简析泄漏电缆在客运专线公众网络覆盖上的应用

崔 成

（珠海汉胜科技股份有限公司，广东珠海 519180）

随着国家铁路“四纵”、“四横”及沿海经济圈客运专线等线路的全面建设，铁路客运专线已经成为铁路未来发展的一大趋势，而铁路沿线隧道的弱盲区公网信号覆盖问题已经逐渐显现出来，解决好客运专线的信号覆盖问题已刻不容缓。

1 客运专线网络覆盖问题分析

客运专线上铁路隧道一般比较狭窄，当列车经过时，被列车填充后剩余的空间很小，这对信号传播会有很大影响，即所谓的“填充效应”。采用天线覆盖方案时，隧道内电波传播波动范围较大，受隧道物理特性影响大。另外，天线系统的安装空间有限，选择天线的尺寸和增益也必然受到很大限制。按照以往的分布式天线覆盖方式很难达到覆盖效果，而泄漏电缆在弱盲区或盲区的信号覆盖则能得到很好的发挥。

2 泄漏电缆简介

2.1 泄漏电缆的结构

泄漏同轴电缆通常又简称泄漏电缆或漏泄电缆，其结构与普通的同轴电缆基本一致，由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体3部分组成,泄漏电缆兼具天线和传输线双重效用。图1为泄漏电缆的传输原理示意图。

2.2 泄漏电缆的工作原理

横向电磁波通过同轴电缆从发射端传至电缆的另一端。当电缆外导体完全封闭时，电缆传输的信号与外界是完全屏蔽的。然而通过同轴电缆外导体上所开的槽孔，电缆内传输的一部分电磁能量发送至外界环境。同样，外界能量也能传入电缆内部。外导体上的槽孔使电缆内部电磁场和外界电波之间产生耦合。具体的耦合机制取决于槽孔的排列形式。

2.3 泄漏电缆的种类

根据信号与外界的耦合机制不同，主要分为两种漏缆，即辐射型漏缆和耦合型漏缆。

（1）辐射型（RMC） 原理：在光滑外导体上开槽，电磁场由电缆外导体上周期性排列的槽孔产生，槽孔间距（d）与工作波长（λ）相当。特点：辐射的电磁波具有一定的角度，该角度由开槽间隔和传播信号频率决定。比较适合于特定频段、较长径向范围的信号覆盖。辐射型漏缆示意如图2所示。

（2）耦合型（CMC）原理: 在波纹馈线的外导体上开一组节距远远小于工作波长的小孔，电流沿外导体外部传输。特点：电流平行于电缆轴线，电磁能量以同心圆的形式紧密分布在电缆周围，所以这种模式也被称为“表面电磁波”。比较适合于宽频段、较短径向范围的信号覆盖。耦合型漏缆示意如图3所示。

2.4 泄漏电缆的性能指标

漏泄电缆主要电性能指标：频率范围、特性阻抗、耦合损耗、纵向衰减、总损耗的变化范围、驻波比和传输时延。主要物理性能指标：绝缘电阻、绝缘介质强度(耐压)、阻燃和烟毒性能、抗扭力和弯曲性能、密封性。

影响泄漏电缆辐射性能的主要指标为纵向衰减常数和耦合损耗。

（1）纵向衰减：衰减常数是考核电磁波在电缆内部所传输能量损失的最重要特性。

普通同轴电缆内部的信号在一定频率下，随传输距离而变弱。衰减性能主要取决于绝缘层的类型及电缆的大小。而对于泄漏电缆来说，周边环境也会影响衰减性能，因为电缆内部少部分能量在外导体附近的外界环境中传播。因此衰减性能也受制于外导体槽孔的排列方式。

（2）耦合损耗：耦合损耗描述的是电缆外部因耦合产生且被外界天线接收能量大小的指标，图4为泄漏电缆耦合损耗测试示意图。

耦合损耗公式表示为：Lc=10lg(Pt/Pr)

其中：

Lc：耦合损耗；

Pt：泄漏同轴电缆内某点的传输功率；

Pr：标准半波偶极子天线在该点的接收功率。

如图4所示，通过相应仪器，可测试出泄漏电缆中任意点的耦合损耗值，根据耦合损耗值所出现的概率可分为：1）以50%概率定义的耦合损耗，即测试点耦合损耗的数据有50%小于或好于定义值，一般记为Lc50；2）以95%概率定义的耦合损耗，即测试点耦合损耗的数据有95%小于或好于定义值，一般记为Lc95。

2.5 泄漏电缆的优势

目前，泄漏电缆的频段覆盖从75 MHz到2.6 GHz以上，适应现有的各种无线通信制式，应用场合包括无线传播受限的地铁、铁路隧道和公路隧道等。同时泄漏电缆也适用于室内覆盖。

与传统的天馈系统相比，泄漏电缆天馈系统具有以下优点：一是信号覆盖均匀，尤其适合隧道等狭长空间，可减少信号阴影及遮挡，受“填充效应”影响小；二是泄漏电缆本质上是宽频带系统，某些型号的泄漏电缆可同时用于CDMA800、GSM900、GSM1800、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、WLAN 等系统。

3 使用泄漏电缆进行覆盖的规划设计

在进行隧道覆盖规划之前，一般需要知道以下一些数据：隧道长度、隧道宽度、隧道孔数（1或2）、需要的覆盖概率（50%，90%，95%，98%或99%）、隧道结构（金属结构还是混凝土结构）、总共考虑多少个载频、隧道中最小接收电平、隧道入口处的信号电平大小、隧道内部已有信号电平大小等。

根据隧道的实际情况，选用合适种类的泄漏电缆，选用泄漏电缆时需考虑的因素：泄漏电缆的系统损耗、各种接插件及跳线的插损、环境条件影响所必须考虑的设计余量、设备的输出功率、中继器的增益以及设备的最低接受工作电平等。

4 泄漏电缆在客运专线的应用案例

下面以沪宁高速铁路客运专线镇江段某隧道公网泄漏电缆覆盖方案为例，进行简要说明。

4.1 沪宁高速铁路某隧道概述

沪宁城际高速铁路是长江三角洲地区城际客运专线的重要组成部分。该铁路设计时速350 km，铁路干线斜穿经过镇江市，在镇江区域内有1个隧道。隧道长为1.5 km，隧道设计宽约20 m，隧道净空高度约10 m。隧道内手机信号强度估计在－100 dBm左右，大部分地方甚至脱网。

4.2 设计方案分析

该覆盖方案主要针对电信CDMA800系统，同时兼顾1 800、2 400 MHz的3 G扩容，对隧道全部区域进行覆盖。拟定使用新增宏蜂窝基站加上高铁隧道附近原有的宏蜂窝为信源基站对隧道进行覆盖，覆盖方式为从隧道中间段分开两边各采用泄漏电缆覆盖，本方案采用RRU或室外光纤直放站作为应用设备。

4.2.1 设计的相关技术指标

（1）无线覆盖区内可接通率：要求在无线覆盖区内95%的位置、99%的时间可接入网络。

（2）无线覆盖边缘场强：室内场强≥-85 dBm。

（3）在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于-120 dBm。

（4）室内覆盖站与周围各小区之间有良好的无间断切换。

4.2.2 泄漏电缆及其他中继设备的选取

（1）直放站的类型确定：所选站点具备室外光纤直放站的安装条件，选用CDMA宽带直放站可将对网络的影响降至最低。拟选用4台CDMA室外光纤直放站，直放站输出功率电平值为40 dBm。

（2）信源小区的确定：由于信源使用的是宏蜂窝基站，信源小区由电信公司确定。采用2个小区分区覆盖，初步拟定分区方式为在隧道中间处为界，两边采用相同的小区进行覆盖。

（3）泄漏电缆型号的选取：通过多厂家泄漏电缆的综合性价比较，选用中高频段用1-5/8″泄漏电缆，电缆型号为RMC 50MH-158。考虑到隧道宽度因数对信号覆盖影响较大，布放2根电缆在隧道两侧进行覆盖，泄漏电缆为3 km。

（4）其他天馈器件的选用：对数周期天线、15 dB耦合器、2 W负载、1/2″、7/8″馈线及相应连接器等。

4.2.3 具体的系统链路分析

系统设计如图5所示。

根据链路预算原则，找出链路最长、信号损耗最大的一条泄漏电缆路由进行上下行链路预算。

在本案例中，泄漏电缆最长段为750 m，使用频段为800 MHz。表1为所选段上下行链路的电平强度预算结果。

表1 隧道某段上下行链路强度预算结果

根据表1可以看出，隧道上下行链路均满足覆盖要求。

综上所述，直放站（RRU）加泄漏电缆的覆盖方案能够满足设计要求，且安装方便，覆盖效果均匀、可靠，是客运专线隧道无线覆盖的首选方案。

5 结论

我国的高速铁路客运专线建设正处在快速发展阶段。利用现代泄漏电缆技术，实现对客运专线的全线无线覆盖，确保公网信号通信畅通，对提高铁路事业的发展，提升运营商网络品牌和综合竞争力有着十分深远的意义。

[1] 姚光圻．隧道中电波传播特性实验研究[J]．铁道学报，1994.16（3）:123-126．

[2] 徐华林，马建萍．地铁中泄漏同轴电缆的选择和配置[J]．都市快轨交通，2005(1)：59-62.

[3] 戴美泰，吴志忠．GSM移动通信网络优化[M].北京：人民邮电出版社，2003.