么应该加上3dB的损耗，那么：4.（d） + LJd）=U4Db根据图4,估计得到d=261m.在铁路隧道的应用环境中，由于火车的填充作用影响到信号传播，当天线放置 在隧道中间时，需要考虑5dB的保护余量，此时d=240m（算法相同）.即单根双

21、向天线 假设放在隧道中间,可覆盖距离会更短.如果第二个天线是用了功分器,除非使用放大器,否那么在第一个天线与第二个 天线之间的覆盖距离会更短.我们分析第二个天线没有使用放大器时覆盖情况：从第一个分路器（在第一个天线处）输出的总功率POHtX为：匕爪=九-Qab/d） - Ljumper - Lsplitter =39dBm 45（261 m） - 2dB - 3dB =23. 56dBm （261m的馈管损耗约为10. 44dB,跳线损耗为2dB,功分器插损为3dB）基于假设,两天线之间的交叠电平为-85dBln,那么第二个天线与第一个天线的 距离为：d2 =d+x其中d2=261m （第一个

22、天线的覆盖范围）；其中，第二个天线单方向的覆盖范围。综上得出：poutx -几/（261 m） - /b/x）-L .sr + G丽二小（x）二一85dBm+8 dB4溷（）+ 43=108. 56dB 从以上两式可以得到x=100m。这意味着在不采用放大器的情况下，使用2根天线可以覆盖:2X (261+100)= 7221nl的隧道。在多级级连后，由于同轴电缆的损耗导致发射功率较低，这时可采用放大器对信号进行放大，计算方法类似。2.同轴分布式天线系统隧道覆盖解决方案2对于隧道不长的情况，可以采用简单的方式进行覆盖，如图5所示 n .定就大找图5采用单根天线进行隧道覆盖方案示意在这种方案中，采

23、用一个定向天线在隧道口向隧道内覆盖。下面就对采用这 种方案的覆盖状况简要进行分析。这种方案中：Pout =39dBm (假设GSM信号源输出功率为8W)；Lpath ：传播损耗；LcabJd) + Lj1mper ： 5dB,Ganl ：天线增益8dBi;需要的接收电平为-77dBm (-85dBm+8dB由于需要以90%的概率进行覆盖)；Lpath (d) =39dBm-5dB-h8dBi- (-77dBm) =119dB根据公式，有：Lpath (d) =201gl0f+30 lgl0d-28dB因此得到d=858m。以上的分析方法适用于比拟宽敞的公路隧道。对于铁路隧道，由于火车填充 作用

24、对信号传播影响，可以考虑10dB的余量，计算方法相同，得到在铁路隧道中此 种方案的覆盖距离为398m。1. 4采用泄漏电缆系统的隧道覆盖方案采用泄漏电缆来覆盖，要找到泄漏电缆的规格并完成具体的泄漏电缆设计。 主要步骤如下：(1)决定覆盖因子；(2)计算双向放大器的增益；（3）估算出馈源与第一个放大器之间的泄漏电缆长度；（4）估算出放大器之间的泄漏电缆长度；（5）决定所需放大器的数量。1、覆盖因子确实定首先我们需要以下的一些信息来确定覆盖因子： 耦合损耗；载频数量； 覆盖概率。覆盖因子是指距泄漏电缆2nl以外（泄漏电缆的垂直方向）的损耗值，这一损耗 值包括泄漏电缆的耦合损耗和某一要求的覆盖概率的

25、保护值，如需要保证90%的 覆盖概率要在中值电平上加8dB。有些泄漏电缆规格上直接说明了在覆盖概率为多 少时的耦合损耗，这个概念等效覆盖因子。它将载频数固定为一常数。覆盖因子由 耦合损耗、RF载频数、覆盖概率和隧道类型等参数决定，通过一下两图可以确定 混凝土隧道与金属隧道的覆盖因子。在确定覆盖因子时，根据载频数与耦合损耗 可决定图中的一点，通过此点做一水平线，该线与要求的覆盖概率相交处即为覆盖因子。盖因子。2 RF Cxmcj*5 RE Carrie10 RF Caihe50 S5 60 65 70融合报耗二三二二三三二二-二三一-三三二三二三=三二三-二- -407 3-S5也为-70-75

26、.心-90-95 三三二三二三三二三三=三二h三-一= .三二 -49-549-64.-74-79*-94-993 =三二三三三三三二二三一-=:二三三三一二三三三 -52也 W.771T皿工-107 一二三三=4=u =三一=三二三三一=三二二度M概率2 RF Camera 5 RF Camm 一10 111- Gamer* 2D RF C.nripr*40 RF Carrirr* KO Ilf Carrin*K 5-36混瞿土展道覆美出于乐窗65 70 75 80 R5 90 端合拟耗覆岂同率 9% 98% 95% 90% 30%UU卅山IS4-W-51 日 77 言 44135 .-j

27、-5K -=-56.521 -49i-40S63 S -61S-57三-54-45三=:YH =一如二 4H-W-50?J 三 -7I 三H?三S-55 三 -7 三 76 1-72 1蚀 7-60 ? 83 f-1 4-T7 1-74 j-63 4 88 搭-M -T2 1-79 =-70 i-93 4-g| 1-87 i-M i-7J 三 -邠三-96 -92 5-ag -80 1 7俯l-io卷引 i-94 i &5 lllH|IK -102-9f 90图7金属隧道覆盖因子示意例如:采用耦合损耗为71 (GSM900MHZ)的泄漏电缆，18载频,覆盖概率为90%根 据图5-36得出在混凝

28、土隧道覆盖因子是-77dB。2、GSM信号源与第一个放大器之间的电缆长度确实定在决定GSM信号源与第一个放大器之间的电缆长度时，我们需要用到以下的一 些信息： 信号源发射功率(dBm)； 跳线损耗l(dB) 连接器损耗1 (dB) 泄漏电缆损耗(dB/100m) 跳线损耗2 (dB) 连接器损耗2 (dB) 馈源处发射功率(dBm)首先，在计算某馈点的功率时，将GSM信号源信号减去馈管传播衰耗。假如GSM 信号源采用无线直放站输出功率为18dBm (18个载频)，经由跳线、馈管、跳线接 到泄漏电缆，这中间7dB的衰减(通常情况从直放站输出，经跳线接到一馈管，再经 一跳线接到泄漏电缆，中间有4个

29、连接器，可以考虑每根跳线有IdB的衰减、馈管 有IdB的衰减，每个连接器有0.5dB的衰减)，那么在该点的发射功率为lldBm,如图8内生因子aTmh 栈内a身放大h ,要求晌推收电平;T5dBm图8泄漏电缆连接示意假设需要的隧道中的信号电平为-85dBm。考虑到最坏的场合,在第一个放大器 的辐射信号应该最小为-85dBm以满足电平的要求。信号馈点与第一个放大器之间 存在耦合损耗和泄缆纵向传播损耗，见下式：Lossiong = HdBm- (-85 dBm)+ LosscoupLosse为覆盖因子，保证90%的覆盖时为一 77dB。= HdBm+85 dBm-77 dBm=19dBLosskm

30、g图9金属隧道中放大器之间的电缆长度信号馈源与第一个放大器之间的泄缆长度可以从图9和10中得到，两图分别表 示的是混凝土隧道与金属隧道放大器之间的泄缆长度。假设泄缆衰减为4. 3dB / 100m,在4. 3处划一条垂线，与19dB的曲线相交，再做一条水平线就可以从右边读 出泄缆的长度。在这个例子中，在信号源与第一个放大器之间的距离为440m。（dB. IOOhiI图10混凝土隧道中放大器之间的电缆长度以上两图左边的纵坐标为“要求的无线放大器”，在实际应用时可直接用泄 漏电缆的径向损耗来代替。从原理上来说是一致的，因此图表中隐含着一个前提: 需要的放大器增益等于前一段的泄缆径向损耗。3、需要的放大器增益用以下的一些信息通过简单的算法就可以得出最大的放大器增益： 最小可接收信号电平（dBm）； 覆盖因子（dBm）； 单载频最大允许输出损耗（dBm）。假设不加放大器，泄缆传输最长距离处距离处泄缆输出信号电平二最小可接收信 号电平-覆盖因子。