隧道通信施工技術論文

　　在我國公路隧道占比非常高。特別是高速公路途經(jīng)山區(qū)地段，占比會更高。但通信隧道在卻存在很大的問題。下面是學習啦小編整理的隧道通信施工技術論文，希望你能從中得到感悟!

　　隧道通信施工技術論文篇一

　　移動通信無線信號在高速公路隧道覆蓋技術

　　【摘要】 本文通過對移動通信無線信號傳播特點的分析，結(jié)合高速公路無線信號覆蓋的特點。通過對高速公路隧道無線覆蓋各種場景的分析，設計出了高速公路各種隧道場景下的移動通信對應的實施方案。對高速環(huán)境下信號覆蓋的、重點、難點問題進行分析，提出高速公路移動通信無線信號的場強問題、切換問題、多普勒頻移問題，并提出了解決方案。

　　【關鍵詞】 移動通信 高速公路 隧道 泄漏電纜 多普勒頻移

　　一、前言

　　據(jù)統(tǒng)計，至2012年年底，中國高速公路的通車里程已到96000公里，是世界上規(guī)模最大的高速公路系統(tǒng)。高速公路移動信號覆蓋是實現(xiàn)無線網(wǎng)絡無縫覆蓋的一個重要組成部分。是各運營商提高綜合競爭力的一個有效手段。在我國公路隧道占比非常高。特別是高速公路途經(jīng)山區(qū)地段，占比會更高。隧道占整個干線50%以上。所以，隧道的有效移動通信信號的有效覆蓋對于高速公路的覆蓋來說至關重要。

　　本文結(jié)合山區(qū)各種隧道無線覆蓋的特點，對各種隧道覆蓋信號源選擇、天饋系統(tǒng)選擇、傳輸方式選擇等方面的優(yōu)缺點進行對比分析;對高速公路環(huán)境下應該重點考慮的幾個問題進行探討。提出了4種典型隧道場景的覆蓋方案。希望能對移動通信隧道無線覆蓋的工程建設規(guī)劃和優(yōu)化工作起到借鑒作用。

　　二、高速公路隧道覆蓋的特點

　　隧道的結(jié)構(gòu)特點決定了其需要的覆蓋特點：(1)洞內(nèi)空間狹長，會產(chǎn)生多重折射，還要考慮車體的阻擋;(2)信號縱向延伸對覆蓋要求高;(3)高速公路用戶數(shù)較少，信號覆蓋主要以連續(xù)通話為目的;(4)隧道出入口可能為切換邊界。

　　三、隧道的移動通信信號的無線傳播特性

　　隧道可以看做一管道，信號傳播是隧道壁反射與直射的結(jié)果，直射信號為主要分量。ITU-R提出室內(nèi)覆蓋適用的傳播模型，此傳播模型對隧道內(nèi)無線信號覆蓋也有效，公式為：Lpath=30lgd+20lgf+28dB d：距離(米)、f：頻率(MHz);

　　隧道中不同距離的路徑損耗：

　　四、高速公路隧道無線覆蓋基本方案

　　(1)洞內(nèi)分布系統(tǒng)方案：天饋系統(tǒng)安裝于隧道內(nèi)。適用于長隧道，空間不夠?qū)挸ㄋ淼阑蛴休^大弧度隧道。此方案結(jié)構(gòu)：信號源+天饋分布系統(tǒng)。(2)洞外無線投射方案：天饋線系統(tǒng)安裝于隧道外。適用于中隧道、短隧道。且隧道內(nèi)較為寬敞。沒有弧度。此種方案結(jié)構(gòu)：信號源+定向天線系統(tǒng)。(3)泄漏電纜方案：泄漏電纜安裝于隧道內(nèi)墻體。適用于超長隧道，或隧道內(nèi)比較狹窄。方案結(jié)構(gòu)：分布式基站+泄漏電纜系統(tǒng)。

　　五、高速環(huán)境下幾個重點問題分析

　　5.1 信號覆蓋的場強分析

　　5.1.1 隧道內(nèi)側(cè)定向天線覆蓋方式

　　在隧道中無線電波傳播時具有隧道波導效應，信號的傳播是由墻璧反射與直射信號幾何疊加的結(jié)果，直射信號為主分量。此方式是指將天線安放于隧道口或隧道內(nèi)側(cè)，如果距離隧道口外有一定的距離，會有所偏差。

　　5.1.2 隧道內(nèi)安裝泄露電纜覆蓋方式

　　通過縝密的理論計算和大量的工程實際驗證可以得出如下結(jié)論：信號源功率單方向覆蓋(信號源放置在覆蓋區(qū)域一端時)的覆蓋距離稍大于2倍信號源用功分器分開時，雙方向覆蓋(信源放置在覆蓋區(qū)域中部向兩個方向進行覆蓋)的距離。

　　5.2 隧道內(nèi)/隧道外切換分析

　　隧道內(nèi)的小區(qū)切換分析：如果隧道長度過長。需要采用兩個或兩個以上的小區(qū)進行信號覆蓋。手機用戶經(jīng)過隧道的中段時，接收到的原小區(qū)信號強度逐漸減弱，目標小區(qū)的信號強度逐漸增強。不會有信號突然消失的情況，這樣可避免移動臺因切換判決時間不足造成掉話的問題。

　　隧道內(nèi)、隧道外的小區(qū)切換分析：在實際無線網(wǎng)絡中，實現(xiàn)內(nèi)外小區(qū)重疊有兩種方法。一是把隧道外信號引入至隧道內(nèi)。二是把隧道內(nèi)信號引至隧道外。由于室外無線信號復雜，可靠性不夠高，工程中多數(shù)采用延伸隧道內(nèi)無線信號的方法，使得隧道口與隧道外一定距離內(nèi)的信號一致，高速環(huán)境下在切換方面應該著重考慮。

　　5.3 高速條件下多普勒頻移問題

　　5.3.1 多普勒頻移概念

　　快速運動的移動臺會發(fā)生多普勒頻移現(xiàn)象。使用定向天線方式順著鐵路沿線覆蓋信號時。頻率偏移公式如下：fD=V*cos I/X=V*COS I/(c/f0)

　　fo：工作頻率;fD：最大多普勒頻移;V：移動臺的運動速度

　　頻移大小和運動速度成正比，運動速度越快頻偏越大。(1)MS靠近和遠離基站，合成頻率會在中心頻率上下偏移。(2)MS靠近基站，波長變短，頻率增大。(3)MS遠離基站，波長變長，頻率減少。(4)高速載體上的MS頻繁改變與基站之間的距離，頻移現(xiàn)象非常嚴重。

　　5.3.2 多普勒頻移的克服

　　可以采用增強AFC算法應對多普勒頻移：(1)AFC是針對快速移動的特點設計的基站頻率校正算法;(2)通過快速測算由于高速所帶來的頻率偏移，補償多普勒效應，改善無線鏈路的穩(wěn)定性，從而提高解調(diào)性能。

　　六、高速公路隧道覆蓋方案實施

　　6.1 洞內(nèi)分布方案實施

　　天饋系統(tǒng)裝于隧道內(nèi)。適用于長隧道，空間不寬敞隧道或者有較大弧度的隧道。

　　6.1.1 隧道覆蓋的信號源選擇

　　需要解決隧道覆蓋。信號源與分布式系統(tǒng)是必須要的。隧道覆蓋需要根據(jù)隧道附近的無線覆蓋狀況及話務、傳輸、現(xiàn)網(wǎng)設備等情況來決定隧道覆蓋所采用的信號源。通常信號源類型有以下幾種：微蜂窩基站、宏蜂窩基站、直放站等。

　　(1)微蜂窩基站。對于公路隧道覆蓋來說，由于話務量小，宏蜂窩基站作為信號源較為少用。微蜂窩使用的較多。使用微蜂窩基站的優(yōu)點是：所需配套設備少，所需設備空間小，總的投資費用低。新建的微蜂窩基站可以增加系統(tǒng)容量，相比較直放站來說，輸出功率更大，覆蓋范圍更廣。缺點：用戶享受的信道資源較少、需要電源到位、傳輸資源，擴容需換設備。目前比較常用的是BBU+RRU的DBS3900分布式基站。(2)直放站。如果在需要覆蓋的區(qū)域附近的網(wǎng)絡容量足夠，不必增加新的容量，且在附近有較好的GSM信號可以利用(滿足直放站對施主信號電平大小的要求，如-70dBm)，則可采用無線直放站作為隧道覆蓋的信號源。在實際工程之中，要根據(jù)覆蓋的隧道附近覆蓋狀態(tài)，隧道長度，建站條件，基站分布，話務分布等因素選擇一種合適的信號源。 　　6.1.2 傳輸方式的選擇

　　高速公路隧道一般都位于大山之間，林密山高，通信傳輸是個重要問題。一般可以采用如下三種傳輸方式：

　　(1)無線移頻傳輸(傳輸射頻信號)。安裝無線移頻覆蓋端設備，需要的較少的饋線，造成的干擾也少，在網(wǎng)絡中設計更加靈活。在鋪設傳輸光纖資源不便或者其他特殊情況下，還可以采用無線移頻直放站使得移動TD-SCDMA信號在隧道里得以延伸。隧道內(nèi)電磁環(huán)境比較好，采用此方式能取到良好的效果。(2)光纖有線傳輸(傳輸射頻信號)。優(yōu)點：傳輸?shù)姆€(wěn)定性更好，在隧道內(nèi)安裝的饋線減少可使用更細的饋線，施工更方便。(3)微波傳輸(傳輸基帶信號)。除了移頻傳輸和光纖傳輸方式之外，還可以選用微波傳輸。優(yōu)點：建設速度快，受地物地貌等環(huán)境影響較小。缺點：受氣候影響，信號傳輸質(zhì)量會有波動，易遭雷擊，維護工作量大。

　　6.1.3 隧道覆蓋天饋線系統(tǒng)的選擇

　　(1)同軸電纜無源分布式天線系統(tǒng)。同軸電纜無源分布式天線覆蓋的方案設計較靈活。價格相對較低、安裝方便。同軸電纜的饋管衰耗較小。天線增益選擇取決于安裝條件限制。條件允許下，可選用增益較高的天線，覆蓋距離會更遠。其簡化方案是用單根天線覆蓋隧道。對較短的隧道覆蓋來說成本最低。對短隧道，可以在隧道口或延伸至隧道內(nèi)用定向天線(如八木天線或短背投天線)進行信號覆蓋。(2)光纖有源分布式天饋系統(tǒng)。在有些復雜的隧道環(huán)境中?？刹捎霉饫w饋電有源分布式天饋系統(tǒng)來代替同軸電纜無源分布式天線系統(tǒng)。其優(yōu)點是：在室內(nèi)安裝的電纜數(shù)較，可以適用更細的電纜，采用光纜可避免電磁干擾，在較復雜的網(wǎng)絡中設計更加靈活，缺點是成本較高。

　　6.2 洞外投射方案實施

　　洞外投射方案，天饋系統(tǒng)安裝于隧道外或隧道口。該方案適用于短隧道、中隧道，并且隧道內(nèi)較寬，隧道直沒有弧度。

　　6.2.1 隧道覆蓋信號源選擇

　　隧道覆蓋要根據(jù)隧道附近的無線覆蓋環(huán)境及傳輸、話務、現(xiàn)有網(wǎng)絡設備等情況來決定隧道覆蓋所采用的信號源。信號源類型通常有如下下幾種：微蜂窩基站、直放站等。(1)微蜂窩基站 + 定向天線。對公路隧道覆蓋來說，由于話務量比較小，宏蜂窩基站作為信號源較為少用。所以微蜂窩使用的較多。使用微蜂窩基站的優(yōu)點是：所需設備空間小，所需配套設備少，總的投資費用低。缺點：需傳輸資源，擴容需換設備。(2)直放站。A：無線同頻直放站 + 定向天線。優(yōu)點：安裝靈活、投資少、可以有效提高信號源所在小區(qū)的信道利用率;缺點：不能進行獨立的話務處理、易產(chǎn)生自激，需要考慮天線隔離度問題。B：無線移頻直放站 + 定向天線。優(yōu)點：信號較純凈，不會產(chǎn)生自激問題;缺點：需要額外的傳輸用頻率資源，傳輸天線間要求可視，不能有阻擋。(3)有線光纖直放站 + 定向天線。優(yōu)點：利用有線光纖資源可得到純凈信號源，可以把信號延伸到較遠的距離，信號源可以從基站耦合或從直放站耦合;缺點：需要考慮信號源基站與覆蓋目標周圍基站的參數(shù)設置?？紤]鄰區(qū)切換關系，同鄰頻干擾等問題。

　　實際工程中，要根據(jù)所需覆蓋隧道長度，隧道附近覆蓋情況，基站分布，話務分布情況，建站條件等因素選擇信號源。

　　6.2.2 傳輸方式的選擇

　　同洞內(nèi)分布方案類似，洞外投射方案也可以采用如下三種傳輸方式：(1)無線移頻傳輸(傳輸射頻信號，采用直放站時用);(2)有線光纖傳輸(傳輸射頻信號，采用基站和光纖直放站時用);(3)無線微波傳輸(傳輸基帶信號，采用基站時用)。

　　實際工程之中，要根據(jù)覆蓋的隧道附近地形、地貌特征、現(xiàn)有傳輸資源情況、新建傳輸條件等因素選擇合理的傳輸方式。

　　6.2.3 隧道覆蓋天饋線系統(tǒng)的選擇

　　采用同軸電纜無源分布式天線覆蓋方案設計比較靈活。價格相對較低、安裝方便。同軸電纜的饋管衰耗較小。天線增益的選擇主要是取決于安裝條件限制。在許可的條件時，可選用增益相對較高的天線，覆蓋距離會更遠。其簡化方案就是采用單根天線沿著隧道進行覆蓋。對較短的隧道是這一種成本最低的解決方案。

　　對于距離較短隧道?？梢杂迷谒淼揽诨蜓由熘了淼纼?nèi)的定向天線進行信號覆蓋。根據(jù)基站的位置、隧道的長度、安裝條件等因素可以選擇拋物面、天線八木天線、短背射天線和角反射天線等。

　　6.3 泄漏電纜方案實施

　　6.3.1 隧道覆蓋的信號源選擇

　　采用泄漏電纜方案信號源的選擇。隧道覆蓋要根據(jù)隧道附近無線覆蓋情況及話務、傳輸、現(xiàn)有網(wǎng)絡設備等等情況來決定隧道覆蓋所采用的信號源。此方案信號源通常采用：微蜂窩基站，目前較常用的是BBU+RRU的DBS3900分布式基站。高速公路隧道覆蓋，由于話務量較小，較少用宏蜂窩基站作為信號源。所以微蜂窩使用較多。采用微蜂窩基站的優(yōu)點是：總的投資費用低、所需設備占用空間小，所需配套設備較少。缺點：需要傳輸設備資源，擴容需要換主設備。

　　6.3.2 傳輸方式的選擇

　　同洞內(nèi)分布方案類似，采用泄漏電纜方案也可以采用如下兩種傳輸方式：(1)有線光纖傳輸(傳輸射頻信號，用于基站和光纖直放站);(2)無線微波傳輸(傳輸基帶信號，用于基站)。

　　實際工程中，要根據(jù)覆蓋的隧道口的地貌、地形特點、傳輸資源等因素選擇一種合適的傳輸方式。

　　6.3.3 隧道覆蓋天饋線系統(tǒng)的選擇

　　采用泄漏電纜進行隧道覆蓋是一種常用的方式。優(yōu)點是：(1)可減小信號遮擋及陰影;(2)信號波動范圍小，泄漏電纜信號覆蓋更加均勻;(3)泄漏電纜是一寬帶系統(tǒng)，多種不同的無線系統(tǒng)信號可以通過合路共享同一泄漏電纜，這樣使得架設多個天線系統(tǒng)工程安裝的復雜性降低。(4)泄漏電纜覆蓋設計技術成熟，相對簡單。缺點是：成本較高。

　　七、典型隧道場景覆蓋方案

　　7.1 短隧道覆蓋

　　單洞短程隧道是最簡單的隧道。由于孔洞短、通風好、洞相對較寬。采用洞口天線向內(nèi)投射的方式覆蓋，就可以達到理想的覆蓋效果，且投資成本較低，信號源的選擇可根據(jù)具體情況而定。如果洞口有滿足條件的信號，可用無線直放站作為信號源。如果沒有可用的信號，可用移頻直放引入較遠處的信號進行覆蓋。如果有現(xiàn)成光纖或者可以方便鋪設光纖，可用微蜂窩基站或光纖直放站進行覆蓋。天線采用室外天線。如：短背射天線、八木天線、拋物面天線等方向性強的天線。從成本處罰，可以考慮將隧道和公路一起覆蓋，或者隧道、公路以及附近村莊等區(qū)域共享一套設備。 　　推薦方案：(1)洞外無線覆蓋方案;(2)共享覆蓋方案(指村莊或公路覆蓋時引信號來覆蓋);(3)隧道內(nèi)天線多采用八木天線，或容易安裝的天線。

　　7.2 連續(xù)隧道群覆蓋

　　如果，公路或鐵路在山脈之間穿梭會出現(xiàn)隧道間隔小于900米的連續(xù)隧道。隧道連續(xù)不斷，形狀各異，長短不一，需要考慮傳輸、造價、施工、覆蓋等更多因素。該情況主要考慮的重心在傳輸，還需綜合考慮覆蓋，要仔細分析每段隧道的特點和隧道之間公路的信號情況?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場實際情況采用如下幾種方案：(1)光纖分布式覆蓋，BBU+RRU(適合多段短隧道);(2)饋纜分布式覆蓋(適合多段長隧道);(3)綜合式覆蓋(無線設備和其他有線系統(tǒng)配合)。

　　7.3 中長隧道覆蓋

　　中長隧道是指單洞長度在1Km～3Km之間，公路隧道內(nèi)部空間較寬敞，隧道內(nèi)覆蓋情況在有車時和沒車通過時差別不大，天線安裝較方便?？筛鶕?jù)實際情況選用尺寸稍大的天線。中長直形隧道天線安裝在中間，彎形隧道天線安裝在轉(zhuǎn)彎處。或者從隧道兩出口處采用不同的兩個小區(qū)向內(nèi)對打的方式來覆蓋，切換帶設計在隧道中部。建議方案：(1)直放站+天線分布系統(tǒng)(可以是無線直放站、光纖直放站、移頻直放站、視具體情況而定);(2)直放站+干放分布系統(tǒng)(用于較長公路隧道);(3)隧道內(nèi)多采用八木天線，或用易于安裝的板狀天線。

　　7.4 超長隧道覆蓋

　　公路隧道的單洞延伸長度超過3Km可算作超長隧道。隧道延伸可能是彎曲的。“S”形或“L”形或其他形狀。單獨一套設備不能滿足隧道的覆蓋。需要多設備配合使用，多方案綜合運用。每段隧道的解決方案都可能會有所差別。必須因地制宜根據(jù)實際情況選擇覆蓋方案。對超長隧道;天饋線建議選擇泄漏電纜或分布式天線。信號源可以選用如下方式：(1)微蜂窩基站覆蓋;(2)射頻拉遠BBU+RRU覆蓋(光纖拉遠);(3)直放站分布系統(tǒng)覆蓋。

　　八、結(jié)束語

　　山區(qū)高速公路各種隧道場景均可能出現(xiàn)。所以在進行隧道無線網(wǎng)絡覆蓋規(guī)劃時一定要根據(jù)道路的實際情況靈活選擇相適應的覆蓋方案，并對天饋線的安裝位置、高度、天線型號的選用做現(xiàn)場的勘測設計。不管選擇哪種方案。一定要站在網(wǎng)絡全局的高度去考慮，強化網(wǎng)絡觀念。還要充分考慮直放站對用戶感知和系統(tǒng)容量的影響。確保網(wǎng)絡運行狀態(tài)最佳，打造真正的無縫覆蓋精品網(wǎng)絡。

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