張 勛

（廣州市地下鐵道總公司，廣州 510000）

廣州地鐵采用穩(wěn)定可靠的無線通信系統(tǒng)，為移動運營商提供移動通信信號在站廳、站臺、地鐵商業(yè)街和區(qū)間隧道等公共活動區(qū)域的覆蓋，并連同移動通信上層網(wǎng)絡(luò)為手機用戶提供無縫隙、無障礙、高質(zhì)量的服務(wù)，保證乘客在享受地下旅行的同時，擁有優(yōu)質(zhì)的通話質(zhì)量，令其旅程實現(xiàn)真正的暢通無阻。本文將對廣州地鐵民用通信系統(tǒng)進行介紹。

1 系統(tǒng)工作方式

（1）各運營商將基站收發(fā)信機（BTS）接引至沿地鐵線路的各車站民用通信機房，且規(guī)劃好各車站內(nèi)基站之間、各車站內(nèi)基站與地面基站之間的小區(qū)劃分與頻率配置。并根據(jù)業(yè)務(wù)量與覆蓋情況設(shè)置小區(qū)參數(shù)。

（2）本系統(tǒng)設(shè)于各站內(nèi)民用機房的寬帶合路平臺（POI），與各運營商BTS射頻接口耦合聯(lián)接。

（3）下行POI對各運營商基站發(fā)射端下行信號進行合路后，由寬帶分路器分配到隧道泄漏同軸電纜（LCX）和站廳天饋，通過空中耦合送達移動接收端。從隧道LCX和站廳天饋傳送來的移動臺發(fā)射的上行信號，由寬帶合路器合路后，通過上行POI分路后送到各運營商基站上行信號接收端。從而完成上、下行鏈路信號的傳送。

（4）移動用戶在地鐵列車內(nèi)沿隧道線路運動時，相鄰基站的射頻信號在LCX形成梯度分布，在區(qū)間中點附近，LCX的兩側(cè)信號形成交疊區(qū)。當(dāng)列車通過這一區(qū)域時，近端站的信號逐漸變強，遠端站的信號逐漸變?nèi)酰樌麑崿F(xiàn)移動臺的小區(qū)平滑切換。同理，在站廳出入口及換乘站處，亦可完成類似的切換。

2 寬帶傳輸

2.1 傳輸頻段

系統(tǒng)支持800 MHz和900 MHz兩個頻段，且在LCX、射頻同軸電纜（DCX）和其他無源器材支持下可達到2 400 MHz。擴展后系統(tǒng)提供對800～2 400 MHz頻段內(nèi)多種移動通信制式的支持。

2.2 傳輸鏈路

系統(tǒng)上、下行傳輸鏈路獨立分開設(shè)置，提供兩個獨立的寬帶傳輸通道，對應(yīng)移動雙工通信的上行及下行信號，以減少相互之間的干擾。島式站臺接隧道采用漏泄同軸電纜方式覆蓋，側(cè)式站臺及站廳等處采用天線方式覆蓋。采用帶寬為800～2 400 MHz的低損耗同軸電纜和漏泄電纜進行信號傳輸覆蓋。

2.3 傳輸接口

系統(tǒng)提供對各運營商基站設(shè)備的POI固定連接接口，以及對移動臺LCX及天線空中鏈路接口。其中POI由單個的上行和下行POI構(gòu)成，POI相應(yīng)的接口支持移動、聯(lián)通和電信制式：中國移動GSM全帶寬、中國聯(lián)通GSM全帶寬、CDMA2000 1x全帶寬、第三代移動通信頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）方式主要工作頻段，以及第三代移動通信FDD和TDD方式補充和擴展工作頻段。

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

地鐵民用通信無線傳輸系統(tǒng)由天線分布子系統(tǒng)、泄漏電纜分布子系統(tǒng)、光直放站子系統(tǒng)及監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成。從信號的傳輸鏈路上看，可分為無中繼傳輸部分（簡稱無源部分）及中繼傳輸部分（簡稱有源部分）。這兩部分又分為上行及下行鏈路，是無線傳輸系統(tǒng)的主要構(gòu)成。

3.1 無源部分工作原理

無源部分由POI、寬帶分/合路器、耦合器、DCX、LCX和天線等構(gòu)成。

各運營商下行射頻信號接至POI相應(yīng)端口，通過POI濾波器濾除各運營商射頻信號之間的干擾信號，并完成信號合路。合路信號由寬帶分路器分配到不同的傳輸方向，如隧道LCX、站廳天線。站臺及隧道一般由LCX進行信號的傳輸及輻射覆蓋。站廳及進出口通道、商業(yè)街等一般由天線進行信號輻射覆蓋。從寬帶分路器至天線、LCX之間的信號傳輸由DCX完成，信號經(jīng)覆蓋網(wǎng)絡(luò)到達手機用戶終端。

根據(jù)互易性原理，用戶手機發(fā)射信號的上行鏈路，亦通過LCX、天線、DCX等分布網(wǎng)絡(luò)支路匯至寬帶合路器。寬帶合路器將手機的上行信號輸入POI，由其完成濾波、分路，最終各運營商不同制式的手機上行信號分別被送至相應(yīng)基站BTS上行端口。

3.2 有源部分工作原理

（1）中繼器的設(shè)置及選擇考慮因素

中繼器的設(shè)置應(yīng)以需延長覆蓋的范圍來確定，地鐵中繼區(qū)間的覆蓋最終仍由無源部分的LCX完成，因此LCX的傳輸特性和耦合輻射特性是影響中繼覆蓋指標(biāo)的主要因素之一。另一主要因素是中繼器的信號放大能力，即放大器的增益及功率輸出電平。功率放大器在放大信號的同時，亦產(chǎn)生相應(yīng)的諧波信號、雜散帶外輻射信號。在多信號放大時，由于放大器的非線性特性還產(chǎn)生互調(diào)信號。這些有用信號之外的信號可能會干擾本頻段及相鄰頻段的有用信號，造成信號的阻塞、失真。對這些無用信號（主要是互調(diào)信號）需加以控制和濾除。而對無用信號的抑制，又限制了放大器的增益及輸入電平，或者說在保證某一需要的功率電平及增益時受到了抑制，這是第三個因素。第四，由于地鐵運營維護特點及地鐵隧道的長度空間環(huán)境等限制，決定了中繼器的無人值守工作狀態(tài)，這就要求其可靠性和穩(wěn)定性在一個相當(dāng)高的水平，且具有防塵、防水的功能，因此，中繼器功耗和散熱就成為另一必需加以考慮的因素。第五，對上行鏈路來說，放大器的噪聲也限制了BTS的作用范圍。我們注意到，上述因素同時作用時具有相互制約的特點，對中繼器的選擇與設(shè)置須綜合考慮，采取不同的優(yōu)化線路、措施，以達到最佳的效果。

（2）上、下行鏈路的信號中繼傳輸

光直放站近端機將POI射頻合路信號由光發(fā)射機經(jīng)光纖傳輸至遠端機，遠端機由光接收機解調(diào)置BTS射頻合路信號并進行濾波分路，對GSM信號和CDMA信號分別進行信號放大和功率放大。放大后的信號在頻段合路器合成一路信號，由寬帶功分器分配至不同方向的LCX，用以傳輸覆蓋。一個光直放站近端機，可根據(jù)需要帶多個遠端機。光直放站的覆蓋補充了BTS利用無源部分覆蓋的不足，可以完成整個區(qū)間基站BTS至用戶手機之間的信號中繼傳輸。上行也一樣，手機信號最終輸入上行POI，經(jīng)POI處理分別送至不同的基站BTS相應(yīng)上行端口，從而完成用戶手機與基站之間的上行鏈路信號中繼傳輸。

（3）有源部分——直放站的應(yīng)用

如圖1所示，主要由光近端機、光纖、光遠端機組成。光近端機和光遠端機都包括射頻（RF）單元和光單元。無線信號通過POI耦合后，進入光近端機，通過電光轉(zhuǎn)換，電信號轉(zhuǎn)為光信號，從光近端機輸入至光纖，經(jīng)過光纖傳輸?shù)焦膺h端機；光遠端機把光信號轉(zhuǎn)為電信號，進入RF單元進行放大，信號經(jīng)過放大后送入發(fā)射天線，覆蓋目標(biāo)區(qū)域。上行鏈路的工作原理一樣，手機發(fā)射的信號通過接收天線傳輸至光遠端機，再傳輸至近端機，回到基站。

廣州地鐵5號線2G系統(tǒng)在引入3G系統(tǒng)后，目前4個區(qū)間的2G直放站根據(jù)未來3G直放站安裝的位置調(diào)整，就可在引入3G系統(tǒng)后保持2G直放站位置不變，如圖2所示。表1列出了各相關(guān)參數(shù)值。

表1 引入3G系統(tǒng)后各區(qū)間2G直放站位置

（4）不足與完善

目前，地鐵民用通信設(shè)計主要針對2G系統(tǒng)，雖然也預(yù)留了3G系統(tǒng)的建設(shè)余量，例如設(shè)備機房空間、POI接口、長區(qū)間光纖直放站位置預(yù)留等，但是關(guān)鍵技術(shù)難題還有待解決。就目前的情況來看，2G系統(tǒng)的切換毫無問題，但3G系統(tǒng)屬于高頻段的信號（1 800～2 400 MHz），在LCX中的傳輸衰減指標(biāo)超過2G指標(biāo)的兩倍，這樣就導(dǎo)致同一發(fā)射功率下，2G與3G信號在同一LCX中的傳輸距離相差甚遠。若僅依靠調(diào)整基站發(fā)射功率使一整段區(qū)間的3G信號滿足傳輸和切換等條件，那么2G信號又會因信號過強而達不到切換條件，最后在即將到達車站時由于切換時間不夠而導(dǎo)致掉話。

針對這一問題，采取以下兩個解決方案。

1）通過加衰減器單獨將隧道區(qū)間2G信號衰減到滿足適合切換的條件，注意不能減弱站廳、站臺等公共區(qū)的信號覆蓋。

2）將各基站內(nèi)部信號切換條件的門限值調(diào)大，例如由-75 dB調(diào)至-60 dB，但是一般基站可調(diào)的只有幾個差別不大的可選值，所以具體實施需跟制造商洽談。

4 結(jié)語

民用通信無線系統(tǒng)的穩(wěn)定與否直接影響到乘客的通話質(zhì)量，本文以現(xiàn)有線路民用通信無線系統(tǒng)為例，理論結(jié)合實際，對該系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行了分析和介紹，也為以后新線民用通信無線系統(tǒng)的建設(shè)和完善提供參考依據(jù)。

[1] 郭梯云，鄔國揚，張厥盛．移動通信[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1995.

[2] 周光華．移動通信技術(shù)[M]．杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[3] 徐華林．地鐵移動通信簡介[J].通訊產(chǎn)品世界，1996（12）:54-59.