无线对讲系统实现对隧道管廊无线对讲通信全线覆盖,是应急部门维持隧道管廊通信日常维护、处置突发事件的要求。隧道管廊封闭狭长,弯道较多,无线对讲系统覆盖难度大,此文介绍使用泄漏电缆技术解决隧道管廊内覆盖的方法。
近年来,我国城市建设快速发展,人口密度猛增。隧道与管廊作为现代化城市重要的基础设施,工程建设如雨后春笋。与此同时,隧道管廊需要建设无线对讲系统来进行日常维护、消防安全、处置公共突发事件等问题日益凸显。另外,这些基础性设施、由于空间封闭等特点,使其成为恐怖袭击的重点目标之一。为此,完善无线对讲系统在地铁的覆盖,确保通信畅通、指挥调度得力是当前形势下的迫切要求。隧道管廊线路无线对讲系统通信覆盖问题分析
隧道与管廊全线的覆盖问题可以分为三部分:隧道与管廊入口、隧道与管廊中间位置的覆盖和隧道与管廊出口的覆盖。一般采用同轴馈电无源分布式天线进行覆盖。在合适位置安装1根全向鞭状天线(增益为3dB),对于空间较为宽松的位置,即可实现对无线对讲覆盖。对于直线型隧道管廊,采用衰减较小的同轴电缆,通过耦合器、功分器进行分布式天线连接,可以有效地实现覆盖目标。这种设计方案技术成熟,成本较低,便于安装施工,应用较为广泛。
相对而言,隧道与管廊不同封闭空间的覆盖问题则较为棘手。隧道与管廊一般比较狭窄,弯角较多。另外,由于天线系统的安装空间有限,选择天线的尺寸和增益也必然会受到很大的限制。从国内外的情况看,采用泄漏电缆进行隧道与管廊覆盖是最常见、最有效的方式。
泄漏电缆简介:泄漏同轴电缆(Leaky Coaxial Cable)通常又简称为泄漏电缆或漏泄电缆,其结构与普通的同轴电缆基本一致,由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体三部分组成。电磁波在泄漏电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波;外界的电磁场也可通过槽孔感应到泄漏电缆内部并传送到接收端。
泄漏电缆结构示意图
目前,泄漏电缆的频段覆盖管廊从150MHz到2GHz以上,适应现有的各种无线通信体制,应用场合包括无线传播受限的地铁、铁路隧道和公路隧道等。在国外,泄漏电缆也用于室内覆盖。
与传统的天馈无线对讲系统相比,泄漏电缆天馈无线对讲系统具有以下优点:一是信号覆盖均匀,尤其适合隧道管廊等狭小空间,可减少信号阴影及遮挡,受"填充效应"影响小;二是泄漏电缆本质上是宽频带系统,某些型号的泄漏电缆可同时用于警用寻呼(160MHz)、警用无线通信(350MHz)、专用无线对讲系统通信(400MHz)、全市应急指挥(800MHz)等系统;三是泄漏电缆价格虽然较贵,但当多系统同时引入隧道管廊时可大大降低总体造价。
使用泄漏电缆进行隧道管廊覆盖的规划设计:在进行隧道管廊覆盖规划之前,一般需要知道以下一些数据:隧道管廊长度、隧道管廊宽度、隧道管廊孔数(1或2)、需要的覆盖概率(50%,90%,95%,98%或99%)、隧道管廊管廊结构(金属结构还是混凝土结构)、总共考虑多少个载频、隧道中最小接收电平、隧道管廊入口处的信号电平大小、隧道管廊内部已有信号电平大小等。
在进行链路预算时,常用的方法是找出链路最长、信号损耗最大的一条泄漏电缆路由进行上下行链路预算。考虑到泄漏电缆为宽带系统,可能需要对每种通信体制分别进行链路预算,一般选择发射功率小或频率较高的通信体制进行链路预算。
下面以某地铁一期工程警用无线对讲系统漏缆设计计算为例,进行简单说明。
某地公安局350 MHz常规无线对讲系统作为各警种日常指挥调度的主力系统,目前正在规划建设800 MHz TETRA数字集群系统作为市应急指挥系统。在某一期工程警用无线对讲系统漏缆设计中,主要考虑上述两套系统的覆盖需求。另外,出于建设成本等多方面因素的考虑,可能要采用国产厂商的漏缆产品。
经初步估算,拟选用的泄漏同轴电缆规格为
DWZR- SLYWY- 50- 32C(焦作电缆厂生产 5/4″泄漏
电缆),以下是上行链路电平计算:
(一)频率为800MHz,耦合损耗为68dB(2米处通信概率为95%),泄漏同轴电缆的衰减常数 α为
35dB/KM,手机最大输出功率按 1W(30dBm),2 W (33dBm),4W(36dBm)计算,最低工作电平按- 105
dBm 计算,耦合损耗的波动裕量为 5dB,跳线及接头损耗为2dB,车体影响为10dB,耦合器/分路器/站厅天线耦合总体损耗6 dB。
则1W时:
最大允许损耗:αmax.=30 dBm-(-105 dBm)=135 dBm其它相关损耗:M =5 dB+2 dB+10 dB+6 dB=23 dB漏缆最大允许长度:L=(135 dB- 68 dB- 23 dB)÷35
dB/KM=1.26KM=1260 米
2W 时:
最大允许损耗:αmax.=33 dBm-(-105 dBm)=138 dBm其它相关损耗:M =5 dB+2 dB+10 dB+6 dB=23 dB漏缆最大允许长度:L=(138dB- 68dB- 23dB)÷35dB/KM
=1.34KM=1340 米
4W 时:
最大允许损耗:αmax.=36 dBm-(-105 dBm)=141 dBm其它相关损耗:M =5 dB+2 dB+10 dB+6 dB=23 dB漏缆最大允许长度:L=(141dB- 68dB- 23dB)÷35dB/KM
=1.43KM=1430 米
(二)频率为350MHz,耦合损耗为80dB(2米处通信概率为95%),泄漏同轴电缆的衰减常数 α为
20dB/KM,手机最大输出功率按 1W(30dBm),2 W
(33dBm),4W(36dBm)计算,最低工作电平按- 105
dBm 计算,耦合损耗的波动裕量为 5dB,跳线及接头损耗为2dB,车体影响为10dB,耦合器/分路器/站
厅天线耦合总体损耗6 dB。
则1W时:
最大允许损耗:αmax.=30 dBm-(-105 dBm)=135 dBm其它相关损耗:M =5 dB+2 dB+10 dB+6 dB=23 dB漏缆最大允许长度:L=(135dB- 80dB- 23dB)÷20dB/KM
=1.6KM=1600 米
2W 时:
最大允许损耗:αmax.=33 dBm-(-105 dBm)=138 dBm其它相关损耗:M =5 dB+2 dB+10 dB+6 dB=23 dB漏缆最大允许长度:L=(138dB- 80dB- 23dB)÷20 dB/KM
=1.75KM=1750 米
4W 时:
最大允许损耗:αmax.=36 dBm-(-105 dBm)=141 dBm其它相关损耗:M =5 dB+2 dB+10 dB+6 dB=23 dB漏缆最大允许长度:L=(141dB- 80dB- 23dB)÷35 dB/KM
=1.9KM=1900 米
根据某地一期工程的实际情况,最长隧道区间段为1940米,则漏缆最长为
1000 米,依照上述计算方法可以得到下列结果:
800M/1W 时:系统接收的最弱信号为- 96dBm, 800M/4W 时:系统接收的最弱信号为- 90dBm, 350M/1W 时:系统接收的最弱信号为- 93dBm, 350M/4W 时:系统接收的最弱信号为- 87dBm,
均可满足要求。
由于系统下行信号25W(由无线基站发往用户
对讲机),相对于用户对讲机功率(4W)高出8 dB,
综合考虑系统的耦合过程等因素,下行信号将高于上行信号3 dB左右。故下行链路电平预算也能够符合要求。
经过上述计算,拟选用的漏缆型号能够满足设计要求。
我国的交通事业与国家基础设施建设正处在快速发展阶段,可以预期,隧道管廊建设规模会迅速扩大。利用现代泄漏电缆技术,实现对隧道管廊全线的无线对讲系统覆盖,确保调频广播专用无线对讲系统通信警用无线对讲系统等通信畅通,对提高处置突发事件能力等意义重大。■
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