1、黄国晖 吴昊（中国通信服务福建设计院 福州350002）摘要高速铁路作为未来城际客运交通的主力，逐渐进入人们的视野，也给无线通信工程设计人员提出了新的挑战。在目前正在施工的几条高速铁路中，采用了“POI+泄漏电缆”的 隧 道 覆 盖 解决方案，适应高铁隧道的实际情况，值得推广。关键词 多系统合路平台 泄漏电缆 多隧道高速铁路高速铁路是指最高运行时速在200km以上的铁路，一般采用动车 组，高 速列车行驶速度高，载客量大，高速铁路的建设必然要适应列车的平顺稳定运行的要求。福建的山地与丘陵面积占全省陆地面积的90%以上，地形复杂、地势高低起伏，复杂的多山地形使福建省的高铁建设与一般高铁建设迥然不同
2、。为保障列车的高速平稳的运行，福建省的高速铁路一般采用多隧道的建设方式，多条已建、在建以及规划中的高速铁路隧道比超过50%，其中向莆铁路甚至接近90%，比例之高在全国高铁建设中都是位于前列。高铁列车的高运行速度、复杂的地形及高比例的隧道造成高铁沿线无线环境异常复杂，为解决福建这样的多隧道高铁的覆盖，需要采用多种覆盖手段综合解决，其中隧道内的覆盖是重中之重。隧道内的空间有限，而目前我国在用的无线通信系统却有很多：中国电信的cdma2000（800MHz），中国移动的GSM （900MHz）、DCS（1800MHz）、TD-SCDMA （2100MHz），中国联通的GSM（900MHz）、DCS
3、（1800MHz）、WSCDMA（2100MHz），还有某些专有系统。如此多的系统，如此小的空间，使得共建共享成为运营商必然的选择，也让POI（多系统合路平台）技术大显身手。1 高铁隧道无线信号覆盖方案山区场景多隧道高速铁路的无线网络覆盖与普通铁路有所不同，因其特有的高时速、高 穿透损耗以及与自由空间不同的隧道无线传播环境等特点，在技术上具有更高的特殊要求，其无线网络覆盖更具复杂性。1.1 隧道内无线网络覆盖需要考虑的因素1.1.1 隧道内无线传播条件1.多径传播多隧道高铁与普通高铁最重要的不同就在于隧道内的无线传播环境与自由空间传播环境的差异。首先隧道内的无线信号主要经直射、反射、散射，才到
4、达接收机。隧道墙壁对无线电波有屏蔽、吸收和散射作用，理论上，隧道是超大尺寸的非理想波导，频率只有高于其截止频率的波才能在其中传播。大多数隧道的截止频率约为几十兆赫兹，目前移动通信采用的频段远高于几十兆赫兹，这个频段的信号在隧道中传播时近区场为多径传播，如图1所示。2.狭窄空间产品与解决方案PRODUCTSANDSOLUTIONSPPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 高速铁路隧道一般来说比较狭窄，特别是当列车经过时，被列车填充后所剩余的空间很小，这时无线传播与没有列车通过时差别较大，复杂的无线环境使得多隧道高铁隧道内应考虑比普通高铁更行为有效的覆盖方案。3.安全问题
5、由于高铁列车运行速度高，当列车高速通过隧道时，会在隧道内形成很大的风压，出于 安全考虑 ，铁路部门一般不允许在隧道内安装天线，这为多隧道高铁无线网络的覆盖提出了极大的挑战。1.1.2 车厢穿透损耗高速铁路列车因采用密闭的箱体设计，具备了更高的车体穿透损耗，在密封性和车厢材质方面较现有K型列车及T型列车都有了新的变化，对穿透损耗有很大的影响，表1中列出的是现有列车类型的车厢穿透损耗。高速铁路开通后，表1中列出的各型列车都有可能投入运行，同时由于铁路线一般 呈狭 长分 布，因此天线一般也近似与铁路线平行，同时高速列车屏蔽效果比较好，所以穿透损耗比较大。在计算时应该根据实际使用的车型进行取数，本文中
6、采用平均值16dB进行计算。1.1.3 多普勒频移高速运行的列车和固定基站之间，由于相对速度过高，会产生多普勒频移效应（见图2），随着车速的不断提高，多普勒频移的影响也越来越明显，在高铁覆盖中需要重点考虑，多普勒频移的存在，导致基站和手机的相干解调性能降低。直接影响到小区选择、小区重选、切换等性能。各种制式移动通信空中传输数据速率，均远远大于由于多普勒频移所引起的信道衰落速率（数百赫兹），因此多普勒频移对移动通信系统的影响可以不计。1.1.4 切换为保障高速铁路列车在运行过程中，手机能保持正常的通讯、无线通信系统各项切换能正常进行，两个小区之间应保持足够距离的重叠覆盖区域，列车车速越高，重叠覆
7、盖区域越大。在切换区大小不变的前提下，速度越快的终端穿过切换区的时间越小。因此，当终端的移动速度足够快以至于穿过切换区的时间小于系统处理软切换的最小时延，此时会导致掉话的产生，因此在进行覆盖规划时应注重切换区的设置。为了避免反复切换，各个系统大多采用了同小区组网的方式（cdma2000中称为同PN组网），以扩大单个小区的覆盖范围，减少切换次数。1.2 隧道内覆盖解决方案1.2.1 常规覆盖手段1.同轴馈电无源分布式天线实际上就是馈线+转发天线的方式，天线增益的选择主要取决于安装条件，该方案的简化版就是采用单根天线对隧道进行覆盖，对于较短的隧道来说，这种方案确实是一种低成本解决方案。2.光纤馈电
8、有源分布式天线系统在某些复杂的隧道覆盖环境中，可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，采用光纤馈电有源分布式天线系统的主要好处包括在室内安装的电缆数减少、可适用更细的电缆、采用光缆可降低电磁干扰等。3.泄漏电缆泄漏电缆就是外导体内特别设有许多狭孔的同轴电缆，当射频信号通过泄漏电缆时，这些狭孔会向散射波发射台直射波 反射波接收台车型 普通车厢 卧铺车厢 综合考虑衰减值T型列车 12 12K型列车 13 14 14庞巴迪列车 24 24CRH2列车 12 12CRH3列车 20 20CRH5列车 24 24表1 各类车厢穿透损耗（dB）图1 隧道内无线传播环境示意图PDF
9、 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 产品与解决方案PRODUCTSANDPSOLUTIONS外释放一定分量的信号。泄漏电缆的布放如图3所示。简单地说，泄漏电缆就象连续分布的横向线状天线。与一般的分布式的点源天线比较，有以 下几 个优点：（ 1 ）信号分布均匀，可减小信号阴影及遮挡。泄漏电缆与分布式天线的比较犹如日光灯与灯泡的比较。泄漏电缆在每一点都有信号反射，导致整个隧道内的接收信号强度均匀缓变。而点源天线在靠近天线的地方强度较大，而远离天线强度下降很快。仿真结果显示，采用一般的点源天线会导致用户接收信号幅度的变化极大，存在热点区域和盲点区域，影响接收效果。而且情况比较
10、复杂的隧道还可能存在信号阴影。（2）信号波动范围减少，采用泄漏电缆与采用其它的天线系统相比，信号随距离的变化程度会减小。（3）可对多种服务同时提供覆盖，泄漏电缆本质上是一个宽带系统，多种不同的无线系统可以共享同一泄漏电缆，考虑到在隧道中经常使用一些无线系统（如寻呼系统、告警系统、广播、移动电话），由于可共享一条泄漏电缆，因此，减小架设多个天线系统时工程安装的复杂性。1.2.2 方案比选根据前文的论述，高铁沿线隧道有着自身的特点，限制了无线覆盖技术的实施：（1）高铁沿线隧道一般来说比较狭窄，特别是当列车经过时，被列车填充后所剩余的空间很小；（2）出于安全考虑，铁路部门一般不允许在隧道内安装天线；
11、（3）高速铁路列车具有很高的车体穿透损耗。很明显，前两种系统的转发天线安装存在实际的困难，且无法保证信号的均匀分布，因此，在高铁隧道中建议采用泄漏电缆的覆盖方式。同时，由于泄漏电缆的价格与普通电缆相比要高出许多，而且高铁隧道内的空间狭小，也促成了多家运营商相互合作采用共缆的方式来建设高铁隧道覆盖系统，因此，POI技术成为各个运营商必然的选择。2 POI技术简介2.1 POI的含义POI（PointofInterface），即多系统合路平台。POI主要应用在需要多网络系统接入的覆盖目标，如大型建筑、市政设施、大型展馆、地铁、火车站、机场、政府办公机关等场所，通过多频段、多 信号的合路功能，避免了
12、室内分布系统建设的重复投资，是一种实现多网络信号兼容覆盖行之有效的手段。作为连接信源和分布系统的桥梁，POI的主要作用在于对多种无线通信系统的下行信号进行合路，同时对各系统的上行信号进行分路，并尽可能抑制掉各频带间的无用干扰成分。2.2 POI技术原理POI系统从原理上来说，就是一套多频段合路分路复合装置，其构件主要包括：（1）基站接口单元。基站接口单元的数量与需要接入的系统数对应，每个接口与基站进行一个频段的信号交互；（2）隔离单元。隔离单元的个数与以上基站接口单元的接口个数相对应，每个隔离单元为一个输入至所述接口或从该接口输出的信号制造插入损耗，以提高隔离度（每个隔离单元包括至少一个环行器
13、，多个环行器时相级联，可产生不同的插入损耗需要）；（3）合分路复用单元。下行时将隔离单元输出的各路信号合路并分配成至少一路输出至天馈系统，f0 f0兹fd = fC vcos兹 V图2 多普勒频移示意图泄漏电缆隧道图3 泄漏电缆布放示意图产品与解决方案PRODUCTSANDSOLUTIONSPPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 上行时将至少一路来自天馈系统的信号分路输出至各隔离单元。2.3 POI方案分类根据系统隔离度要求不同，通常 POI可以有两种设计方案，上下行信号共路方案和上/下行信号分离方案。（1）上下行信号共路方案。从各系统基站来的下行信号各通过一个端口
14、接入POI，设备天馈侧经由同一个端口接出，下行信号体现为多路合一路进行信号下行覆盖，如图4所示。用户终端来的上行信号则是通过原通道反向传输，为一路信号分为多路分别回到各自的系统完成各个系统的上下行通信。（2）上/下行信号分离方案。与前一模式相比，上下行信号分离方案将上下行信号分别通过一套合路/分路系统来处理。从基站来的各制式系统信号分上下行两个端口接入POI，通过设备后两个端口接出。下行信号体现为多路合一路从Tx口输出进行信号下行覆盖，用户终端来的上行信号则是通过另外一路Rx上行通道反向传输，然后分路回到各自的通信系统。（3）两种方案的差异。上下行信号合路和分离方案的差别，在于用一套系统来处理
15、上下行信号还是分别采用两套系统。相对而言，收发分离方案可以避免下行强信号对上行信号的杂散、互调等干扰，而随着接入系统的增加，上下行信号合路方案的系统间干扰将难以克服。因此，只要不是特殊因素的限制，都应该采用上/下行信号分离方案。（4）实际案例。图 5 是一个900MHzGSM、800MHzCDMA、2.1GHzWCDMA/TD-SCDMA4系统合路的POI示意图（上下行分离，移动TD安装于上行系统）。在本系统中，较低频段的两个系统先进行了合路，然后再与WCDMA系统信号合路，而TD-SCD-MA由于是时分系统，因此，只在上行系统中与前3个系统信号混合。3 POI在高铁隧道覆盖中的应用根据第一章
16、的论述，在高铁隧道覆盖中我们推荐采用“POI+泄漏电缆”的建设方式。下 面 我们来讨通信系统1通信系统2通信系统3通信系统NNN123123合分路复用单元输入 接口单元 隔离单元 合路分路 输出图3 上下行信号共路方案示意图（下行）CDMATx1Tx2GSMWCDMARx1Rx2TD混合 分离图5 4系统合路POI示意图（上下行分离）PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 产品与解决方案PRODUCTSANDPSOLUTIONS论一下该方案的可行性。从目前国内的移动通信网络市场格局来看，2G/3G网络共存将是一个长期的过程，而3个运营商都有2G/3G的网络，因此，初步
17、考虑高铁覆盖系统需要至少包括5大系统，即中国移动GSM（900MHz）、中国移动TD-SCDMA（2100MHz）、中国电信CDMA（800MHz）、中国联通GSM（900MHz）、中国联通WCDMA（2100MHz）。DCS1800MHz一般用于密集区域的话务分担，不作为基础覆盖网络，因此可以不考虑；中国联通GSM的频段紧挨着中国移动GSM，而且略高一些，其与2.1GHz频段的相互影响跟中国移动GSM差别不大，而且与800MHzCDMA 之间的影响又比中国移动GSM小，因此，很多情况下可以一并讨论。下面就来分析这五大系统，是否能在“ POI+泄漏电缆”解决方案中和平共处，并各司其职。3.1
18、多系统干扰隔离分析杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰是多系统室内覆盖系统必须考虑的问题。1.杂散干扰杂散干扰是在信号处理过程中由于器件的非线性而产生的寄生在原始频带附近的信号形成的干扰。由于在产生杂散干扰信号的信号处理过程中滤波器的带外频率衰减作用，杂散信号偏离原始频带越远，其信号强度越弱，两系统频率相隔越近杂散干扰越严重。多系统共用室内覆盖系统时，由于不同系统的下行功率在同一点基本相当，且下行功率远远高于上行功率，由于杂散衰减的作用，终端接收到的杂散干扰信号强度远远低于下行信号强度，因此将不会对系统的下行造成干扰；另一方面，由于上行信号功率弱，杂散信号经过衰减后与相邻频率的上行信号强度差距不大，可
19、能会对上行造成很强的杂散干扰。若分析系统A杂散对系统B的影响，最终得到系统A对系统B的隔离度要求，首先通过协议获得系统A发射机的最低杂散要求，并计算A系统杂散辐射在B系统带宽内的功率。根据工程近似方法，以A系统杂散低于B系统接收机带宽内噪底10dB为设计目标，从而得到A系统对B系统的隔离度需求。2.阻塞干扰阻塞干扰是指系统A的基站发出的信号功率落在系统B的基站接收滤波器通带之外，却仍然进入B系统接收机而带来的额外干扰。当此干扰大于B系统接收机的阻塞门限时，接收机被推向饱和，无论有用信号质量多好都无法被接收。一般当满足杂散的隔离度需求时，同 时可以满足阻塞的隔离度要求。3.互调干扰互调干扰是指当
20、有两个以上不同的频率作用于一非线性电路或器件时，将有这两个频率互相调制而产生新的频率，若这个新频率正好落于某一个信道而为工作于该信道的接收机所接收，即构成该接CDMA GSM WCDMA TD-SCDMACDMA 95 90 98GSM 69 36 36WCDMA 88 89 38TD-SCDMA 88 90 73 干扰系统被干扰系统表2 多系统隔离度要求（dB）频率（MHz） 传输损耗（100m，20）（ dB） 耦合损耗（50%，2m距离）（dB）耦合损耗（95%，2m距离）（dB）型号 RLKU158-50 RLKU158-50 RLKU158-5075 0.57 57 68150 0.
21、82 66 78450 1.48 79 89800 2.15 65 68900 2.31 60 631800 4.20 62 671900 4.53 60 652200 5.79 60 652400 6.83 59 64表3RFS泄漏电缆技术指标产品与解决方案PRODUCTSANDSOLUTIONSPPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 收机的干扰，称为互调干扰，最为常见的是二阶互调干扰和三阶互调干扰。（4）隔离分析由以上分析可以看出，对两个系统之间的干扰分析时，阻塞干扰远远小于杂散干扰的影响，而互调干扰存在于个别相邻的两个系统之间，必须通过压缩频段等方式解决，因此
22、在考虑总的系统干扰时，往往仅需考虑两个系统的杂散干扰要求，对个别相邻系统需要重点考虑互调干扰。综合以上分析，不同系统间的理论隔离度要求如表2所示。因此，只要能够在POI系统中实现以上各系统间的隔离度，就能够保证多系统正常工作。3.2 多系统合路无线链路预算分析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，其中直射为主要分量，由于传播距离与频率直接相关，另外，泄漏电缆内的传播业是频率越高损耗越大。因此，我们以频率最高的WCDMA为例，进行泄漏电缆的链路预算，只要保证了WCDMA系统的覆盖需求，其他系统也就满足了。泄漏电缆覆盖边缘场强计算公式如下：漏缆的覆盖距离（100m）=
23、（Pin -（P+L1 +L2 +L3 +L4+L5 +L6）/ S漏缆输入端注入功率：Pin要求覆盖边缘场强：P漏缆耦合损耗：L1，漏缆指标人体衰落：L2，（ 5dB）宽度因子：L3 =20lg（d/2），d 为手机距离漏缆的距离衰减余量：L4，（ 3dB）车体损耗：L5，（ 与 车 体 有关）线损及无源器件损耗：L6（5dB）每百米漏缆损耗：S，漏缆指标表3给出了RFS泄漏电缆的技术指标。1.前向链路预算对于WCDMA系统，按照-100dB的边缘覆盖场强，隧道内前向覆盖链路预算如表4所示（为了充分利用信源，这里采取了信源置中，向两边敷设漏缆的方式）。从表4可以看出，在通常的指标下，采用泄漏
24、电缆方式敷设能够保证WCDMA 网络 1km左右的覆盖需求，而恰好高铁沿线的避险洞之间的距离均为1km，因此，可以将基站设备安装在避险洞内，同时向两边引出泄漏电缆（各500m），实现隧道全程覆盖。2.反向链路预算从表5的泄漏电缆反向链路预算中可以看出，在500m的泄漏电缆覆盖方案下，高铁中的移动台发射出的信号到达基站设备，能够保证-112dBm的功率，高于基站接收机灵敏度门限，因此，可以实现通信。从WCDMA网络的链路预算情况来看，平均一个信号源可以实现1km左右的覆盖距离，根据前面的论述，其他通信系统由于频段较低，必然能够取得更好的覆盖效果。符号 话音设备功率（dBm） a 35POI及连接
25、电缆损耗（dB） b 5泄露电缆入口功率（dBm） c=a-b 30泄露电缆百米传输损耗（dB） d 5.79泄露电缆耦合损耗（dB） e 65宽度因子（dB） f 12.04车体损耗（dB） g 16人体损耗（dB） h 3衰落余量（dB） i 3覆盖边缘场强（dBm） j -100单边最远覆盖距离（m） k=-100（j-c+e+f+g+h+i）/d 534.7双边覆盖距离（m） l=2k 1069.4表4 泄漏电缆前向链路预算符号 话音移动台发射功率（dBm） a 21衰落余量（dB） b 3人体损耗（dB） c 3车体损耗（dB） d 16宽度因子（dB） e 12.04泄露电缆耦合损
26、耗（dB） f 65泄露电缆传输损耗（dB） g（只计算500m） 28.95POI及连接电缆损耗（dB） h 5设备接收信号功率（dBm） i -112.0表5 泄漏电缆反向链路预算产品与解决方案PRODUCTSAND NPPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 SOLUTIONS4 小结从以上的分析可以看出，“ POI+泄漏电缆”解决方案是高铁隧道覆盖中的最优选择，很好地结合了高铁沿线隧道的结构特点和无线通信网络覆盖的需求，应该在象福建这样的丘陵地区大力推广。在实际操作中，由于各条高铁的建设情况未必相同：设计时速、需要同步建设的移动通信系统数量和采用的车体都可能不
27、同，因此，在具体 设计 时要根据实际情况进行重新核算，选出合适的建设方案；另外，由于涉及 到铁路部门和多家通信运营商，也使得协调工作的难度大大增加，应该尽量争取主管单位的全力支持。（收稿日期：2010年4月19日）“POI/LeakCable”SolutionsinTunnelCoveringofHighSpeedRailwayHuangGuohui，WuHao（ChinaComserviceFujianDesignInstitute，fuzhou350002，China）Abstract Highspeedrailwayisafuturemainmeansofintercitytraffic
28、.Itpresentsnewchallengestowirelesscommunicationsengineers.Inthecurrenthighspeedrailwayconstruction，engineersuseanewsolutionsof “POI/leakcable”.Itmeetstheactualsituationsandbeworthtorecommend.Keywords POI，leakcable，highspeedrailwaywithmoretunnels近日，2010阿尔卡特朗讯企业网络峰会圆满落幕。在 此次峰会期间，阿尔卡特朗讯以“并舰扬帆，海阔天空”为主题，
29、与众多合作伙伴分享了阿尔卡特朗讯在2010年中国企业网市场的战略举措及渠道策略，深化、拓展了其首创的“动态企业”概念。许多企业都深知，要达到企业运作高效率是非常困难的，因此人们需要明白的不仅仅只是用工具来展开有效的合作交流，而且必须知道如何使用工具以及如何与人沟通。对于阿尔卡特朗讯来说，生态可持续性是不可忽略的事务。作为企业网市场的领军力量，阿尔卡特朗讯致力于帮助客户提高知识和能力，为其提供有意义的动态解决方案。阿尔卡特朗讯及其合作伙伴在“动态企业”愿景发展的新阶段为企业带来了新的方法，可以随着时间的推移，通过任何 媒体 更多地 以 Web2.0方式实现跨渠道的会话，在增强协作的同时提高员工和
30、客户间会话的管理。这种新方法增强了员工彼此之间以及与企业、客户之间的互动。在 未来，阿尔卡特朗讯将以最新的产品、优化的流程、完善的服务体系帮助企业用户找到推进业绩增长的最新利器。2010阿尔卡特朗讯企业网络峰会拓展“ 动态 企业”概 念是 否 有 人 认 为 非 智 能 网 络 可以支持智能手机呢？消费者对智能手机的热情引发了新一轮创新热潮，其目的是充分利用装在我们口袋中的这个强大的电脑。今天，很少有人在离开家的时候不带手机，就像不忘带钱包和钥匙一样。这对电信业非常有利，但每一个流行的新应用都会给无线网络增加额外的负担，而往往又不会带来额外的收入。各种研究显示，从现在起到2013年，全球移动数据流量每年都将增加一倍。而到2011年，数据流量将超过语音流量。有些人主张按照传统方式来扩容，特别是扩充“愚钝”网络上的“ 非 智 能 通 道 ”，但这对运营商来说是最糟糕的选择。这样做所付出的成本将造成运营商的利润缩水，其结果是网络运营商将被边缘化，因为手机制造商和应用创新厂商将成为消费者关注的焦点。为智能手机提供智能网络产品与解决方案PRODUCTSANDSOLUTIONSPPDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建
