关于地铁无线天馈子系统常见问题的研究

深圳市地铁集团有限公司运营总部 何华兵



关于地铁无线天馈子系统常见问题的研究

深圳市地铁集团有限公司运营总部 何华兵

【摘要】天馈子系统是实现无线系统网络空中接口链路的重要组成部分，直接关系到用户使用移动终端过程中的通话质量。本文结合地铁无线通信系统设备建设、维护实践经验，对地铁无线天馈子系统常见问题进行探讨，以期能够对地铁无线系统出现天馈故障的共性问题的解决予以参考。

【关键词】地铁；无线通信；天馈子系统

0　概述

随着经济社会的快速发展，城镇化加速，社会对城市交通运输能力提出了更高的要求。轨道交通逐渐成为各大城市首选的交通运输方式。在轨道交通日益蓬勃发展的同时，专用无线通信技术也随之得到了进一步发展。与常见的移动通信系统有所不同，地铁无线系统由于特殊的用户以及无线场强环境，对无线通讯的时效性以及天馈子系统提出了更高的要求。

地铁线路主要由地下隧道和地面高架区间组成，成带状分布。这就要求无线覆盖小区成带状分布。若使用天线对地铁区间进行信号覆盖，虽然成本低，但增大无线网络优化成本，所以地铁专网无线系统根据实际覆盖环境采用不同的传输介质以及覆盖方式。

本文主要对地铁专网无线系统建设、维护过程中遇到的天馈系统问题进行归类，并结合实践经验进行讨论，得出天馈子系统常见故障的解决方案。

1　地铁专网无线天馈子系统结构

地铁专网无线系统天馈子系统结构的总体设计架构是：各车站无线基站的收发信机通过射频分路器/合路器与双工器相连并合成一路，其射频信号再经过耦合器、功分器、馈线分别将射频信号送至站厅天线和区间漏泄同轴电缆。各个方向射频电缆所连接的无线信号发射介质根据地铁不同环境也不尽相同。

在地铁车站，专网无线天馈子系统结构如图1所示，从图中可以看出各个方向射频电缆传输至站厅吸顶天线以及区间漏泄同轴电缆，以形成各区域内的无线信号覆盖。

图1　地铁车站专网无线天馈子系统结构示意图

在车站间相邻隧道区间，两车站相互延伸的漏泄同轴电缆在隧道中点附近以加射频跳线直通、加终端负载断开等方式形成相邻基站越区切换的场强重叠区。

在车辆段或停车场区域，在地面空间，采取在区域适合的楼顶架设全向天线的方式进行信号覆盖；在出入线隧道区域，则和车站隧道相同，使用漏泄同轴电缆覆盖；在运用库区域，由于建筑物、车体阻挡致使无线信号损耗增大，则通过网络优化，按需在关键点加装定向天线方式实现无线信号场强合理分布。

综上分析可知，地铁环境复杂多样，这也导致天馈子系统由多种天馈覆盖方式综合组成。在距离长短不一的隧道区间，处于高速运行列车内的无线终端必须快速地完成频繁的越区切换；这对各车站天馈子系统的设计、安装、网络优化以及运营维护提出了更高的要求。

2　天馈线子系统常见问题与解决方法

地铁专网无线天馈子系统因覆盖环境不同而各有差异，所以从系统设计、施工安装、设备故障以及隧道环境等多方面因素都会影响天馈子系统信号覆盖质量。另外，从图1可以看出，天馈子系统由各种无源器件组成，设备节点众多，存在潜在故障点也因此较多。下面将结合实践经验，对天馈子系统常见的三类问题进行分析、讨论。

2.1设计引起的越区切换问题

地铁专网无线通信各个小区延隧道成带状分布，这就要求在列车高速运行过程中实现平稳、快速的越区切换。为了保证上述要求，隧道内无线场强覆盖需要满足以下两点参数要求：

（1）隧道无线场强覆盖至少保证98%区域内下行链路的每载频信号最弱电平为-85dBm，即无线覆盖的可通率需大于等于98%；

（2）相邻车站隧道区间应根据隧道距离长短形成平稳的无线信号覆盖重叠区。

为了实现平稳的无线信号重叠区，如何设计两方向漏缆在隧道中间的连接方式就显得尤为重要。不同设计方式对建设成本、越区切换区域选择以及网络优化工程量都有重要影响。相邻漏缆连接方式主要有4种：射频跳线直通、加负载断开、加衰减器断开以及交叉重叠方式。根据各地铁建设的实际应用，通过射频跳线实现隧道区间中点的相邻漏缆尾端联通的方式应用较广（如下图2所示），该连接方式有掉话率低、切换较平稳、切换点信号强度较强以及工程投资较小等优点。

图2　射频跳线直通的漏缆连接方式

但是，从图2可以看出射频跳线直通连接方式会使相邻无线小区形成了较多的信号重叠区。这一方面使小区切换平稳过渡，而另一方面却使得切换点难以把控。例如：深圳地铁2号线的海上世界至水湾633米，半区间长度为316.5米，系统运行后多次测试发现越区切换点接近站台，并且该位置切换电平往往低于门限电平值（如T3位置）。因在列车进出站时，司机与行调通话尤为频繁，所以站台位置的越区切换点将严重影响无线系统通话质量。当面对该类问题时，维护人员可以从以下两种方式着手解决：

（1）统设备内部参数调整：采用降低信号较强车站基站的发射功率、调高切换门限电平RST值的方式将越区切换点调整到隧道区间中部。但是基站参数调整会影响整个无线小区信号覆盖，可能致使其他区间信号覆盖产生问题。

（2）外部链路衰减方法：在车站射频机柜内，对较强信号的漏缆前端（功分器输出端）增加合适dB 值得衰减器，以减少相应隧道区间的本站信号覆盖强度，从而将切换点成功的平移至隧道中间位置。

2.2传输损耗过大问题

当司机反映某隧道区域无线通话存在掉话情况，维护人员通过场强仪测试会发现，该区域无线场强相对系统验收时发了变化，其值往往低于设计最低要求（-85dBm）。从此类故障现象分析可知，基站收发信机输出功率正常，故障点可能位于对应方向的漏缆、漏缆接头以及射频跳线等传输介质及连接器件。

针对上述分析，维护人员可在端口有源信号输出后，采用天馈线测试仪对漏缆及连接器件进行驻波比测试以及故障定位。驻波比是天馈子系统硬件状态检测非常重要的一项指标，它是指传播介质入射波和反射波在空间内叠加所承受的最大电压值与最小电压值比值的绝对值。地铁专网无线通信系统驻波比标准是小于等于1.5，在该范围内的传输介质满足系统对相应介质传输损耗的要求。

下面列举深圳地铁某线路专网无线系统B车站天馈子系统发生的类似故障的处理过程（如表1所示），以更加详细阐述天馈子系统传输损耗过大问题的解决方法。

表1　深圳地铁某线路B车站天馈系统故障举例

当发生类似该故障时，首先根据故障现象初步判断故障点；然后断开基站等有源设备的信号源，使用天馈线测试仪测试该处漏缆或者射频跳线等设备的驻波比（标准值：≤1.5），并进行故障定位；最后利用故障定位点，对线缆设备进行排查。根据维护经验，引起漏缆、射频缆等设备传输损耗增大的原因很多，常见的有：接头制作不规范、接头松脱、线缆布线弯曲过小（漏缆弯曲半径不得小于2m）、安装施工导致线路过度弯折以及外界环境渗水等。

2.3无源器件自身老化问题

除漏缆、射频电缆以外，地铁专网无线系统天馈子系统还包含双工器、耦合器、功分器以及避雷器等无源器件设备。无源器件在设备不间断、长期运行过程中会逐渐老化，导致驻波比、功率损耗、插损等指标恶化，从而严重影响专网无线系统信号覆盖质量。

对于此类故障分析，首先采用场强测试仪或工程测试手机在覆盖区域内测试场强以初步判定故障区域范围。在确定基站输出功率正常时，可分以下两种情况进行测试、故障判断：

（1）全部区域存在信号覆盖问题：可初步判断故障点位于无源器件，采用无线综合测试仪、频谱仪或者功率计从双工器开始，依次测量各个无源器件输出信号功率，快速确定故障或连接口接错误的设备；

（2）部分区域信号覆盖问题：断开信号源，采用天馈线测试仪测量驻波比并故障定位，确定故障位于无源器件，在通过天馈线测试仪检测天馈线系统中各个无源器件的驻波比，从而确定故障设备。

综合上述讨论、分析，维护人员确认基站、光纤直放站等有源设备输出信号功率正常后，初步判断为天馈子系统故障，那么具体处理流程可参考如图3所示。

图3　无线天馈子系统常见故障处理流程

3　结论

在地铁专网无线系统建设过程中，天馈子系统的规划、设计、安装是十分重要的组成部分，地铁运营维护人员应及时、有效的参与及跟进每一项过程，将系统设计、安装产生的问题在系统建设时期就得以顺利解决，实现稳定的无线信号覆盖效果。而在专网无线系统维护过程中，天馈子系统结构是每个维护人员必须所熟悉，在此基础上利用现有的仪器仪表等工具快速、准确的判断天馈子系统故障，保证无线通话畅通。

参考文献

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［2］李栋，丁国鹏.隧道内移动通信越区切换区域设置方案的比较研究［J］.铁道工程学报，2007（11）：6-58.

［3］黄庆祝，冉德兴.数字集群系统越区切换与隧间漏缆连接［J］.科技信息，2008：46-47.

［4］张建国.地铁无线通信系统漏缆工程全过程质量控制［J］.现代城市轨道交通，2007，5.