關於隧道工程隧道覆蓋分析的論文

關於隧道工程隧道覆蓋分析的論文

　　簡介：本文重點從網路規劃、網路最佳化的角度提出了公路隧道、鐵路隧道的覆蓋解決方案。由於洩漏電纜覆蓋的方案已經非常成熟，因此本文重點分析採用普通天饋系統對隧道進行覆蓋的方案，為實際的隧道覆蓋規劃工作提供參考。

　　一、概述

　　對重要的公路、鐵路實現全線覆蓋是運營商提高網路質量的一個重要環節，是提高綜合競爭力的一個有力手段。從交通角度來看，目前大多數隧道的目的是覆蓋盲區，因此需要結合交通線路的覆蓋設計來制訂專門的隧道覆蓋解決方案。

　　隧道覆蓋主要分為鐵路隧道、公路隧道、地鐵隧道等，每種隧道具有不同的特點，一般來說公路隧道比較寬敞，對隧道里面的覆蓋狀況，有車透過與無車透過時差別不大。車輛透過時，隧道內剩餘空間較大，可根據實際情況選擇尺寸大一些的天線，以獲取較高的增益，使覆蓋範圍更大。而鐵路隧道一般來說要狹窄一些，特別是當火車經過時，被火車填充後所剩餘的空間很小，火車對隧道的填充會對訊號的傳播產生較大的影響，且天線系統的安裝空間有限，使天線的尺寸和增益受到很大的限制。另外，不管是哪種隧道，都存在長短不一的狀況，短的隧道只有幾百米，而長的隧道有十幾公里。在解決短隧道覆蓋時，可採用靈活經濟的手段，如在隧道口附近用普通的天線向隧道里進行覆蓋。但是，這些手段可能在解決長隧道覆蓋時不起作用，對於長隧道的覆蓋必須採取其它一些手段。因此，對於每段隧道的解決方案可能都會有所區別，必須根據實際情況來選定覆蓋解決方案。

　　在進行隧道覆蓋規劃之前，一般需要知道以下資料：

　　隧道長度、隧道寬度、隧道孔數（1、2）、覆蓋機率（50%、90%、95%、98%、99%）、隧道結構（金屬、混凝土）、載頻數目、隧道中最小接收電平（一般為-85dBm到-102dBm）、隧道孔間距、AC/DC是否可用、牆壁能否打孔、隧道入口處的訊號電平、隧道內部已有訊號電平等。

　　二、隧道覆蓋的訊號源選擇

　　為了提供隧道覆蓋，一個GSM訊號源與一套分散式系統是必要的。訊號源的選擇，需要根據隧道附近的無線覆蓋狀況和傳輸、話務、現有網路裝置等情況來決定。隧道覆蓋所採用的訊號源包括宏蜂窩基站、微蜂窩基站、直放站等。

　　對於鐵路、公路隧道覆蓋來說，由於其話務量小，宏蜂窩基站作為訊號源較為少用。但是，在城市地鐵隧道中，人流量大，話務量也高，這種場合不僅要覆蓋站臺，而且還要覆蓋鐵路系統出口等地方，可採用容量較大的宏蜂窩基站。

　　使用宏蜂窩基站的優點是可以提供更多的通道資源、擴容較為容易、單個基站覆蓋能力強；缺點是需要用電纜從BTS裝置所在的機房引入訊號覆蓋隧道、增加了饋線損耗、需要較大的機房等配套裝置、總的投資費用高。

　　對容量要求不是很高的隧道覆蓋，可採用微峰窩基站。使用微蜂窩基站的優點是所需裝置空間小、所需配套裝置少、總的投資費用低。

　　如果附近有訊號源可以利用，則可採用無線直放站來作為隧道覆蓋的訊號源。採用直放站往往是網路拓展的第一步，在網路容量上升後再用GSM基站來替換。採用直放站作為訊號源的優點包括：無需傳輸、綜合成本低、可將遠處的話務帶給施主小區，使小區的通道利用率更高、安裝速度快等。無線直放站有寬頻直放站和選頻直放站兩種，採用無線直放站會使得網路管理複雜度增加，不便維護，另外在採用選頻直放站時，施主小區的頻率發生變更後，直放站的頻率也要進行調整，不利於整網規劃和最佳化，施主天線和重發天線需要有足夠的`隔離度，造成安裝空間上有些困難等缺點。除採用無線直放站以之外，也可採用光纖直放站作為訊號源對隧道進行覆蓋。

　　在實際工程之中，必須根據隧道長度、隧道附近的覆蓋狀況、基站分佈、話務分佈、建站條件等因素選擇訊號源，微蜂窩基站和直放站是隧道覆蓋建設常用的訊號源。

　　三、隧道覆蓋的天饋系統選擇

　　在選擇好了GSM訊號源之後，則必須根據實際情況配置天饋系統，對隧道進行覆蓋。通常有三種不同配置的天饋系統：同軸饋電無源分散式天線、光纖饋電有源分散式天線、洩漏電纜。

　　1、同軸饋電無源分散式天線

　　這種覆蓋方案的設計比較靈活、價格相對低、安裝較方便。同軸電纜的饋管衰減較小，天線增益的選擇主要取決於安裝條件，在條件許可的情況下，可選用增益相對較高的天線，來提高覆蓋範圍。該方案的簡化版就是採用單根天線對隧道進行覆蓋，對於較短的隧道來說，這種方案確實是一種低成本解決方案。

　　2、光纖饋電有源分散式天線系統

　　在某些複雜的隧道覆蓋環境中，可採用光纖饋電有源分散式天線系統來替代同軸饋電無源分散式天線系統。它更適用於覆蓋地下隧道（地鐵隧道）和站臺。採用光纖饋電有源分散式天線系統的主要好處包括在室內安裝的電纜數減少、可適用更細的電纜、採用光纜可降低電磁干擾、在複雜的網路中設計更靈活等，缺點是成本高。

　　3、洩露電纜

　　採用洩漏電纜進行隧道覆蓋，是一種最為常用的方法，這種方法的好處在於：

　　※可減小訊號陰影和遮擋，在複雜的隧道中採用分散式天線，手機與某特定天線之間可能會受到遮擋，導致覆蓋不好；

　　※訊號波動範圍減少，與其它天線系統相比，隧道內訊號覆蓋均勻；

　　※可對多種服務同時提供覆蓋，洩漏電纜本質上是寬頻系統，多種不同的無線系統可以共享同一洩漏電纜，考慮到在隧道中經常使用某些無線系統（尋呼系統、告警系統、廣播等），採用共享一條洩漏電纜的方法，可省去架設多條天線的工程。

　　洩漏電纜覆蓋設計是一項非常成熟的技術，其設計方案相對簡單，本文不作重點分析。下面重點分析採用普通同軸饋電無源分散式天線進行隧道覆蓋的設計方案。

　　四、隧道的無線傳播

　　無線電波在隧道中傳播時具有隧道效應，訊號傳播是牆壁反射與直射的結果，其中直射為主要分量。華為公司基於ITU－R建議，根據試驗資料對傳播模型進行了修正，得出一簡單實用的隧道傳播模型，用於進行隧道覆蓋設計，該傳播模型為：

　　Lpath=20lgf+30lgd―8dB

　　其中:

　　f:頻率（MHz）

　　d:距離（米）