摘  要：介紹了在地下空間無線通信領(lǐng)域所存在著的無源中繼器通信技術(shù)以及研究其重要意義，分析了地鐵中所使用的漏泄電纜系統(tǒng)損耗中耦合損耗的特性； 重點(diǎn)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖表介紹，在城市地鐵項(xiàng)目( 或地下隧道、礦井、地下指揮場(chǎng)所、人防工程等) 無線通信系統(tǒng)中，在一定條件下使用無源中繼器替代漏泄電纜實(shí)現(xiàn)地下空間場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的可行性和帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

　　0   引言

　　分析現(xiàn)在地鐵中使用的泄漏電纜系統(tǒng)損耗參數(shù)，發(fā)現(xiàn)漏泄電纜的系統(tǒng)損耗中耦合損耗占了大部分，而且它與傳輸距離無關(guān)。當(dāng)傳輸距離一定長(zhǎng)后,雖然漏纜內(nèi)部的信號(hào)電平還足夠強(qiáng)，但由于耦合損耗的存在，使得泄漏到空間的信號(hào)電平已經(jīng)降低到可用值以下，浪費(fèi)了很多信號(hào)功率。一種理想的漏纜方案應(yīng)該是隨離開信號(hào)饋入端距離的增加，漏纜的耦合損耗相應(yīng)變小，這樣就能充分利用信號(hào)電平,延伸漏纜的覆蓋距離。由于受制造工藝的限制，目前還難于作到這一點(diǎn)，為了達(dá)到一定的覆蓋范圍要求，必須插入有源中繼器把電平提升到一定的高度才能延長(zhǎng)覆蓋距離。

　　如果用一種新的輻射系統(tǒng)來代替泄漏電纜的耦合系統(tǒng)，這種輻射系統(tǒng)的輻射損耗要比泄漏電纜的耦合損耗小，那就可以在不使用有源中繼器的情況下覆蓋給定的要求，這個(gè)替代泄漏電纜耦合系統(tǒng)的輻射系統(tǒng)就是無源中繼器。

　　無源中繼器( Passive Repeater Site) ，采用多重分集接收及調(diào)相技術(shù)； 理論計(jì)算與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明: 在地下( 包括礦井、地鐵隧道等) 通信中，在一定條件下可以用無源中繼器替代漏泄電纜進(jìn)行弱場(chǎng)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋。

　　1   無源中繼器技術(shù)

　　在非行車狀態(tài)，延伸中繼覆蓋范圍不存在什么問題，關(guān)鍵是要能在地鐵隧道處在行車狀態(tài)下延伸覆蓋范圍。因?yàn)樗淼捞幱谛熊嚑顟B(tài)，即堵車狀態(tài)時(shí),橫截面面積大大變小，這時(shí)傳輸損耗大大增加，無源中繼器基于電波在隧道中傳播特性及自身的多重分集接收及調(diào)相技術(shù)，充分利用堵車時(shí)的橫截面積，從而減少堵車時(shí)的傳輸損耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道無線場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋。

　　1. 1   技術(shù)指標(biāo)WZ- 1 無源中繼器主要技術(shù)指標(biāo)

　?、俟ぷ黝l段：150/ 450/ 800/ 900/ 1800 MHz；

　?、诓考鬏敁p耗：小于2 dB；

　?、壅紝捪禂?shù)：不大于25 mm；

　?、苤亓浚翰淮笥? kg ( 平板激勵(lì)器重量與頻段有關(guān)，450 MHz 時(shí)為小于500 g) ；

　?、菔褂铆h(huán)境條件: 溫度：- 10~ + 60 ℃ ，濕度：90% ( + 20 ℃ ) 。

　　1. 2   工作流程

　　無源中繼器由分路合路器、移相器、平板激勵(lì)器等部件組成。它依據(jù)堵車時(shí)隧道中波導(dǎo)型波傳輸系數(shù)與隧道橫截面大小的關(guān)系，在隧道和機(jī)車上同時(shí)安裝無源中繼器，能有效利用隧道的有效空間。從而實(shí)現(xiàn)電波在地下空間中具有最小的傳輸損耗，達(dá)到在隧道中通信的目的。無源中繼器的工作流程如圖1 所示。

圖1 無源中繼器的工作流程圖

　　當(dāng)通信設(shè)備發(fā)信機(jī)工作時(shí)，信號(hào)經(jīng)低損耗電纜A 送到分路合路器F，利用分路功能將信號(hào)分成3路，一路信號(hào)直接輸入平板激勵(lì)器P3； 另2 路信號(hào)通過移相器Y1、Y2 后分別輸入平板激勵(lì)器P4、P5；此時(shí)，由平板激勵(lì)器P3、P4、P5 在隧道的左右和上部空間激勵(lì)出電磁波，而這些波在這3 個(gè)空間各自沿著自己的方向反射前進(jìn)； 完成對(duì)隧道空間的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋。

　　2   測(cè)試技術(shù)及測(cè)試數(shù)據(jù)

　　從無源中繼器輸入接口通過一根2 dB 衰減電纜( 模擬從漏纜分路器到中繼器的電纜衰減) 連接到信號(hào)源輸出接口，信號(hào)源提供測(cè)試信號(hào)，用場(chǎng)強(qiáng)計(jì)分別測(cè)量避車線不同地點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。如圖2 所示。

圖2  測(cè)試技術(shù)示意圖

　　信號(hào)源輸出功率: + 10 dBm；測(cè)試頻率: 818MHz 和862 MHz；調(diào)制信號(hào)頻率: 1 kHz；信號(hào)源型號(hào): HP8648C 1 臺(tái)；場(chǎng)強(qiáng)計(jì): 1 臺(tái)。

　　2. 2   測(cè)試數(shù)據(jù)

　　測(cè)試人員攜帶場(chǎng)強(qiáng)儀沿?zé)o源中繼器信號(hào)覆蓋方向?qū)ζ溥M(jìn)行測(cè)試，先將場(chǎng)強(qiáng)計(jì)計(jì)量單位設(shè)置為dB V，每到固定點(diǎn)進(jìn)行記錄，然后，將輸入功率由+ 10 dBm轉(zhuǎn)換成最小值0 dBm，將場(chǎng)強(qiáng)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)的計(jì)量單位dB V 轉(zhuǎn)換成dBm，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理后如表1 所示。

表1  實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)

　　根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)( dBm) 分布特性，如圖3 所示。

圖3  實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)(dBm) 分布特性

　　3   場(chǎng)強(qiáng)分布特性分析

　　上述測(cè)試數(shù)據(jù)為單個(gè)無源中繼器單向的測(cè)試數(shù)據(jù)。在實(shí)際使用時(shí)，在300 多m 的避車線上裝有2 套WZ- 1 無源中繼器，其相互距離為237. 5 m，由于WZ- 1 無源中繼器是雙向傳輸，二者之間的區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布是相互疊加的。由表1 數(shù)據(jù)推算，雙向無源中繼器場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2   雙無源中繼器計(jì)算數(shù)據(jù)

　　根據(jù)表2 數(shù)據(jù)得出在輸入功率為+ 10 dBm 和0 dBm下整個(gè)避車線場(chǎng)強(qiáng)分布特性如圖4 所示。

圖4  場(chǎng)強(qiáng)分布特性

　　4   結(jié)束語

　　根據(jù)深圳地鐵無線場(chǎng)強(qiáng)值大于- 85 dBm 的技術(shù)要求，在避車線上安裝中WZ- 1 無源中繼器后,場(chǎng)強(qiáng)值均在- 75 dBm 以上，有效場(chǎng)強(qiáng)覆蓋距離為460 m，場(chǎng)強(qiáng)值高于用戶要求10 dBm。由此可見,WZ- 1無源中繼器完全滿足深圳地鐵避車線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋技術(shù)要求。

　　試驗(yàn)證明，在一定條件下使用無源中繼器替代漏泄電纜實(shí)現(xiàn)地下無線通信系統(tǒng)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋符合中國(guó)國(guó)情，并且它還具有無源工作、成本低、投資少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造生產(chǎn)容易、性能穩(wěn)定、便于安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于地鐵、礦井、地下指揮場(chǎng)所、人防工程等地下大面積空間等場(chǎng)合的使用，有較好的實(shí)用與推廣價(jià)值。但由于只是在地鐵避車線試驗(yàn)段進(jìn)行安裝試驗(yàn)，無源中繼器的真正價(jià)值還有待于今后更多的實(shí)踐證明。