隧道通訊施工技術論文
在我國公路隧道佔比非常高。特別是高速公路途經山區地段，佔比會更高。但通訊隧道在卻存在很大的問題。下面是小編整理的，希望你能從中得到感悟!
篇一
行動通訊無線訊號在高速公路隧道覆蓋技術
【摘要】 本文通過對行動通訊無線訊號傳播特點的分析，結合高速公路無線訊號覆蓋的特點。通過對高速公路隧道無線覆蓋各種場景的分析，設計出了高速公路各種隧道場景下的行動通訊對應的實施方案。對高速環境下訊號覆蓋的、重點、難點問題進行分析，提出高速公路行動通訊無線訊號的場強問題、切換問題、多普勒頻移問題，並提出瞭解決方案。
【關鍵詞】 行動通訊 高速公路 隧道 洩漏電纜 多普勒頻移
一、前言
據統計，至2012年年底，中國高速公路的通車裡程已到96000公里，是世界上規模最大的高速公路系統。高速公路移動訊號覆蓋是實現無線網路無縫覆蓋的一個重要組成部分。是各運營商提高綜合競爭力的一個有效手段。在我國公路隧道佔比非常高。特別是高速公路途經山區地段，佔比會更高。隧道佔整個幹線50%以上。所以，隧道的有效行動通訊訊號的有效覆蓋對於高速公路的覆蓋來說至關重要。
本文結合山區各種隧道無線覆蓋的特點，對各種隧道覆蓋訊號源選擇、天饋系統選擇、傳輸方式選擇等方面的優缺點進行對比分析;對高速公路環境下應該重點考慮的幾個問題進行探討。提出了4種典型隧道場景的覆蓋方案。希望能對行動通訊隧道無線覆蓋的工程建設規劃和優化工作起到借鑑作用。
二、高速公路隧道覆蓋的特點
隧道的結構特點決定了其需要的覆蓋特點：***1***洞內空間狹長，會產生多重摺射，還要考慮車體的阻擋;***2***訊號縱向延伸對覆蓋要求高;***3***高速公路使用者數較少，訊號覆蓋主要以連續通話為目的;***4***隧道出***可能為切換邊界。
三、隧道的行動通訊訊號的無線傳播特性
隧道可以看做一管道，訊號傳播是隧道壁反射與直射的結果，直射訊號為主要分量。ITU-R提出室內覆蓋適用的傳播模型，此傳播模型對隧道內無線訊號覆蓋也有效，公式為：Lpath=30lgd+20lgf+28dB d：距離***米***、f：頻率***MHz***;
隧道中不同距離的路徑損耗：
四、高速公路隧道無線覆蓋基本方案
***1***洞內分佈系統方案：天饋系統安裝於隧道內。適用於長隧道，空間不夠寬敞隧道或有較大弧度隧道。此方案結構：訊號源+天饋分佈系統。***2***洞外無線投射方案：天饋線系統安裝於隧道外。適用於中隧道、短隧道。且隧道內較為寬敞。沒有弧度。此種方案結構：訊號源+定向天線系統。***3***洩漏電纜方案：洩漏電纜安裝於隧道內牆體。適用於超長隧道，或隧道內比較狹窄。方案結構：分散式***+洩漏電纜系統。
五、高速環境下幾個重點問題分析
5.1 訊號覆蓋的場強分析
5.1.1 隧道內側定向天線覆蓋方式
在隧道中無線電波傳播時具有隧道波導效應，訊號的傳播是由牆璧反射與直射訊號幾何疊加的結果，直射訊號為主分量。此方式是指將天線安放於隧道口或隧道內側，如果距離隧道口外有一定的距離，會有所偏差。
5.1.2 隧道內安裝洩露電纜覆蓋方式
通過縝密的理論計算和大量的工程實際驗證可以得出如下結論：訊號源功率單方向覆蓋***訊號源放置在覆蓋區域一端時***的覆蓋距離稍大於2倍訊號源用功分器分開時，雙方向覆蓋***信源放置在覆蓋區域中部向兩個方向進行覆蓋***的距離。
5.2 隧道內/隧道外切換分析
隧道內的小區切換分析：如果隧道長度過長。需要採用兩個或兩個以上的小區進行訊號覆蓋。手機使用者經過隧道的中段時，接收到的原小區訊號強度逐漸減弱，目標小區的訊號強度逐漸增強。不會有訊號突然消失的情況，這樣可避免移動臺因切換判決時間不足造成掉話的問題。
隧道內、隧道外的小區切換分析：在實際無線網路中，實現內外小區重疊有兩種方法。一是把隧道外訊號引入至隧道內。二是把隧道內訊號引至隧道外。由於室外無線訊號複雜，可靠性不夠高，工程中多數採用延伸隧道內無線訊號的方法，使得隧道口與隧道外一定距離內的訊號一致，高速環境下在切換方面應該著重考慮。
5.3 高速條件下多普勒頻移問題
5.3.1 多普勒頻移概念
快速運動的移動臺會發生多普勒頻移現象。使用定向天線方式順著鐵路沿線覆蓋訊號時。頻率偏移公式如下：fD=V*cos I/X=V*COS I/***c/f0***
fo：工作頻率;fD：最大多普勒頻移;V：移動臺的運動速度
頻移大小和運動速度成正比，運動速度越快頻偏越大。***1***MS靠近和遠離***，合成頻率會在中心頻率上下偏移。***2***MS靠近***，波長變短，頻率增大。***3***MS遠離***，波長變長，頻率減少。***4***高速載體上的MS頻繁改變與***之間的距離，頻移現象非常嚴重。
5.3.2 多普勒頻移的克服
可以採用增強AFC演算法應對多普勒頻移：***1***AFC是針對快速移動的特點設計的***頻率校正演算法;***2***通過快速測算由於高速所帶來的頻率偏移，補償多普勒效應，改善無線鏈路的穩定性，從而提高解調效能。
六、高速公路隧道覆蓋方案實施
6.1 洞內分佈方案實施
天饋系統裝於隧道內。適用於長隧道，空間不寬敞隧道或者有較大弧度的隧道。
6.1.1 隧道覆蓋的訊號源選擇
需要解決隧道覆蓋。訊號源與分散式系統是必須要的。隧道覆蓋需要根據隧道附近的無線覆蓋狀況及話務、傳輸、現網裝置等情況來決定隧道覆蓋所採用的訊號源。通常訊號源型別有以下幾種：微蜂窩***、巨集蜂窩***、直放站等。
***1***微蜂窩***。對於公路隧道覆蓋來說，由於話務量小，巨集蜂窩***作為訊號源較為少用。微蜂窩使用的較多。使用微蜂窩***的優點是：所需配套裝置少，所需裝置空間小，總的投資費用低。新建的微蜂窩***可以增加系統容量，相比較直放站來說，輸出功率更大，覆蓋範圍更廣。缺點：使用者享受的通道資源較少、需要電源到位、傳輸資源，擴容需換裝置。目前比較常用的是BBU+RRU的DBS3900分散式***。***2***直放站。如果在需要覆蓋的區域附近的網路容量足夠，不必增加新的容量，且在附近有較好的GSM訊號可以利用***滿足直放站對施主訊號電平大小的要求，如-70dBm***，則可採用無線直放站作為隧道覆蓋的訊號源。在實際工程之中，要根據覆蓋的隧道附近覆蓋狀態，隧道長度，建站條件，***分佈，話務分佈等因素選擇一種合適的訊號源。 6.1.2 傳輸方式的選擇
高速公路隧道一般都位於大山之間，林密山高，通訊傳輸是個重要問題。一般可以採用如下三種傳輸方式：
***1***無線移頻傳輸***傳輸射頻訊號***。安裝無線移頻覆蓋端裝置，需要的較少的饋線，造成的干擾也少，在網路中設計更加靈活。在鋪設傳輸光纖資源不便或者其他特殊情況下，還可以採用無線移頻直放站使得移動TD-SCDMA訊號在隧道里得以延伸。隧道內電磁環境比較好，採用此方式能取到良好的效果。***2***光纖有線傳輸***傳輸射頻訊號***。優點：傳輸的穩定性更好，在隧道內安裝的饋線減少可使用更細的饋線，施工更方便。***3***微波傳輸***傳輸基帶訊號***。除了移頻傳輸和光纖傳輸方式之外，還可以選用微波傳輸。優點：建設速度快，受地物地貌等環境影響較小。缺點：受氣候影響，訊號傳輸質量會有波動，易遭雷擊，維護工作量大。
6.1.3 隧道覆蓋天饋線系統的選擇
***1***同軸電纜無源分散式天線系統。同軸電纜無源分散式天線覆蓋的方案設計較靈活。價格相對較低、安裝方便。同軸電纜的饋管衰耗較小。天線增益選擇取決於安裝條件限制。條件允許下，可選用增益較高的天線，覆蓋距離會更遠。其簡化方案是用單根天線覆蓋隧道。對較短的隧道覆蓋來說成本最低。對短隧道，可以在隧道口或延伸至隧道內用定向天線***如八木天線或短背投天線***進行訊號覆蓋。***2***光纖有源分散式天饋系統。在有些複雜的隧道環境中。可採用光纖饋電有源分散式天饋系統來代替同軸電纜無源分散式天線系統。其優點是：在室內安裝的電纜數較，可以適用更細的電纜，採用光纜可避免電磁干擾，在較複雜的網路中設計更加靈活，缺點是成本較高。
6.2 洞外投射方案實施
洞外投射方案，天饋系統安裝於隧道外或隧道口。該方案適用於短隧道、中隧道，並且隧道內較寬，隧道直沒有弧度。
6.2.1 隧道覆蓋訊號源選擇
隧道覆蓋要根據隧道附近的無線覆蓋環境及傳輸、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。訊號源型別通常有如下下幾種：微蜂窩***、直放站等。***1***微蜂窩*** + 定向天線。對公路隧道覆蓋來說，由於話務量比較小，巨集蜂窩***作為訊號源較為少用。所以微蜂窩使用的較多。使用微蜂窩***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。缺點：需傳輸資源，擴容需換裝置。***2***直放站。A：無線同頻直放站 + 定向天線。優點：安裝靈活、投資少、可以有效提高訊號源所在小區的通道利用率;缺點：不能進行獨立的話務處理、易產生自激，需要考慮天線隔離度問題。B：無線移頻直放站 + 定向天線。優點：訊號較純淨，不會產生自激問題;缺點：需要額外的傳輸用頻率資源，傳輸天線間要求可視，不能有阻擋。***3***有線光纖直放站 + 定向天線。優點：利用有線光纖資源可得到純淨訊號源，可以把訊號延伸到較遠的距離，訊號源可以從***耦合或從直放站耦合;缺點：需要考慮訊號源***與覆蓋目標周圍***的引數設定。考慮鄰區切換關係，同鄰頻干擾等問題。
實際工程中，要根據所需覆蓋隧道長度，隧道附近覆蓋情況，***分佈，話務分佈情況，建站條件等因素選擇訊號源。
6.2.2 傳輸方式的選擇
同洞內分佈方案類似，洞外投射方案也可以採用如下三種傳輸方式：***1***無線移頻傳輸***傳輸射頻訊號，採用直放站時用***;***2***有線光纖傳輸***傳輸射頻訊號，採用***和光纖直放站時用***;***3***無線微波傳輸***傳輸基帶訊號，採用***時用***。
實際工程之中，要根據覆蓋的隧道附近地形、地貌特徵、現有傳輸資源情況、新建傳輸條件等因素選擇合理的傳輸方式。
6.2.3 隧道覆蓋天饋線系統的選擇
採用同軸電纜無源分散式天線覆蓋方案設計比較靈活。價格相對較低、安裝方便。同軸電纜的饋管衰耗較小。天線增益的選擇主要是取決於安裝條件限制。在許可的條件時，可選用增益相對較高的天線，覆蓋距離會更遠。其簡化方案就是採用單根天線沿著隧道進行覆蓋。對較短的隧道是這一種成本最低的解決方案。
對於距離較短隧道。可以用在隧道口或延伸至隧道內的定向天線進行訊號覆蓋。根據***的位置、隧道的長度、安裝條件等因素可以選擇拋物面、天線八木天線、短背射天線和角反射天線等。
6.3 洩漏電纜方案實施
6.3.1 隧道覆蓋的訊號源選擇
採用洩漏電纜方案訊號源的選擇。隧道覆蓋要根據隧道附近無線覆蓋情況及話務、傳輸、現有網路裝置等等情況來決定隧道覆蓋所採用的訊號源。此方案訊號源通常採用：微蜂窩***，目前較常用的是BBU+RRU的DBS3900分散式***。高速公路隧道覆蓋，由於話務量較小，較少用巨集蜂窩***作為訊號源。所以微蜂窩使用較多。採用微蜂窩***的優點是：總的投資費用低、所需裝置佔用空間小，所需配套裝置較少。缺點：需要傳輸裝置資源，擴容需要換主裝置。
6.3.2 傳輸方式的選擇
同洞內分佈方案類似，採用洩漏電纜方案也可以採用如下兩種傳輸方式：***1***有線光纖傳輸***傳輸射頻訊號，用於***和光纖直放站***;***2***無線微波傳輸***傳輸基帶訊號，用於******。
實際工程中，要根據覆蓋的隧道口的地貌、地形特點、傳輸資源等因素選擇一種合適的傳輸方式。
6.3.3 隧道覆蓋天饋線系統的選擇
採用洩漏電纜進行隧道覆蓋是一種常用的方式。優點是：***1***可減小訊號遮擋及陰影;***2***訊號波動範圍小，洩漏電纜訊號覆蓋更加均勻;***3***洩漏電纜是一寬頻系統，多種不同的無線系統訊號可以通過合路共享同一洩漏電纜，這樣使得架設多個天線系統工程安裝的複雜性降低。***4***洩漏電纜覆蓋設計技術成熟，相對簡單。缺點是：成本較高。
七、典型隧道場景覆蓋方案
7.1 短隧道覆蓋
單洞短程隧道是最簡單的隧道。由於孔洞短、通風好、洞相對較寬。採用洞口天線向內投射的方式覆蓋，就可以達到理想的覆蓋效果，且投資成本較低，訊號源的選擇可根據具體情況而定。如果洞口有滿足條件的訊號，可用無線直放站作為訊號源。如果沒有可用的訊號，可用移頻直放引入較遠處的訊號進行覆蓋。如果有現成光纖或者可以方便鋪設光纖，可用微蜂窩***或光纖直放站進行覆蓋。天線採用室外天線。如：短背射天線、八木天線、拋物面天線等方向性強的天線。從成本處罰，可以考慮將隧道和公路一起覆蓋，或者隧道、公路以及附近村莊等區域共享一套裝置。 推薦方案：***1***洞外無線覆蓋方案;***2***共享覆蓋方案***指村莊或公路覆蓋時引訊號來覆蓋***;***3***隧道內天線多采用八木天線，或容易安裝的天線。
7.2 連續隧道群覆蓋
如果，公路或鐵路在山脈之間穿梭會出現隧道間隔小於900米的連續隧道。隧道連續不斷，形狀各異，長短不一，需要考慮傳輸、造價、施工、覆蓋等更多因素。該情況主要考慮的重心在傳輸，還需綜合考慮覆蓋，要仔細分析每段隧道的特點和隧道之間公路的訊號情況。可以根據現場實際情況採用如下幾種方案：***1***光纖分散式覆蓋，BBU+RRU***適合多段短隧道***;***2***饋纜分散式覆蓋***適合多段長隧道***;***3***綜合式覆蓋***無線裝置和其他有線系統配合***。
7.3 中長隧道覆蓋
中長隧道是指單洞長度在1Km～3Km之間，公路隧道內部空間較寬敞，隧道內覆蓋情況在有車時和沒車通過時差別不大，天線安裝較方便。可根據實際情況選用尺寸稍大的天線。中長直形隧道天線安裝在中間，彎形隧道天線安裝在轉彎處。或者從隧道兩出口處採用不同的兩個小區向內對打的方式來覆蓋，切換帶設計在隧道中部。建議方案：***1***直放站+天線分佈系統***可以是無線直放站、光纖直放站、移頻直放站、視具體情況而定***;***2***直放站+幹放分佈系統***用於較長公路隧道***;***3***隧道內多采用八木天線，或用易於安裝的板狀天線。
7.4 超長隧道覆蓋
公路隧道的單洞延伸長度超過3Km可算作超長隧道。隧道延伸可能是彎曲的。“S”形或“L”形或其他形狀。單獨一套裝置不能滿足隧道的覆蓋。需要多裝置配合使用，多方案綜合運用。每段隧道的解決方案都可能會有所差別。必須因地制宜根據實際情況選擇覆蓋方案。對超長隧道;天饋線建議選擇洩漏電纜或分散式天線。訊號源可以選用如下方式：***1***微蜂窩***覆蓋;***2***射頻拉遠BBU+RRU覆蓋***光纖拉遠***;***3***直放站分佈系統覆蓋。
八、結束語
山區高速公路各種隧道場景均可能出現。所以在進行隧道無線網路覆蓋規劃時一定要根據道路的實際情況靈活選擇相適應的覆蓋方案，並對天饋線的安裝位置、高度、天線型號的選用做現場的勘測設計。不管選擇哪種方案。一定要站在網路全域性的高度去考慮，強化網路觀念。還要充分考慮直放站對使用者感知和系統容量的影響。確保網路執行狀態最佳，打造真正的無縫覆蓋精品網路。
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