地铁隧道1.8 GHz 无线信号覆盖方案研究

2021-06-04朱淇惠刘凯旋

数字通信世界 2021年5期

关键词：接收机间隔损耗

朱淇惠，刘凯旋，董泽

（北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044）

1 无线信号覆盖技术研究

1.1 泄漏电缆链路预算

泄漏电缆是一种传导电磁波的器件，通过使用同轴电缆开槽外导体向外辐射电磁波来实现无线通信联络的目的。使用泄漏电缆的隧道中，接收机的接收功率为[1]：

式中，Pt为信源发射功率（dBm）；Pr为接收机接收功率（dBm）；L1为各种接头总体损耗（dB）；L2为功分器损耗（dB）；LT为泄漏电缆传输损耗（dB）；Lc为泄漏电缆标准测距（2 m）下的耦合损耗（dB）；G为宽度因子（dB）。

1.2 基于射线跟踪法的分布式天线功率计算

分布式天线系统（Distributed Antenna System，DAS）是指发射天线分布于不同的物理位置、接收天线分布于相同或不同的物理位置均可的天线系统。

基于射线跟踪仿真技术计算分布式天线功率的方法如下：ri为从发射机到接收机的第i条多径（本文中考虑直射径、反射径、散射径），第ri条多径的接收功率与电场强度的关系为：

考虑分布式天线功率叠加时，需将各个天线在该点的场强进行矢量叠加，设N为分布式天线总个数，第k个发射天线的天线增益为Ek为第k个发射天线所有多径的合场强，分布式天线的合成总场强经叠加如下：

本次研究基于CloudRT 平台进行，用户可通过http：//www.raytracer.cloud/进行访问。

2 模型构建与仿真配置

2.1 隧道场景与列车模型构建

图1 列车三维模型图

2.2 泄漏电缆和分布式天线的铺设方案

绍兴地铁2 号线铺设泄漏电缆的方案为在隧道500m、1000m、1500m、2000m、2500m 处通过功分器连接两条长度为500m 的泄漏电缆。

绍兴地铁2号线铺设分布式天线的方案，将分别对分布式天线间隔为300m、375m、500m、600m、750m、1000m 时进行射线跟踪仿真，以确定分布式天线的最佳铺设间隔距离。

2.3 仿真参数配置

泄漏电缆仿真参数配置为：仿真频率为1.8 GHz，信源发射功率为40 dBm，传输损耗为2.8 dB/100m，耦合损耗为65 dB，泄漏电缆位置为（0 -3000m，5.07m，4.25m），接收天线位置为（0 -3000m，6.50m，1.70m），接收机与泄漏电缆径向距离为2.92m，各种接头总体损耗1 dB，功分器损耗为3.5 dB（单个）。

分布式天线仿真参数配置为：仿真频率为1.8 GHz，带宽为20mHz，频点数为2000，收发天线类型为全向天线垂直极化，发射天线功率23 dBm，收发天线增益3 dBi，发射天线位置位于（0 -3000m，4.92m，4.50m），接收天线位置位于（0 -3000m，6.50m，1.70m），采用直射、1-5阶反射、散射的传播机理。

3 仿真结果分析

绍兴2号线地铁接收机随列车沿隧道移动时进行仿真，将隧道内安装500m 间隔分布式天线时和安装泄漏电缆时接收机的接收功率情况进行对比。安装泄漏电缆时信号覆盖更均匀地集中于-55～ -40 dBm 之间；而安装分布式天线时，均匀性较差，在靠近隧道出口处会出现信号衰落，这是由于列车已驶过的发射天线在车体阻挡下，其信号无法到达接收机，此时接收机只能接受出口处一个发射天线的信号，因此会存在信号衰落，但是采用分布式天线仍能满足接收机-70 dBm 的接收信号门限值要求。

为进一步确定分布式天线优于泄漏电缆的最小分布间隔，对仿真结果作进一步处理。以分布式天线间隔500m 为例，如图2所示，阴影区域内分布式天线接收功率明显优于泄漏电缆，其距离总长度约为1520m，占隧道总长度50.7%。