公路铁路隧道覆盖建设指导手册

公路铁路隧道覆盖建设指导手册

目录1高速公路、铁路隧道覆盖概述 31.1高速公路、铁路隧道覆盖重要性 31.2高速公路、铁路隧道覆盖特点 31.3高速公路、铁路隧道覆盖基本方案 42高速公路、铁路隧道覆盖方案实施 42.1隧道覆盖的信号源选择 42.2传输方式的选择 52.3隧道覆整天馈系统的选择 63高速环境下重点问题分析 83.1信号覆盖场强分析 83.2隧道内、外切换分析 113.3长距离、高速下时间及频率色散考虑 123.4引入多直放站对系统底噪影响分析 133.5当多系统引入时的干扰分析 144高速公路隧道覆盖预案（采用光纤直放站） 154.1500m以下的隧道覆盖预案 154.2500m~1500m的隧道覆盖预案 174.31500m~3000m的隧道覆盖预案 195高速公路隧道覆盖施工规范 225.1隧道内主机的安装规范 225.2隧道光缆及馈线、电源线的走线施工规范 225.3隧道内天线的安装规范 245.4接收天线的安装规范 245.5漏泄同轴电缆的配置及接续技术 245.6电源的引入规范 265.7隧道施工安全注意事项 261高速公路、铁路隧道覆盖概述1.1高速公路、铁路隧道覆盖重要性在我国，铁路、公路隧道占比非常高。特别是途经山区地段。占比更高，例如：国家·7918·高速公路网上海至成都公路的重要组成部分沪蓉西高速公路。全长320公里中隧道44座155712米。主线桥隧比为51.62%。被业界称为桥隧博物馆的宜万铁路，全长约380公里，有隧道114座。总长220公里，桥隧总长占整个干线71％以上。所以，隧道的有效覆盖对于运营商来说非常重要。高速公路、铁路隧道无线覆盖是实现无线网络无缝覆盖的一个重要组成部分，是运营商提高综合竞争力的一个有力手段。1.2高速公路、铁路隧道覆盖特点空洞形隧道的结构特点决定了高速公路、铁路隧道覆盖有如下特点：1．洞内空间狭长。多重折射。设计时要考虑车体的阻挡；2．信号纵向延伸覆盖要求高。横向覆盖几乎不考虑；3．业务类型目前为高速移动语音业务为主，话务量不高且多为突发性；4．信号覆盖以连续通话为目的，而不是以容量为目的；5．隧道入口和出口可能为切换边界；6．铁路隧道、公路隧道有着不同的特点（公路隧道一般来说比较宽敞，在隧道里面的覆盖状况在有车通过时与没有车通过时差别不大。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，使得覆盖范围更大。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。火车对隧道的填充对信号传播会有较大的影响。并且天线系统的安装空间有限。这样天线的尺寸和增益也必然会受到很大的限制）；7．不管是哪种隧道，都存在长短不一的状况，在解决短隧道的覆盖时，可采用较多灵便经济的手段。1.3高速公路、铁路隧道覆盖基本方案1.3.1洞内分布方案天馈系统装子隧道内，适用于特长隧道、长隧道、空间不宽敞隧道，或者有较大弧度的隧道。此种方案结构为：信号源+洞内分布系统。1.3.2洞外投射方案天馈系统装于隧道外(口)。适用于短隧道、中隧道。且隧道内较宽敞，隧道没有弧度。此种方案结构为：信号源+向天线或基站+基站覆盖延伸系统。2高速公路、铁路隧道覆盖方案实施2.1隧道覆盖的信号源选择为了提供隧道覆盖,一个信号源与一套分布式系统是必须要的。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信号源。通常信号源类型有以下几种：宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直放站等。在实际工程之中，要根据覆盖的隧道长度、隧道附近覆盖状况、基站分布、话务分布、建站条件等因素选择一种信号源，一般选用较多的是微蜂窝基站与直放站作为隧道覆盖的信号源。2.1.1宏蜂窝基站对于铁路、公路隧道覆盖来说，由于话务量小，宏蜂窝基站作为信号源较为少用。但在城市地铁隧道中人流量大、话务量高，可以采用容量较大的宏蜂窝基站。宏蜂窝墓站的优点：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。宏蜂窝墓站的缺点：需要用电缆从基站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。2.1.2微蜂窝基站使用微蜂窝基站的优点：所需设备空间小、所需配套设备少、总的投资费用低。使用微蜂窝基站的缺点：需要传输资源、扩容需要换设备。2.1.3直放站●同频直放站+分布系统优点：安装灵活、投资少见效快，提高了信号源小区的信道利用率；缺点：没有独立的话务处理功能，需要天线隔离度。●移频直放站十分布系统优点：信号比较纯净。不会产生自激；缺点：需要传输用的频率资源。传输天线要求可视能阻挡。●光纤直放站+分布系统优点：利用光纤资源可以得到较纯净信号源。可以把基站信号延伸至较远的距离。信源可以从基站耦合或从直放站耦合，缺点：需要注意信号源基站与覆盖目标周围信号基站里的参数设置。注意相邻切换关系。同频干扰等问题出现。2.2传输方式的选择隧道一般位于山涧之间,山高林密，传输是个问题。除无线直放站直接覆盖外，一般可采用以下三种传输方式：2.2.1移频传输(传输射频信号)安装移频覆盖端设备，需要的馈线减少，不会造成干扰，在复杂的网络中设计更灵活。在铺设光纤传输资源不方便或者其他特殊情况下，我们还可以采用移频直放站（移频压扩系统由于传输时延大，与洞口交叉覆盖时易出现同频干扰，不建议使用）使得信号在隧道里得以延伸。由于隧道内电磁环境较好采用这种方式也能取到较好的效果。2.2.2光纤传输(传输射频信号)在隧道内安装的馈线长度减少，可使用更细的馈线（如原来需求7/8，现在可采用1/2波纹电缆即可满足需求）。还可通过光缆馈电，达到远供的目的。用定向天线无法达到好的覆盖效果，可以考虑使用无线接收型光纤直放站近端把信号接入到隧道口。然后通过光纤直放站远端把信号引入到隧道内部适当的地方用天线进行覆盖。2.2.3微波传输(传输基带信号)在移频传输和光纤传输两种方式之外，还可选择微波传输，优点：建设速度快。缺点：受天气影响、传输质量会下降；山区容易遭雷击、维护量大。2.3隧道覆整天馈系统的选择2.3.1同轴馈缆+无源分布式天线采用同轴馈电无源分布式天线覆盖方案设计比较灵活、价格相对低、安装较方便。同轴电缆的衰减较小，天线的增益的选择主要是取决于安装条件的限制，在条件许可时，可选用增益相对高些的天线，覆盖范围会更大。该方案的简化就是采用单根天线对隧道进行覆盖，这种方案对较短的隧道是一种成本最低的解决方案。隧道距离较短时。可以通过在隧道口或延伸至隧道内的定向天线进行信号覆盖。2.3.2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，可以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。它更适用子覆盖长隧道（超过1KM）,地下隧道(地铁隧道)及站台。其优点是：在洞内安装的电缆减短可适用更细的电缆。采用光缆可降低电磁干扰；在复杂的网络中设计更灵活。缺点是成本相对较高。2.3.3泄霹电缆采用泄漏电缆来进行隧道覆盖是一种最为常用的方式。其好处是：●可减小信号阴影及遮挡，在复杂的隧道中，若采用分布式天线，手机与某个特定的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。采用泄漏电缆信号覆盖更均匀；●可对多种服务同时提供覆盖。泄漏电缆本质上是一宽带系统，多种不同的无线系统可以共享同一泄漏电缆。减小了架设多个天线系统时工程安装的复杂性；●泄漏电缆覆盖设计是一种很成熟的技术，设计相对简单。缺点是：成本很高。2.2.4基站覆盖延伸系统方式（基放+塔放模式）对于一些短的、有微弱信号的隧道，我们也可以考虑使用基站延伸系统（基放+塔放的模式）来解决信号覆盖问题。优点；不需考虑通常直放站覆盖遇到的电力和物业协调问题。实施简捷，见效快。可提高小区信道利用率。缺点：基站覆盖范围变大，可能会存在越区覆盖，需网络优化。3高速环境下重点问题分析3.1信号覆盖场强分析3.1.1隧道侧定向天线直盖方式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。直射为主分量。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，用来进行隧道覆盖设讯该传播模型为：Lpath；20Lgf+30Lgd-28dB其中：f：频率(MHx)d：距离(米)可以看出，跟自由空间损耗的区别相差了：10Lgd，这种计算是指天线放于隧道口或隧道内。若距隧道口外有一定距离，会稍有偏差。3.1.2泄露电缆覆盖方式通过理论计算和大量工程实际验证可以得出以下结论：双方向覆盖(信源放置在覆盖区域中部，信号源功率用功分器分开，同时向两个方向进行覆盖)的距离接近于但小于2倍的单方向覆盖(信号源放置在覆盖区域一端时的)距离。（1）采用泄漏电缆设计时需考虑的因素：从基站至移动台从移动台至基站基站发射机输出功率移动台发射机输出功率跳线电缆损耗移动台天线损耗或增益功率分支器损耗耦合损耗漏缆传输衰减要求的系统余量中继器增益漏缆传输衰减耦合损耗中继器增益要求的系统余量功率分支器损耗移动台天线损耗或增益跳线电缆损耗移动台接收灵敏度基站接收灵敏度（2）泄漏电缆链路的预算通过对隧道环境的分析，高速列车在隧道环境下的信号传播需考虑以下因素，如下图所示。根据上图，可以得到下行链路预算的表达式如下Lpath：允许最大路径损耗；EIRP：有效发射功率；有效发射功率（EIRP，dBm）=信道发射功率（dBm）+天线增益（dBi）-馈线损耗（dB）LBL：人体损耗；人体损耗是指移动台离人体很近而造成的信号吸收所引起的损耗，通常取3dB。在处理数据业务时通常不考虑人体损耗。LCBL：高速列车（或汽车）穿透损耗；在隧道覆盖设计中，建议该值最大取24dB。MCM：隧道在列车填充下的快衰落余量；在单孔单轨隧道内进行测试，该值约为10.8dB。对于单孔双轨隧道双列车填充，该值取8.3dB。MNF：对数正态衰落余量；根据模型校正情况，可知在直通长隧道、直通短隧道、弯曲长隧道和弯曲短隧道环境下的阴影衰落的标准偏差分别为4.94dB、4.36dB、5.00dB和4.87dB，综合后取阴影衰落偏差为5dB。当边缘覆盖率为90%时，对数正态衰落余量为6.41dB。RX：接收机灵敏度。根据当前设备的实际性能，GSM手机的接收灵敏度取-104dBm，基站发射台的接收灵敏度取-104dBm。链路预算的主要目的是校核初步设计的分布系统能否满足正常的通信要求，包括上下行接收强度的预算。以13/8”泄漏电缆为例，参考指标见下图。光纤直放站通过功率分配器，射频信号向两头传输，泄漏电缆的传输距离为250m。以GSM900M制式为例，根据下表进行下行链路的预算：下行链路场强预算数量/长度损耗（dB）输出电平（dBm）设备发射功率37功分器14333G合/分路器1231衰减损耗500m12耦合损耗79列车损耗2495%接收电平-84期望值-85链路差值1以TD-SCDMA2000M制式为例，根据下表进行下行链路的预算：下行链路场强预算数量/长度损耗（dB）输出电平（dBm）设备发射功率37功分器14333G合/分路器1231衰减损耗500m25耦合损耗77列车损耗2495%接收电平-94期望值-95链路差值13.2隧道内、外切换分析隧道内的小区切换：若隧道距离过长，需采用两个或两个以上的扇区信号进行覆盖。用户经过隧道中段时，原小区信号逐渐减弱。切入小区的信号逐渐增强，没有信号突然消失的情况。避免了移动台因为切换时间不足造成掉话。隧道内，外的小区切换分析：在实际网络中。完成内外小区重叠有两个思路，一是将隧道外信号引入到隧道内来。二是将隧道内信号引到隧道外。由于室外信号复杂，可靠性不高，多数采用延伸隧道内信号的方法，使隧道口和隧道外一定距离内的信号保持一致。在高速环境下在切换方面应该考虑：3.3长距离、高速下时间及频率色散考虑3.3.1多普勒频移快速运动的移动台会发生多普勒频移现象。使用定向天线方式顺智铁路沿线覆盖信号时。频率偏移公式如下：fD=V*cosI/λ=V*cosI(c／fO)f0：工作频率FD：最大多普勒频移V：移动台的运动速度I：多径信号合咸的传播方向与移动台行进方向的夹角综上可知：当I为O度或180度时。频率偏移最大。3.3.2时延色散移动终端MS在直放站和基站在重叠区域可能会引起多径干扰。要使得系统正常通信，就要求直放站和基站与重叠覆盖区域的距离满足以下条件：b+c-a<l5usb：光纤远端机到重叠覆盖区的时延(无线空间)；c：施主基站到光纤远端机的时延(含光纤及设备时延)；a：施主基站到重叠覆盖区的时延(无线空间)。3.4引入多直放站对系统底噪影响分析没有直放站的时候，基站接收端热噪声和基站噪声系数之和。称为基站底噪声。基站接收端的底噪声电Npbts为：

Nbts＝K*T*B+NFbts

K*T:热噪声密度

B:系统信道带宽

NFbts:基站接收机噪声系数

Nbts＝-121dBm／200KHz+5dB=-116dBm／200KHz当引入直放站。该基站成为直放站的施主基站后。其接收端的噪声为基站底噪声加上直放站的噪声增量。直放站热噪声经过放大和传输路径损耗后，到达基站接收机输入端的热噪声电平Nin：

Nin=K*T*B+NFrep＋Grep－EDoPLK*T:热噪声密度B:系统信道带宽

NFrep：直放站噪声系数Grep：直放站增益EDoPL：有效路径损耗基站接收机等效热噪声电平升高ROT（RaiseOverThermal）：ROT=10Log【（10Nin/10+10Nbts/10）/10Nbts/10】

设噪声注入裕量NIM(NoiseInjectionMargin)

NIM=10Log（10Nbts/10/10Nin/10）

ROT=10Log（1＋10-NIM/10）基站热噪声电平升高。意味着基站接收机的灵敏度降低。多个远端噪声叠加基站热噪声电平升高ROT：直放站或干放功率5W10W20W上行增益小于下行（dB）051005100510直放站噪声系数N（dB）5系统热噪声KTB-121基站功率P（dBm）43系统增益G（dB）-6-6-6-3-3-3000到达基站的噪声电平PIN（dBm）1个直放站-122-127-132-119-124-129-116-121-1262个直放站-119-124-129-116-121-126-113-118-1234个直放站-115-121-126-112-118-123-109-115-1208个直放站-113-118-123-110-115-120-107-112-11710个直放站-112-117-122-109-114-119-106-111-116基站噪声系数5基站底噪-116直放站噪声注入使得基站底噪抬高量ΔN（dB）1个直放站0.970.330.111.760.640.213.011.190.412个直放站1.770.640.213.021.200.414.772.130.794个直放站3.021.200.424.782.130.796.993.551.468个直放站4.782.140.807.003.561.469.545.482.5510个直放站5.462.540.977.794.121.7610.416.193.01目前许多厂家针对上述情况，已开发出数字直放站产品，让多直放站对系统底噪影响降到了最低。3.5当多系统引入时的干扰分析3.5.1阻塞干扰移动通信系统的接收机中都有一个带通滤波器，使带外信号受到抑制。但是带通滤波器的带外抑制能力是有限的。当一个带外强信号经过带通滤波器后，仍会有相当高的电平，这时接收机中的放大器迅速饱和。质量再好的有用信号都无法经过放大器，接收机表现失灵，通常称这种情况为阻塞干扰。这种现象，通过异系统间的收发空间隔离即可避免。885－889930－934825-835870-880890-909935-954909-915954-960CDMA-ULCDMA-DLGSM-R-ULGSM-1-ULGSM-2-ULGSM-R-DLGSM-1-DLGSM-2-DL杂散干扰移动通信系统发射机中也有一个带通滤波器，它对带外信号有抑制特性，同样这个抑制性能是有限的，没有经过完全抑制的带外杂散信号发射出去后会对处于相应频段的系统产生干扰，这种干扰通常叫做杂散干扰。通过计算和大量的工程实例证明：两天线距离大于1米时，杂散干扰即可避免。互调干扰互调干扰通常发生在多信号经过非线性电路／器件时。频率互相调制而产生新的频率。对系统影响较大的是三阶互调成分2fl-f2和2f2-fl两个分量。尽可能少的加入信号中继放大设备。采用高性能的腔体滤波分合路器，对互调进行抑制，再经过空间衰耗，互调信号将会淹没在噪声之中，对通信形不成干扰。4高速公路隧道覆盖预案（采用光纤直放站）4.1500m以下的隧道覆盖预案方案1原理图4.2500m~1500m的隧道覆盖预案方案2原理图4.31500m~3000m的隧道覆盖预案方案3原理图：5高速公路隧道覆盖施工规范5.1隧道内主机的安装规范直放站主机安装位置，根据设计方案要求进行安装。主机的安装包括安装主机和主机的防盗外罩，主机用膨胀螺丝固定安装在隧道内避风洞内，安装高度以避风洞的上沿为准尽量抬高主机离地的高度。所有与设备相连的电缆要求接触良好，不能有松动现象。设备所用的铁件都应使用防氧化处理。所有主机固定膨胀螺丝，安装完成后。必须把螺口处理，直到螺母无法旋出，预防设备被盗。5.2隧道光缆及馈线、电源线的走线施工规范光缆及馈线布放与高速公路通信线路同侧时应间隔20cm，若与高速公路地线同侧应间隔50cm，隧道内光缆及馈线的走线图如下图，每1.2米用膨胀螺丝固定，馈线、光缆、电源线的布放要整齐、美观，不能有交叉、扭曲、裂损的情况。电源线、馈线需跨过高速公路时，必须从隧道口上方的堡坎壁通过并固定。采用膨胀螺丝（每2米一个，如有拐角处也必须增加）固定后，再采用水泥包封结实（厚度不小于4在隧道外部分电源线，必须套PVC管，并用线卡或其它材料固定，必须每米一个。在隧道口至隧道内100米部分也必须套PVC当电源离隧道有一定的距离时，走线必须沿高速公路通信电缆一起固定。当走线需要埋地时一定要挖深0.3米，布放线缆后，必须采用水泥覆盖（水泥厚度不得小于4室外天线避雷针要高于天线1m,保证把天线置于45度锥角保护之下，避雷针单独与地线相接，地线地阻要求小于8Ω。接地要求：墙与地面接触走线时需要用到钢管保护线缆，墙地接触面必须采用水泥包封严实，墙上采用膨胀螺丝加铁卡固定。直放站必须良好接地，直放站主机箱壁上设有接地螺栓，在近端机的后背有两个接地螺栓，在远端机的下方有一个接地螺钉，均要求使用16mm2铜导线就近接地。接地线应尽可能短。铁杆安装时，设备接地线一般直接连在铁杆上。铁杆接地电阻阻值要求R≤8Ω，接地连接件要加防腐处理。墙壁安装时，设备接地线和综合接地排连接。接地排阻值要求≤5Ω，接地连接件要加防腐处理。避雷针接地由基础设施施工单位完成，主机电源保护地用线径大于16mm的铜线与预留的接地端子连接，注意不能与避雷地线在地面以上并接。5.3隧道内天线的安装规范天线安装遵循设计方案安放位置后，在高度4-4.5米处固定安放（集装箱车高度到达4.5隧道壁安装天线抱杆，天线抱杆支撑臂与隧道壁距离为20cm，抱杆安装为垂直安装。天线安装在抱杆上，对数周期天线的平面与隧道壁平行安装，并固定紧。馈线与天线的连接处必须用307胶水（里外各涂一层