深圳市地铁同频同播基站覆盖设计

2010-04-13莫志刚

城市轨道交通研究 2010年7期

莫志刚

(深圳市地铁三号线投资有限公司,518172,深圳∥工程师)

地铁的特殊性决定无线信号在隧道内、站厅、站台范围内应做到无缝隙覆盖,且从地面至地下移动通信过程中,无通信断层,不需信道转换操作。深圳地铁3号线无线系统在设计过程中考虑了3组无线同频同播网,分别为地铁警用、消防、公安指挥提供通信解决方案。

1 深圳地铁3号线公安无线通信系统概况

深圳地铁3号线西延线公安无线通信系统为地铁警用、消防、指挥调度员和公安车站值班员等建立通信手段。该系统使用350 MHz警用无线频点,与现有公安350 MHz网络有机衔接,整合为一个完整、统一的通信调度指挥网。本系统采用无线同频同播技术进行组网,且引入卫星全球定位系统(GPS)锁频控制技术及多站同频同播工作方式,特别适用于大范围覆盖和地形复杂等环境下的无线通信。系统覆盖区域包括站厅、站台及隧道;站厅、站台采用辫状天线覆盖,隧道采用泄漏电缆覆盖。

本系统包括公安指挥网、地铁分局网、消防专网等3组无线同播网络。其中,公安指挥网地面部分已建成,本项工程是将该网络向地铁内部扩展;地铁分局网和消防专网是新组建网。系统链路采用有线链路与无线链路混合模式,地铁网采用由光缆传输系统提供的有线链路。从区域功能划分,无线通信系统由指定区域地铁内同播网组成。

2 公安无线通信系统覆盖要求及功能

地铁内部覆盖目标为:

(1)地铁站台、站厅、警务站覆盖率达到98%;

(2)地铁各进出口通道覆盖率达到90%;

(3)地下商业城覆盖率达到95%;

(4)地铁隧道覆盖率达到90%。

本系统采用同播技术组建,利用多个同频中转台的协同工作,达到扩大覆盖范围和加强覆盖强度的目的。从可靠性方面考虑,公安指挥网、地铁分局网及消防专网采用平行配置方式,即3组网相互独立,除部分设备共用外,其它设备都独立配置。因此,当系统某设备出现故障时,影响范围仅限于某一同播网,而不是所有同播网。

每个同播网又分为地铁部分和交换控制中心。地铁网各同播站采用光缆所提供的有线链路连接,其同步基准信号采用中心时钟信号方式。交换控制中心负责各地铁同播站信号间的相互交换,同时完成地面网与地铁网之间的相互转接。交换控制中心配置时钟调制器。时钟调制器由GPS锁定,并以音频方式通过光缆有线链路送至各地铁同播站,经解调后还原为秒时钟脉冲信号。解调器具备延时补偿功能,以补偿信号经传输所产生的延时,使解调出的秒时钟脉冲信号与GPS相位相同。

3 同频同播基站覆盖

3.1 基站覆盖要求

无线链路预算是估算基站覆盖能力的重要手段,它根据空中接口的技术特点,计算链路的功率衰减和信噪比损失。链路预算的结果被称为最大各向同性路径损耗。使用适当的传播模型可以将其转化为基站的覆盖小区范围。链路预算可分为上行链路预算和下行链路预算。

上行链路预算公式为:

最大允许路径损耗=移动台总的功率级-人体损耗+基站接收天线增益-基站馈线损耗总计-系统余量-基站灵敏度。

下行链路预算公式为:

最大允许路径损耗=基地台总的功率级-相关损耗+基站接收天线增益-基站馈线损耗总计-系统余量-移动台灵敏度。

因基站发射功率远大于移动台发射功率,下行覆盖远大于上行覆盖,因此同频同播对讲通信系统的通信效果受限于上行覆盖。

无线网络传播环境非常复杂,厂家设备性能、系统设计指标、具体工程参数设定等相关取值也千差万别。为简化分析过程,以下链路预算将取一些代表性参数值,计算丘陵环境和覆盖要求情况下的上行链路预算。不规则地形(地形高差Δh=50 m)的上下行链路预算见表1。

表1 上下行链路预算表(不规则地形)

3.2 基站覆盖半径计算

陆地移动通信移动台的天线高度一般只超出地面数米,因而受地形、地物的影响极大;且由于移动台处于运动状态,其传播路径时刻在变化,影响电波传播的地形、地物也时刻变化,传播特性异常复杂,故自由空间或平面大地电波传播衰耗公式一般不再使用。本工程采用国际电信联盟(ITU)推荐的移动通信场强预测模型——Okuamura-Hata模型,进行覆盖预测计算。

Okuamura-Hata模型有两点假设条件:

(1)是准平滑地形而不是不规则地形;

(2)适用于城市市区传播损耗的计算,其他地区采用校正公式进行修正。

模型适用范围:

频率为150～1 500 MHz,基站天线有效高度为30～200 m,移动台天线高度为1～10 m,通信距离为1～20 km,超出通信范围需进行γ因子修正。

传播损耗公式为: