泄漏电缆轻轨干线覆盖工程设计研究

郝云飞 李来杰 傅文中

（中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司 深圳 518048）

1 覆盖分析

现阶段建设的高架轻轨路段多为城市区域，途径区域商住楼宇鳞次栉比，为用户密集区域。同时轻轨工程一般高于路面，移动台收到的无线信号相对路面更为杂乱，干扰水平也更高且信号抖动衰落迅速。当轻轨列车在高架上行进时，单个呼叫所引起的切换数量和信令流量则成倍提高；同时车上用户所携带的大批移动台快速移动，对周边小区、网元的无线信道质量和信令负荷将带来很大冲击。仅仅依靠普通蜂窝网络连续覆盖难以为用户提供稳定的通信质量，而且网络自身也会受到一定影响。

采用专网覆盖形式，将轻轨覆盖与普通网络分层规划设计，是解决这一问题的有效办法。它不仅可以减少轻轨用户快速移动对网络带来的冲击，同时也能大大提高对轻轨用户的服务质量。而泄漏电缆做为一种特殊天线，具有覆盖距离长，耦合半径小，漏缆信号衰减优于空间传播的特点，是实现轻轨高架专网覆盖的首选方式。

2 漏缆射频特性

漏泄电缆的系统损耗是指的传输衰减和耦合损耗的总和。在一定的设计标准要求下，传输损耗和耦合损耗具有此消彼长的关系。

传输损耗：也称为传输衰减或者介入损耗，主要指传输线路的线性损耗，受距离影响且随频率而变化，以dB/100m表示。它同时包括了三个因素：泄漏损耗、导体损耗和介质损耗。传输损耗的公式表述如下所示：

耦合损耗：定义为同轴波模的功率与位于离开泄漏电缆一定位置上（一般取2m处）的偶极子天线的接收功率之比值。它是表征电缆辐射出的电磁波在泄漏电缆和移动接收机之间的路径损耗或信号衰减度量值。表1为某工程项目中应用的某型漏缆（15/8英寸，+20℃）的射频特性：

表1 某型泄漏电缆射频特性

在一些特殊的开放式环境当中，例如，城际轻轨、CRH快线、专用通信系统等等，由于常规的基站和天馈系统受环境影响，难以提供较好的网络覆盖，这时采用泄露电缆则不失为一种有效手段。

3 漏缆覆盖设计

在考虑GSM和TD-SCDMA网络泄露电缆覆盖轻轨干线应用的时候，主要考虑两方面问题：一是能够对设计范围以内的覆盖目标提供稳定可靠的通信信道；二是对设计范围以外要求避免信号越区覆盖和达到足够小的干扰水平。

3.1 漏缆选型

设计漏缆覆盖首先考虑的是根据无线环境及覆盖需要确定漏缆的类型。泄露电缆根据电磁波泄露辐射方式分为两类：耦合型和辐射型。

耦合型漏缆的外导体开槽间距远小于工作波长。工作时电磁场通过小孔衍射，产生外导体外侧的电磁场辐射。因此，耦合型漏缆适合于宽频信号的覆盖，且能量无明显方向性，容易随距离增加迅速衰减。耦合型漏缆的应用范围非常广泛。

辐射型漏缆则通过特别设计外导体上开槽的形状、大小和节距，以实现漏泄同轴电缆在某一频率具有非常稳定的系统损耗。辐射型漏缆的外导体上开槽间距为1/2个λ或其整数倍。其槽孔结构使得相应频率的信号同相叠加，对漏缆辐射的信号频率有较好的选择性，且传输衰耗较小。因此对于特殊要求的覆盖，采用辐射型漏缆往往会取得较稳定的覆盖效果。

从工程设计出发，覆盖轻高架和轻轨的漏缆选型的两个要点：一是满足接入系统基本射频特性要求，例如：GSM、TD-SCDMA多制式系统；二是尽量选用传输衰耗指标较小的漏缆。

3.2 覆盖设计

在轻轨干线的GSM、TD-SCDMA双网漏缆覆盖规划设计中，TD-SCDMA网络由于频点丰富，频率规划简单，很容易通过多频点的规划对轻轨高架实现专网覆盖。而GSM网络由于用户众多，本身频点资源紧张，频率规划难度很大，则是需要数量估算完成工程设计。

实际工程案例中，泄漏电缆安装在地铁轻轨列车窗外约1m处车轨方向的外侧，信号覆盖方向向内，有效覆盖车厢内用户。可能受到泄漏电缆干扰的用户主要位于周边建筑楼宇内。现场勘察核实途径的密集城区存在最紧张的覆盖估算环境，有关估算参数如表2所示。

如果设计要求列车内乘客的终端接收信号功率，Rx>-85dBm，则有:

Pmin＝Po+L1+L2+L1＝12dBm；满足车厢覆盖的最小波模功率；

Pmax＝Po+L2+L2+L3+L4-L5＝21dBm；满足不发生泄漏干扰的最大波模功率；

表2 漏缆开放式覆盖参数

由上可知，泄露电缆功率满足Pmax>P>Pmin时，漏缆覆盖不但可以正常覆盖地铁轻轨，而且也不会对外网移动台造成干扰。易得900MHz网络物理连续最大漏缆长度：

实际工程上可通过双向信号放大设计，连续同信号覆盖长度可达666m，如果再通过增加光纤远端设备，则可将覆盖继续延伸。

在确定了覆盖传播模型的各项参数后，非目标客户的空间耦合距离D2决定了室外泄漏电缆应用的可行性和每段电缆的最大长度，超过此长度则需重新分段后放大。其目的是将泄漏电缆的发射功率严格控制在Pmax和Pmin之间，确保专网和外网的服务质量。

3.3 切换设计

由于轻轨路线较长，相邻小区很多，专网往往跨越了多个位置区。为了保证切换成功率，工程设计可考虑将切换完成在列车慢速行驶阶段，例如进出站台过程中，漏缆信号与站台分布系统切换。而对于需要在轻轨区间完成的切换，一个可行的设计方法示意如图1所示。

图1 漏缆轻轨覆盖切换示意

切换过程发生在连续的漏缆覆盖当中，从漏缆的双方向将两端切换信号输入。信号在漏缆当中经过衰减，自然形成切换区域。轻轨列车行进过程中直接经过源信号的衰落和目标信号增强，实现顺利切换。

为了确保整体网络性能，在设计专网的时候应尽量将轻轨覆盖的所有小区，包括轻轨干线覆盖小区和站台分布系统编入一个位置区，并且尽量使移动中的位置更新发生在用户离散式地慢速进出轻轨站台过程中。这样可以避免大量用户终端在列车行进过程中，集体进行位置更新对网元造成的巨大冲击。

4 总结

不断扩张变化的城市环境，需要不断创新的网络工程设计。在开放环境中尝试应用泄漏电缆实现轻轨干线的专网覆盖，在国内尚属首次。我们在设计研究过程中，也面临了一些常规方案所没有的问题，但是经过具体的分析和工程实践，通过合理选型、覆盖设计和切换设计，证明采用泄漏电缆专网覆盖模式是适合轻轨，以及高铁、CRH和类似专用通信网络的覆盖方案。

[1] 苏华鸿等编著. 蜂窝移动通信射频工程. 北京：人民邮电出版社，2005, 1

[2] 杨大成等编著. 移动传播环境（理论基础·分析方法和建模技术）. 北京：机械工业出版社，2003，8