高铁隧道覆盖中的_POI_泄漏电缆_解决方案_黄国晖

图 3 上下行信号共路方案示意图（下行）
3 POI 在高铁隧道覆盖中的应用
上行时将至少一路来自天馈系统的信号分路输出至 各隔离单元。 2.3 POI 方案分类
根据系统隔离度要求不同，通常 POI 可以 有两种设计方案，上下行信号共路方案和上 / 下行信号分离方案。
（1）上下行信号共路方案。从各系统基站 来的下行信号各通过一个端口接入 POI，设备 天馈侧经由同一个端口接出，下行信号体现为 多路合一路进行信号下行覆盖，如图 4 所示。
高铁列车的高运行速度、复杂的地形及高比例 的隧道造成高铁沿线无线环境异常复杂，为解决福 建这样的多隧道高铁的覆盖，需要采用多种覆盖手 段综合解决，其中隧道内的覆盖是重中之重。
隧道内的空间有限，而目前我国在用的无线通 信系统却有很多：中国电信的 cdma 2000（800MHz）， 中 国 移 动 的 GSM （900MHz）、DCS（1800MHz）、 TD-SCDMA （2100MHz）， 中 国 联 通 的 GSM （900MHz）、DCS （1800MHz）、WSCDMA（2100MHz）， 还有某些专有系统。
表 1 各 型列车 12
K 型列车 13
庞巴迪列车 24
CRH2 列车 12
CRH3 列车 20
CRH5 列车 24
卧铺车厢 综合考虑衰减值
12
14
14
24
12
20
24
高速铁路开通后，表 1 中列出的各型列车都有 可能投入运行，同时由于铁路线一般呈狭长分布，因 此天线一般也近似与铁路线平行，同时高速列车屏 蔽效果比较好，所以穿透损耗比较大。在计算时应该 根据实际使用的车型进行取数，本文中采用平均值
各种制式移动通信空中传输数据速率，均远远 大于由于多普勒频移所引起的信道衰落速率 （数百 赫兹），因此多普勒频移对移动通信系统的影响可以 不计。 1.1.4 切换
为保障高速铁路列车在运行过程中，手机能保 持正常的通讯、无线通信系统各项切换能正常进行， 两个小区之间应保持足够距离的重叠覆盖区域，列 车车速越高，重叠覆盖区域越大。
作为连接信源和分布系统的桥梁，POI 的主要 作用在于对多种无线通信系统的下行信号进行合 路，同时对各系统的上行信号进行分路，并尽可能抑 制掉各频带间的无用干扰成分。 2.2 POI 技术原理
POI 系统从原理上来说，就是一套多频段合路 分路复合装置，其构件主要包括：
（1）基站接口单元。基站接口单元的数量与需要 接入的系统数对应，每个接口与基站进行一个频段 的信号交互；
产品与解决方案
PRODUCTS AND SOLUTIONS
P
f0
f0
兹
fd
=
f C
×v×cos兹
V
图 2 多普勒频移示意图
外释放一定分量的信号。泄漏电缆的布放如图 3 所 示。简单地说，泄漏电缆就象连续分布的横向线状天 线。与一般的分布式的点源天线比较，有以下几个优 点：
（1）信号分布均匀，可减小信号阴影及遮挡。泄 漏电缆与分布式天线的比较犹如日光灯与灯泡的比 较。泄漏电缆在每一点都有信号反射，导致整个隧道 内的接收信号强度均匀缓变。而点源天线在靠近天 线的地方强度较大，而远离天线强度下降很快。仿真 结果显示，采用一般的点源天线会导致用户接收信 号幅度的变化极大，存在热点区域和盲点区域，影响 接收效果。而且情况比较复杂的隧道还可能存在信 号阴影。
在切换区大小不变的前提下，速度越快的终端 穿过切换区的时间越小。因此，当终端的移动速度足 够快以至于穿过切换区的时间小于系统处理软切换 的最小时延，此时会导致掉话的产生，因此在进行覆 盖规划时应注重切换区的设置。
为了避免反复切换，各个系统大多采用了同小 区组网的方式（cdma 2000 中称为同 PN 组网），以扩 大单个小区的覆盖范围，减少切换次数。 1.2 隧道内覆盖解决方案 1.2.1 常规覆盖手段
高速铁路是指最高运行时速在 200km 以上的铁 路，一般采用动车组，高速列车行驶速度高，载客量 大，高速铁路的建设必然要适应列车的平顺稳定运 行的要求。
福建的山地与丘陵面积占全省陆地面积的 90% 以上，地形复杂、地势高低起伏，复杂的多山地形使 福建省的高铁建设与一般高铁建设迥然不同。为保 障列车的高速平稳的运行，福建省的高速铁路一般 采用多隧道的建设方式，多条已建、在建以及规划中 的高速铁路隧道比超过 50%，其中向莆铁路甚至接 近 90%，比例之高在全国高铁建设中都是位于前列。
1. 多径传播 多隧道高铁与普通高铁最重要的不同就在于隧 道内的无线传播环境与自由空间传播环境的差异。 首先隧道内的无线信号主要经直射、反射、散射，才 到达接收机。隧道墙壁对无线电波有屏蔽、吸收和散 射作用，理论上，隧道是超大尺寸的非理想波导，频 率只有高于其截止频率的波才能在其中传播。大多 数隧道的截止频率约为几十兆赫兹，目前移动通信 采用的频段远高于几十兆赫兹，这个频段的信号在 隧道中传播时近区场为多径传播，如图 1 所示。 2. 狭窄空间
（3）两种方案的差异。上下行信号合路和 分离方案的差别，在于用一套系统来处理上下 行信号还是分别采用两套系统。
根据第一章的论述，在高铁隧道覆盖中我们推 荐采用“POI+ 泄漏电缆”的建设方式。下面我们来讨
Tx1 CDMA
Tx2 GSM
WCDMA Rx1
Rx2 TD
混合
分离
图 5 4 系统合路 POI 示意图（上下行分离）
因此，只要不是特殊因素的限制，都应该采用上 / 下行信号分离方案。
（4） 实际 案例 。图 5 是 一个 900MHz GSM、 800MHz CDMA、2.1GHz WCDMA/TD-SCDMA 4 系统 合路的 POI 示意图（上下行分离，移动 TD 安装于上 行系统）。
在本系统中，较低频段的两个系统先进行了合 路，然后再与 WCDMA 系统信号合路，而 TD-SCDMA 由于是时分系统，因此，只在上行系统中与前 3 个系统信号混合。
1. 同轴馈电无源分布式天线 实际上就是馈线 + 转发天线的方式，天线增益 的选择主要取决于安装条件，该方案的简化版就是 采用单根天线对隧道进行覆盖，对于较短的隧道来 说，这种方案确实是一种低成本解决方案。 2. 光纤馈电有源分布式天线系统 在某些复杂的隧道覆盖环境中，可采用光纤馈 电有源分布式天线系统来替代同轴馈电无源分布式 天线系统，采用光纤馈电有源分布式天线系统的主 要好处包括在室内安装的电缆数减少、可适用更细 的电缆、采用光缆可降低电磁干扰等。 3. 泄漏电缆 泄漏电缆就是外导体内特别设有许多狭孔的同 轴电缆，当射频信号通过泄漏电缆时，这些狭孔会向
2 POI 技术简介
2.1 POI 的含义 PO（I Point of Interface），即多系统合路平台。 POI 主要应用在需要多网络系统接入的覆盖目
标，如大型建筑、市政设施、大型展馆、地铁、火车站、 机场、政府办公机关等场所，通过多频段、多信号的 合路功能，避免了室内分布系统建设的重复投资，是 一种实现多网络信号兼容覆盖行之有效的手段。
产品与解决方案
PRODUCTS AND SOLUTIONS
P
黄国晖 吴 昊
（中国通信服务福建设计院 福州 350002）
摘 要 高速铁路作为未来城际客运交通的主力，逐渐进入人们的视野，也给无线通信工程设计人员提出了新的 挑战。在目前正在施工的几条高速铁路中，采用了“POI + 泄漏电缆”的隧道覆盖解决方案，适应高铁隧道的实际情 况，值得推广。 关键词 多系统合路平台 泄漏电缆 多隧道高速铁路
如此多的系统，如此小的空间，使得共建共享成
为运营商必然的选择，也让 POI（多系统合路平台） 技术大显身手。
1 高铁隧道无线信号覆盖方案
山区场景多隧道高速铁路的无线网络覆盖与普 通铁路有所不同，因其特有的高时速、高穿透损耗以 及与自由空间不同的隧道无线传播环境等特点，在 技术上具有更高的特殊要求，其无线网络覆盖更具 复杂性。 1.1 隧道内无线网络覆盖需要考虑的因素 1.1.1 隧道内无线传播条件
很明显，前两种系统的转 发天线安装存在实际的困难， 且无法保证信号的均匀分布， 因此，在高铁隧道中建议采用泄漏电缆的覆盖方式。 同时，由于泄漏电缆的价格与普通电缆相比要 高出许多，而且高铁隧道内的空间狭小，也促成了多 家运营商相互合作—— —采用共缆的方式来建设高铁 隧道覆盖系统，因此，POI 技术成为各个运营商必然 的选择。
产品与解决方案
PRODUCTS AND SOLUTIONS
P
表 2 多系统隔离度要求（dB）
干扰系统 CDMA GSM
被干扰系统
CDMA
—
95
GSM
69
—
WCDMA
88
89
TD-SCDMA 88
90
WCDMA
90 36 — 73
TD-SCDMA
根据前文的论述，高铁沿线隧道有着自身的特 点，限制了无线覆盖技术的实施：
（1）高铁沿线隧道一般来说比较狭窄，特别是当 列车经过时，被列车填充后所剩余的空间很小；
泄漏电缆
图 3 泄漏电缆布放示意图
隧道
（2）出于安全考虑，铁路部 门一般不允许在隧道内安装天 线；
（3）高 速 铁 路 列 车 具 有 很 高的车体穿透损耗。
P
产品与解决方案
PRODUCTS AND SOLUTIONS
散射波 直射波
接收台 反射波
发射台
图 1 隧道内无线传播环境示意图
高速铁路隧道一般来说比较狭窄，特别是当列 车经过时，被列车填充后所剩余的空间很小，这时无 线传播与没有列车通过时差别较大，复杂的无线环 境使得多隧道高铁隧道内应考虑比普通高铁更行为 有效的覆盖方案。
（2）信号波动范围减少，采用泄漏电缆与采用其 它的天线系统相比，信号随距离的变化程度会减小。
（3）可对多种服务同时提供覆盖，泄漏电缆本质 上是一个宽带系统，多种不同的无线系统可以共享 同一泄漏电缆，考虑到在隧道中经常使用一些无线 系统（如寻呼系统、告警系统、广播、移动电话），由于 可共享一条泄漏电缆，因此，减小架设多个天线系统 时工程安装的复杂性。 1.2.2 方案比选