隧道覆盖的天线安装要求和应用

imonexecapejo

[摘 要]本文介绍隧道覆盖时的不同天线安装方式，介绍隧道无线信号测试方法、天线选用和工程安装的要求，并对隧道口不同引入基站信号时，避免掉话需要的覆盖要求进行了介绍。
[关键词]隧道覆盖；天线安装；要求
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.22.056
[中图分类号]F273；TN929.5 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2017）22-00-02
0 引 言
对重要的公路、铁路实现全线覆盖是提高通信运营商竞争力的重要要求。在目前移动无线通信隧道覆盖的实际工程运用中，移动运营商在考虑传输和覆盖区域用户量时，会优先考虑选用无线直放站来解决覆盖问题，这可以有效增加移动运营商投入与产出的效益，减少建设的周期。但由于覆盖区域结构的限制、公路主管部门的协调，阻碍了无线直放站的有效使用。本文经过对隧道覆盖的实际工程应用和经验的总结，对天线安装距离中不同墙面的距离提出相应的建议，对小区、电梯、厂矿、景区、建筑室低层、地下商场、娱乐场所和公路隧道的，良好覆盖的勘测设计天线安装要求具有一定的指导意义。另外，本文根据不同隧道采用不同的覆盖方式进行分析，针对隧道内高速运动中乘驾的信号切换要求进行讨论。
1 隧道覆盖的相关概述
隧道覆盖主要分为公路隧道、铁路隧道、地铁隧道和矿山隧道等，每种隧道具有不同的特点，一般来说，公路隧道相对宽敞，可以根据公路管理部门的要求，相关人员可进行灵活多变的覆盖方式；铁路隧道比较狭窄，当火车在隧道中，剩余的空间很小，安装天线的方式会受到限制；地铁隧道类似铁路隧道，距离较长，一般只能使用光纤进行信号的传输，再通过泄露电缆和小板状天线覆盖；矿山隧道弯道较多，空间也比较狭窄，一般通过泄露电缆和小板状天线覆盖。
隧道短的只有几十米，而长的隧道有十几千米；有的隧道弯道较多，有的隧道较直；在解决隧道覆盖时，相关人员需要根据勘测情况和隧道管理部门的建议，做出可以实施的覆盖方案。在对隧道进行勘测时，相关人员应该采集以下数据：隧道的名称、隧道位置、隧道长度、隧道宽度、隧道结构、隧道是否双向、隧道高度、信源情况、覆盖现状、进出口的信号情况、隧道形状、走线情况以及天馈挂高。
2 隧道覆盖的信号源选择
信号源的选择需要根据隧道信号覆盖状况、话务需求、隧道管理人员、传输情况以及投资大小等情况进行决定。隧道覆盖采用的信号源包括：微蜂窝基站、无线直放站、宏蜂窝基站、光纤直放站以及RRU等。
对于铁路、公路隧道、矿山隧道的覆盖，由于其话务量小，相关人员可以使用RRU、各种直放站和微蜂窝基站作为信号源。对于城市地铁隧道的覆盖，由于人流量大，话务量也高，相关人员可采用容量较大的宏蜂窝基站。
3 隧道天线的选择
信号源确定后，相关人员根据实际勘测的情况，确定天线类型和馈入的功率，天线可以分为：室内壁挂天线、八木天线、板状天线、抛物面天线、双向天线以及泄露电缆。
室内壁挂天线：安装位置小，从墙体突出长度小，隧道宽度大，布放数量多；对隧道覆盖均匀性好，隧道信号切换充分；适合安装空间小、覆盖要求高的区域和纵向距离较大的隧道，如高速隧道、矿山隧道、铁路隧道。
八木天线：安装相对位置小，从墙体突出长度小，覆盖距离要求高，隧道内布放天线数量少；对隧道覆盖距离长（可视达3 200米），适合安装空间小，覆盖要求一般的区域，如高速隧道。
板状天线：安装相对位置大，从墙体突出长度大，覆盖距离要求高，隧道内布放天线数量少；对隧道覆盖距离长（可视达3 000米），覆盖要求一般的区域，如高速隧道。
抛物面天线：安装相对位置大，从隧道顶部突出长度大，覆盖距离要求高，隧道内布放天线数量少；对隧道覆盖距离长（可视达
3 500米），覆盖要求一般的区域，如高速公路隧道。
双向天线：安装相对位置小，从墙体突出长度小，覆盖距离要求不高，隧道内布放天线数量较多；对隧道覆盖要求覆盖均匀，覆盖要求较高的区域，如高速隧道、矿山隧道、铁路隧道。
泄露电缆：安装相对位置小，从墙体突出小，纵向覆盖距离要求不高，隧道覆盖要求均匀，覆盖要求较高的区域，如高速隧道、矿山隧道、铁路隧道。
4 隧道内分布系统选择
隧道内分布系统主要选择：同轴馈电分布方式、光纖馈电分布方式。
4.1 同轴馈电分布方式系统
同轴馈电分布方式系统的应用方式为单套的有源设备（微蜂窝基站、无线直放站、宏蜂窝基站、光纤直放站、RRU）加天线的覆盖方式。在信号功率不足的地方增加干放或直放站进行较长距离的信号覆盖；通常同轴馈电可以将天线放置于隧道内，也可以从设备经过馈线在隧道外合适的位置安装定向天线向隧道覆盖。
4.2 光纤馈电分布方式系统
光纤馈电分布方式系统的使用方式为有源设备（微蜂窝基站、宏蜂窝基站、RRU）加近端机。在较远的覆盖区域采用多台远端机分段进行覆盖，在较长的隧道和特殊覆盖环境，考虑到光缆损耗小、布放容易、信号稳定性好的特点，相关人员可采用光纤馈电分布方式系统进行覆盖，适用于覆盖公路隧道、地铁隧道和矿山隧道。
5 隧道内传播模式
本文经过对长度不同的隧道进行测试，将功率为1 W的模拟信号发生器（设定频点为65信道），经过长度约为8米的CL-8D馈线后，接到增益为10 dB的八木天线，对隧道不同的距离测试。
不同距离测试的数据如下：
（1）测试位置场强与发射天线的距离（隧道长3 100米）；
（2）测试位置场强与发射天线的距离（隧道长2100米）
在隧道中一个特定位置无线电波场强是电磁波直射、反射、折射传播后矢量和的结果，隧道传播模型，经过计算，类似于自由空间损耗加修正参数的结果，隧道覆盖预测测试的参数需要对每一个位置进行3次以上的测量后取平均值，经过数据的对比，可以采用以下公式进行隧道传播模型的计算。
L=32.4+20lgf+20lgd+δm+δA+δz+δw+δf
其中：L为路径损耗；f为频率（MHz）；d为距离（千米）；δ为偏差修正。偏差修正主要与空气湿度δm、天线安装方式δA、隧道弯度δz、隧道宽度δw和隧道车流量δf相关。
6 隧道覆盖解决方案工程要点
虽然有许多种方式可以达到隧道的信号覆盖，但针对具体的隧道覆盖，相关人员需要重点考虑以下要点。
（1）隧道管理方的要求：隧道管理方在同意对隧道进行覆盖的同时，相关人员需要结合隧道的特点，就天线种类、挂高、主机安装位置、电源引取与管理方进行交流讨论，并进行工程细节的备忘记录，最终实施方案后交管理方确定。
（2）隧道结构特点：根据隧道的特点确定天线（八木、平板、泄露电缆），隧道弯度和长度决定主设备类型、数量和天线的数量。
（3）安装天线的方式：天线的安装如果达不到要求，会造成覆盖与设计的出入，如挂高、天线到墙面距离、天线方向角、吊杆高度等。
（4）分布系统的选择：根据天线的数量，相关人员应根据勘测合理选用信源，这可以有效提高系统的性价比。对于距离短、天线少的隧道，相关人员一般采用同轴馈电分布方式；对于覆盖距离远，天线多的隧道，相关人员一般采用光纤馈电分布方式，大型隧道也可采用光纤馈电分布方式为架构加局部同轴馈电分布方式进行混合组网。
（5）隧道进出口的小区切换：对于隧道进出口的勘测设计，相关人员需要考虑小区切换，否则会造成进出隧道掉话，降低系统网络质量。若在隧道存在两个小区覆盖的情况，需要有一定距离的切换区域、相邻关系和正确的切换参数，最好进出隧道均占用一个小区的信号。
（6）2G+4G等多系统的合路覆盖：主要考虑采用GRRU+CRRU
+WRRU等POI合路，考虑到时延、色散以及同步的因素，隧道覆盖应该使用小功率、多天线的覆盖思路，即便4G频段合路后仍可以保证多系统的信号覆盖。
（7）隧道覆盖的可通率：由于隧道内移动用户接收到的信号为直射或多径信号的矢量和，与身体损耗、车辆屏蔽损耗、瑞利衰落、正态衰落以及通话时手持手机姿势相关，在保证整个隧道一定可通率的情况下，相关人员需要在隧道内最弱信号的场强达到一个确定的数值。
7 结 语
各种类型的隧道可采用各种各样的解决思路进行覆蓋设计，本文的目的是从具体落实到实际的工程建设，做出一套行之有效的方案。信源的选取、系统的选择、天线的使用、多系统合路均需和实际的隧道结构、隧道管理方要求紧密结合，才能用灵活多变的解决思路，最终做出可行性高、设计合理、性价比高的隧道解决方案。