公众移动通信网络隧道覆盖技术方案探析

1、铁道勘测与设计railwaysurvey and design 2010(4)勘测与设计铁道102刘惠林（中铁第四勘察设计院集团有限公司通号处武汉）公众移动通信网络隧道覆盖技术方案探析【摘要】隧道区域特殊， 一般有分布式基站、 数字直放站结合漏泄同轴电缆及一体化耦合辐射单元的无线解决方案， 本文作初步探析， 以期有益于公网隧道覆盖工程的建设。【关键词】隧道公众移动通信网络覆盖技术分布式基站一体化耦合辐射单元1 前言随着国家高速铁路及城市轨道交通的蓬勃发展， 隧道所占比例越来越高， 公众移动通信网络 （以下简称公网） 引入隧道的问题便日益迫切。无论是国家干线铁路还是轨道交通，引入公网为乘客提供良

2、好的无线网络服务， 是交通运输部门和移动运营商共同的目标。 由于隧道空间结构特殊， 使得与公网传统的面状、开放式空间覆盖方案将有很大不同。本文将根据目前公网覆盖采用的主要几种技术方案结合铁路隧道尝试做探讨分析。2 公网引入需求2 1 引入系统目前具备公用移动电话网运营资格的服务商有中国移动 （gsm900 和 dcs1800、 td-scdma ） 、中国联通（gsm900 和 dcs1800、 wcdma ） 、 中国电信 （cdma800 、 cdma2000 ） ； 中国电信的 phs无线市话（小灵通）由于即将退出市场， 因而一般不考虑该系统的引入。2 2 覆盖及服务质量要求覆盖区域内9

3、5区域 gsm、 cdma 及 dcs 下行信号电平 -85dbm；3g 下行信号电平覆盖区域内95区域-85dbm。3 覆盖技术方案为保证运行稳定性及多频段集成的需要，各运营商基站信号 （不同制式、不同频段的信号） 集中引入至隧道内中继设备设置处，经由宽带合路平台（poi） ， 通过辐射单元 （漏泄同轴电缆lcx 或者天线） 将无线能量发射出去， 完成对隧道的覆盖(图 1)。3 1 中继设备的比选分析目前公网主要采用数字直放站 （grru） 及分布式基站（ bbu+rru ）的方式较多，下面将bts+grru 和 bbu+rru 两种覆盖方案进行比较分析。3 1 1 grru 方案grru

4、数字直放站是一种直接耦合基站信号，采用数字传输方式， 将信号传输至远端进行覆盖的无线网络解决方案； 由数字接入控制单元(dau)和数字射频拉远单元(dru )组成。该产品是基于采用图 1隧道公网覆盖系统构成图铁道勘测与设计railwaysurvey and design 2010(4)103数字中频技术的光纤传输，克服模拟光纤传输时信号的信噪比恶化的缺点, 具有大动态、 低噪声的优点,并且在数字中频的基础上开发多种功能,比如混合组网、底噪关断、切换功能、以太网接口、 远程下载以及时延校准等，同时具有多种备份功能，如dau 备份功能、 光旁路功能、 电源备份功能、 双功放互为备份功能等。采用 g

5、rru 可以实现灵活的组网方式（图 2） ，其中 sector1 为星型拓扑结构， sector2 为菊花链拓扑结构，sector3 为星型和菊花链混合拓扑结构。可以根据需要灵活配置选择不同组网方式，系统配置简单， 实现容易。3 1 2 bbu+rru 方案分布式基站一般由bbu （基带控制单元）和rru (远端射频单元) 组成， rru 通过光纤连接bbu ，光纤连接接口遵循cpri 标准。最大支持6个连续站点的rru 共小区，有效减少切换次数， 提升网络性能； 频率复用的距离增大，频率资源利用率提高；同时具有时延调整的功能，网络规划简单。主要组网方式见图3。3 1 3 两种方案的比选分析作

6、为进入 3g 时代的新产品， 两者都具备技术先进、 同一小区覆盖距离长减少切换次数提高系统可靠性、组网灵活方便等优点，可以很好的适应铁路隧道链状覆盖及列车运行速度快等特点，也是目前隧道公网覆盖多采用的两种技术。但由于其根本原理的不同， 还是存在以下区别：（1）在传输时延上， 因为数字光纤直放站存在两次变频过程， 故其传输时延比较大； 而 rru 直接传送基带信号， 时延不明显。（2）在底噪抬升上， 数字光纤直放站的引入会抬升上行噪声； 而 rru 传输的为纯基带信号， 可不用考虑底噪问题。综上， 分布式基站 bbu+rru 的组网方案技术更为先进。3 2 辐射单元的比选分析由于考虑列车进入隧道

7、后的阻塞效应，普通天线一般已不再应用于隧道区域的覆盖，除了目前大量采用的漏泄同轴电缆lcx 外，最近有一种新型天线：一体化耦合辐射单元，以其无线信号覆盖较普通天线均匀而投资较lcx 少已开始在公网隧道覆盖中逐步应用。3 2 1 lcx 方案漏泄同轴电缆lcx ， 也称连续天线， 它是遵循特定的电磁场理论， 沿着同轴电缆的外部导体周期性或非周期性配置开槽口而形成的。电信号在电缆中传输的同时， 能把电磁能量的一部分按要求从特殊开槽口以电磁波的形式放射到周围的外部空间，既具有传输线的特性又具有无线电发射天线的性质。 目前在铁路隧道、 煤矿矿井等广泛采用该方案。3 2 2 一体化耦合辐射单元方案一体化

8、耦合辐射单元一般由耦合器及辐射模块组成（图 4） 。图 2grru 组网结构示意图图 3rru 组网结构示意图图 4一体化耦合辐射单元原理图技术 应用研 究公众移动通信网络隧道覆盖技术方案探析刘惠林铁道勘测与设计railwaysurvey and design 2010(4)勘测与设计铁道104其辐射模块由两副定向天线组成，实现双向均匀覆盖； 耦合器可根据不同的设计方案，选择最佳耦合度 （0,5,10,15,20 可选） ，实现优质无线通信覆盖。其外形较小约1052 380 120mm， 可工作在 806 9601710 2500mhz 。主要组网方式见图 5。3 2 3 两种方案的比选分析漏

9、泄同轴电缆的最大优点即是无线信号覆盖均匀，但造价也偏大； 一体化耦合辐射单元投资远小于漏缆方案， 同时由于约100m设置一处，不仅可以有效减弱列车进入隧道后的阻塞效应，其无线信号覆盖的均匀性也大大增强。在满足覆盖的技术条件下， 一体化辐射单元在节约成本、方便施工及维护方面是优于漏泄同轴电缆的。3 3 总结由于其成本优势， 目前数字直放站还在大量应用，随着分布式基站技术的不断更新，将会占据越来越大的市场； 同时漏缆目前也在广泛应用，但由于其成本高， 且需要大量的金属铜，相信同样能提供均匀无线信号的一体化耦合辐射单元将会发挥越来越大的作用。4 结束语铁路建设方兴未艾， 通信技术的发展也是日新月异，公网隧道覆盖项目大多还在建设阶段，还需