天津地铁5号线数字集群专网场强覆盖分析

张健　姚金龙　张洪岩

【摘要】数字集群专用无线通信系统实现对地铁全线覆盖，是地铁运营公司进行有效调度的重要通信方式，地铁隧道封闭狭长，弯道较多，无线覆盖难度大。本文着重介绍使用地铁中的无线覆盖技术与实践。

【关键词】地铁 隧道 无线通信覆盖 泄漏电缆 吸顶天线

天津地铁5号线，北起北辰区北辰科技园北站，南至西青区李七庄站，沿线经过北辰、河北、河东、河西、南开、西青六个行政区。线路全长33.6km，其中地下线33km，地面线及过渡段0.6km，共设车站30座，其中地下站29座，地面站1座；

本人有幸参与天津地铁5号线的无线数字集群TETRA网络的场强覆盖设计和网络覆盖优化、调试、开通工作，取得了一些工程的实际数据与经验，其中以5号线淮河道站为例进行分析介绍。

淮河道站位于北辰区淮河道附近，职业大学站和辽河北道站与之相邻。该车站为地下站共有2层：地下一层是站厅层，地下二层是站台层。集群无线专网射频信号场强覆盖区域为：1.隧道区间的覆盖；2.站台的覆盖；3.地面一层、二层站厅覆盖。

该站点隧道区间采用射频漏泄电缆来进行区间的场强覆盖，站台采用漏泄电缆+吸顶天线方式来进行站台的场强覆盖，站厅层采用吸顶天线来进行站厅的场强覆盖。

该站点在通信机房设置无线基站，作为该站的场强覆盖的能量来源，经各射频耦合器和功率分配器的射频能量分配，及至泄漏电缆及各天线端子从而形成目标运营区域的无缝覆盖。

天津地铁无线专网基站采用二载波，每一基站使用二对频点，并优选频率配置：频点间隔大于1MHZ，通过优选频率配置来避免在本网内产生互调干扰的影响。

该站集群无线专网覆盖的区域内同时并存公众移动网，因此工程的设计须考虑到网间的相互干扰。经理论分析和实践经验证明：无线专网和公网在隧道内漏泄电缆安装间隔≥0.45米，其隔离度可达78dB，如公网POI和直放站设备相关指标符合国标的条件下如此可减轻或消除网间互调和带外杂散发射干扰的影响。站厅内无线专网天线和公网分布天线安装间隔≥4.5米，可以减轻或消除网间带外杂散干扰的影响。

地铁5号线淮河道站的场强覆盖设计指标：在无线专网95%的地点及时间（概率），移动终端接收信号的场强电平应不小于-85dBm；按瑞利衰落法进行计算，基站、移动终端接收端的比特误码率不超过4%（信噪比≥19dB）。按照设计要求满足场强覆盖最小接收电平设计参数：覆盖范围边缘场强的最小接收电平门限取决于：

a.接收机的动态灵敏度：基站=-106dBm（上行）

移动手机=-103dBm（下行）

车载台=-103dBm（下行）

b.场强覆盖瞬时瑞利衰落深度：衰落储备取值=13dB

c.设计储备余量：取值=5dB

因此，在满足信噪比≥19dB和可通率（時间、地点覆盖概率为95%）的要求下，最小接收电平设计取值：

下行（基站至车台）：每载波≥-85 dBm（车台天线输入端）

下行（基站至手机）：每载波≥-85dBm（手机天线输入端）

上行（车台至基站）：每载波≥-88dBm（基站接收端）

上行（手机至基站）：每载波>-88dBm（基站接收端）

在隧道内由于车台天线安装列车顶部，天线位置较高且天线有一定的增益，天线距漏泄同轴电缆的直线距离较近，且不受车厢、车体屏蔽及人体屏蔽的影响。因此，在车台和移动手机均需覆盖的所有车站站台及隧道区间，车台场强覆盖余量在同一地点优于移动手机，故在进行场强设计预算时，主要考虑移动手机在列车内的边缘场强覆盖设计、预算。

场强覆盖设计余量预算：

隧道内移动手机在列车内边缘场强电平计算公式：

P（手机边缘场强电平）=基站输出电平-L（电缆系统路径损耗）-L（耦合链路总衰耗）≥-85dBm；

上行的漏缆末端场强电平余量偏紧，上行为：-1.47dBm，下行1.53，考虑到920米区间末端是站台，因此在站台和隧道结合部安装一个天线可弥补列车进入站台的弱场区。因此在区间和站台的交界处覆盖的上、下行都将满足需求。改进设计后完工测试的实际结果如下：

隧道信号电平测试（测试在以正常运营车速开行的列车内进行）

a）测试仪器：频谱仪（HP8591E）；

b）测试仪器电源使用列车电源：AC220V；

c）测试仪器参数设置：AT=10dB，RBW=30KHZ，VBW=30KHZ，SPAN=5MHZ，SWEEP=750ms；

d）天线为全向吸顶天线；

e）测试全部区间信号覆盖电平，合格的测试电平≥-85dB。

在隧道和站台交界处信号电平已降到-84dBm，此后移动手机进入站台区，由于站台安装了吸顶天线，因此信号电平随之上升至最大值-56dBm，满足了站台覆盖要求。

站厅层场强覆盖设计余量预算：站厅层的场强覆盖设计采用吸顶天线，该站站厅层由上下两层组成各分布式安装3个吸顶天线。站厅层长为120米，宽为85米。天线安装于站厅中心，天线覆盖半径为15米，天线增益为0dB。设计计算链路损耗时空间损耗采用自由空间模型公式。

根据无线信号传输模型，自由空间损耗计算公式为：

L=32.4+20log（F）+20log（D），其中F为频率，单位为MHz，D为距离，单位为km以860M为例：

基站下行边缘场强电平计算：

L=32.4+20log（860）+20log（D）=32.4+58.69+20log（15/1000）=91.09-36.48=55dB

移动手机上行边缘场强电平计算：

P（基站上行接收电平）=移动手机输出功率-L（电缆系统总损耗）-L（耦合链路总衰耗）≥-88dBm。

上面内容可预见设计满足要求，移动手机在覆盖最边缘处且处于屏蔽衰减30dB的车控室内，边缘场强覆盖电平上、下行均有余量。本案例同时关注到电磁环境的需求，各天线端口功率<15dBm。工程完工后实际现场测试结果如下：站厅层信号电平测试（测试在站厅进行，特别选择层与层交界面、通道拐点、站厅四周边缘、站厅边缘车控室内等特殊点测试）：

a）测试仪器：频谱仪（FSH3）；

b）测试仪器参数设置：RBW=30KHZ，VBW=30KHz；

c）测试信号覆盖电平：合格的测试电平≥-85dB。endprint