高速公路隧道警用无线通信覆盖解决方案

　　随着我国过去十几年来经济的高速增长，基础设施特别是交通基础设施得到了全面发展。在公路隧道、地铁等地下建筑中，移动通信传播效果不佳。公路隧道封闭狭长，弯道多，无线覆盖难度大，利用一般通信天线传递无线信号存在不同程度的难度。本文简要讲解了泄漏同轴电缆的基本原理及主要性能指标，着重阐述了使用泄漏同轴电缆技术解决警用无线通信系统在公路隧道内覆盖的方法。

　　1 引言

　　随着我国过去十几年来经济的高速增长，基础设施特别是交通基础设施得到了全面发展。十二五期间，初步形成以“五纵五横”为主要结构的交通运输网络，国家高速公路交通网络基本形成，高速公路总里程达到10.8万公里。笔者所在的宜昌市辖区高速公路隧道有35个，其中长隧道9个，特长隧道10个，很多单体长隧道一般跨越多山，封闭狭长，弯道多，警用无线通信信号覆盖问题相对滞后，隧道内消防安全、抢险救援等问题日益凸显。为此，研究分析泄漏同轴电缆在公路隧道中的应用，加强和完善警用无线通信系统在公路隧道内的信号覆盖和传递，确保移动无线通信无盲点是当前形势下的迫切需求。

　　2 泄漏同轴电缆基本原理及主要性能指标

　　泄漏同轴电缆(LCX)也叫漏泄同轴电缆，简称漏缆，其内部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，具有信号传输作用，又具有天线功能。电磁波不仅在漏缆中纵向传递信号，还通过周期性的槽孔向外界辐射电磁波;外界的电磁波也会通过槽孔感应到漏缆内部并传送到接收端，从而实现对电磁场盲区的覆盖，达到移动通信的目的。目前，泄漏同轴电缆的频段覆盖在150MHz～2GHz以上，适合应用在公路隧道、铁路隧道、地铁和地下商场等区域。

　　2.1 泄漏同轴电缆的种类

　　根据信号与外界的耦合机制不同，具体的耦合机制取决于槽孔的排列形式。泄漏同轴电缆主要分为耦合和辐射两种泄漏模式。

　　耦合型漏泄电缆(CMC)的外导体上开的槽孔的间距远小于工作波长。耦合型漏泄电缆适合于宽频传输，漏泄的电磁波没有方向性，信号强度会随传播距离的增大迅速减小。

　　辐射型漏泄电缆(RMC)外导体上开的槽孔间距与波长相当，槽孔结构使得在槽孔处的信号同相迭加。典型的辐射型漏泄电缆外导体上开有周期性排列的槽孔。漏泄的电磁波具有方向性，相同的漏泄能量在辐射方向上相对集中，同时信号强度不会随传播距离的增大而迅速减小。

　　2.2 泄漏同轴电缆主要性能指标

　　泄漏同轴电缆主要电性能指标有：频率范围、特性阻抗、耦合损耗、传输衰减、总损耗的动态范围、驻波比、传输时延。主要物理性能指标有：绝缘电阻、绝缘介质强度(耐压)、阻燃和烟毒性能、抗扭力和弯曲性能、密封性。

　　泄漏同轴电缆最重要的指标是其总损耗，即传输衰减和耦合损耗的总和。

　　(1)传输衰减。泄漏同轴电缆的传输衰减是描述漏泄电缆内所传输电磁能量损失幅度的重要系数，通常由导体衰减、介质衰减和辐射衰减三部分组成，可定义如下：

　　α=α1·f+α2·f+α3

　　其中：α=给定频率的衰减系数

　　α1=导体的衰减系数

　　α2=介绍的衰减系数

　　α3=泄漏的衰减系统

　　(2)耦合损耗。耦合损耗是泄漏电缆区别于一般的通信电缆的一个重要指标，是代表泄漏电缆与外界间的相互耦合强度的特征参数，可定义如下：Lc=-10lg(Pr/Pt)

　　其中：Lc—耦合功耗，dB

　　Pr—与漏缆距离2m处标准偶极子天线所接收的频率，W

　　Pt—泄漏电缆的传输功率，W

　　由于某一处漏泄电缆内的传输功率等于电缆输入功率减去电缆输入端到该处的功率衰减，因此，局部耦合损耗αc(z)计算公式如下：

　　αc(z)=Ne-(α×z)-Nr(z)

　　式中： αc(z)—局部耦合损耗，dB

　　Ne —电缆输入端的电平，dBm

　　Nr(z) —天线处的接收电平，dBm

　　α—电缆的传输衰减系数，单位dB/Km

　　z—电缆输入端到天线处的距离，Km

　　3 泄漏同轴电缆在公路隧道中的应用案例

　　笔者以宜昌辖区内G50沪渝高速渔泉溪隧道泄漏电缆覆盖方案为例，进行简要说明。

　　3.1 沪渝高速渔泉溪隧道概述

　　G50沪渝高速公路渔泉溪隧道地处宜昌市长阳县高家堰车沟村与贺家坪镇白凡村交界地段，隧道全长5228m，洞宽6m，单洞双车道，属超长隧道，也是事故高发路段。为了加强该路段的安全管理和应急救援工作，亟需建设一套完整的隧道通信系统。

　　3.2 设计方案分析

　　该覆盖方案主要针对警用无线通信系统，以350MHz消防通信系统和800MHz公安数字集群系统为主对隧道内部区域进行全覆盖，利用公路隧道控制交换中心(MSC)、基地站(BS)、移动台(MS)、传输信号线(LC)和泄漏同轴电缆(LCX)就可以组成一个基本的公路隧道移动通信系统，其系统结构如图1所示。

　　图中基站部署在公路隧道内部，通过分配器连接2根泄漏同轴电缆分别向隧道两端辐射，构成复合基地台系统。该系统组网便捷，缺点是传输损耗大、基站数量多、建设成本高，在超长隧道中可以增加中继器和变频器，构成中频返回系统。

　　4 泄漏同轴电缆通信链路计算实例

　　经初步估算，上述覆盖方案拟选用焦作铁路电缆厂生产的5/4〞漏缆(型号DWZR-SLYWY-50-32)，以下是上行链路电平计算：

　　(1)频率为350MHz，耦合损耗为65dB，泄漏同轴电缆的传输衰减系数α为18dB/Km，手持移动台最大输出按功率为4W(36dBm)计算，最低工作电平为-105dBm，耦合损耗的波动裕量为5dB，接头及跳线损耗为2dB，分配器耦合总体损耗6dB，车体损耗约10dB，中继器最小增益20dB：

　　最大允许损耗αmax=αs+M=36dBm-(-105dBm)=141dBm;

　　其他相关损耗M=5dB+2dB+6dB+10dB=23dB;

　　则泄漏电缆最大允许长度L=(αmax-Lc-M)/α=(141dB-65dB-23dB)/(18db/Km)=2.94Km。

　　(2)频率为800MHz，耦合损耗为68dB，泄漏同轴电缆的传输衰减系数α为35dB/Km，手持移动台最大输出按功率为4W(36dBm)计算，最低工作电平为-105dBm，耦合损耗的波动裕量为5dB，接头及跳线损耗为2dB，分配器耦合总体损耗6dB，车体损耗约10dB，中继器最小增益20dB：

　　最大允许损耗αmax=αs+M=36dBm-(-105dBm)=141dBm;

　　其他相关损耗M=5dB+2dB+6dB+10dB=23dB;

　　则泄漏电缆最大允许长度L=(αmax-Lc-M)/α=(141dB-68dB-23dB)/(35db/Km)=1.43Km。

　　根据上述通信链路计算，该种规则泄漏电缆的最大覆盖距离为1430m。当泄漏电缆最长为1200m，依照上述计算方法可得到下列结果：

　　350M/4W时，系统接受的最弱信号为-73.6dBm，

　　800M/4W时，系统接受的最弱信号为-97dBm。

　　因为系统下行信号由无线基站发往用户手持移动台，输出电平高出8dB，考虑到漏缆通信系统的耦合过程等因素，下行信号将高于上行信号3dB左右，则拟选用的漏缆规格能够满足设计需求。

　　5 结语

　　随着我国经济的高速发展，公路、铁路隧道等复杂场所数量越来越多，规模越来越大。科学合理利用泄漏电缆技术，实现对高速公路隧道的无线覆盖，确保警用移动无线通信畅通，对消防部队灭火救援应急处置工作有着十分深远的意义。

　　作者：叶杰 来源：数字技术与应用 2016年8期