摘要:本文为解决目前隧道移动网络覆盖差的问题,选取张石高速为试点开展隧道网络覆盖研究工作,首先对传统设计方案进行了介绍,为优化提升传统设计方案开展了现场测试验证工作,现场采用信号发生器发射信号,并对接收信号情况进行记录,进行实际情况与自由空间损耗模型对比分析,根据实际测试结果,提出对传统方案的优化建议,并对隧道分类提出相应建设方案,指导隧道移动网络建设,以便建设方案更加符合隧道移动网络实际需求。
关键词:隧道;传播模型
1 前言
对重要的公路、铁路实现全线覆盖是运营商提高网络质量的一个重要环节,是提高综合竞争力的一个有力手段。目前大多数隧道是覆盖盲区,因此对隧道进行移动网络建设十分必要,但是目前并没有实际或者确切的覆盖理论模型支撑隧道移动网络设计工作,为此针对上述情况开展了隧道无线信号覆盖的研究。
2 隧道覆盖规划分析
2.1传统设计方案
以张石高速为例,为提升张石高速整体覆盖,改善用户感知,对张石高速公路隧道进行覆盖方案设计,通过勘测拟对张石高速19个隧道中11个隧道进行覆盖,共计总里程在35公里左右,传统方案总投资预计350万元,此方案中考虑了以下因素:
1)理论模型参考自由空间损耗模型,车辆损耗定为20dbm;
2)为保证覆盖每个射频单元在自身通过天线直接覆盖外,后面通过馈线进延伸覆盖;
3)每个射频天线单元最多覆盖100米;
4)通过上述方案组网,考虑到功分对信号的衰减以及馈线对信号的损耗,经设计分析每
个天线输出功率预计在10dbm;
5)天线采用对数周期天线增益10dbm;
6)目前使用频率为2000兆赫兹;
经预测分析在150米处信号电平为-85dbm,在300米处信号电平为-90dbm,针对理论分析组织现场进行验证,通过验证优化设计方案。
2.2现场实际情况模拟
经选取一个长度为4公里的隧道进行现场模拟测试,该隧道完全无移动网络信号,考虑1800兆与2100兆信号覆盖效果接近,通过信号发生器发射1800兆赫兹信号进行覆盖实际情况的测试,信号发生器发射功率为25dbm,对数周期天线增益10dbm,馈线长度0.5米,天线高度1.5米,频率选择705号频点即下行频率1843.8兆赫兹,测试使用诺基亚N85手机,测试软件使用鼎利WALKTOUR指定频点号扫频不解BSIC测试,测试位置为进入隧道1公里后,背向车进行车内覆盖测试,车辆为速腾轿车,并记录相应数据。
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图1- 实际测试和理论计算情况
从实际测试和理论计算对比来看整体相符合,但是通过实际测试看在实验环境下在700米测试电平在-80dbm左右,信号良好,700米以内信号电平优秀,考虑到本身隧道内信号纯净,电平好于-90dbm即可保证正常使用。
2.3理论修正
实际看选用自由空间传播模型没有问题,但是通过实际测试验证与前期理论分析还是相差较大,经分析前期方案设计相对保守,为保证覆盖效果造成了前期理论与实际的偏差较大,也就造成方案复杂并投资相对较高,因此根据上述情况,修正建设思路改为:
1)选用全RRU方式不变,但是采用射频单元直接外接对数周期天线的方式,不再采用射频单元通过馈线拉伸后外接天线方式,但需保证每个射频单元发射功率在25dbm以上,保证RRU天线发射功率在30dbm;
2)车辆损耗因素考虑为10dbm更为合理,考虑弥补实际测试时频率选用1800兆赫兹覆盖效果优于2100兆赫兹的情况,以及智能终端接收信号能力差的情况,综合1和2项可以考虑冗余,覆盖效果相当于不增不减,可以依据实际测试情况作为设计依据
3)为充分保证覆盖效果,根据上述情况建议射频单元功分对数周期天线覆盖500米距离进行设计,根据上面的思路,重新设计方案预计张石高速整体造价在130万左右,较之前方案节省了63%,这样既可保证覆盖效果,同时降低建设成本,更有利于后期维护以及节省后期运维费用的支出。
3 隧道覆盖方案建议
通过对隧道无线网络传播模型的实际测试验证,在技术层面上有如下经验可供总结参考。
1)建议首选采用全RRU方式,便于监控维护,性能稳定,减少因直放站前端耦合带来的天线输出功率下降和干扰;其次为RRU带直放站方式,可以节省部分资金,同时直放站与RRU关系为1个RRU最多带直放站不超过两个,且直放站在RRU的两侧,一侧一个;
2)隧道覆盖基站容量可以不作为更多考虑,但应更多考虑网络稳定因素,最好一个隧道一个BBU,同时一个BBU不要超过4个RRU;
3)根据实际覆盖测试,射频单元为功分方式,建议射频单元与车辆行驶正对着方向覆盖距离选取500米,顺着车辆行驶方向覆盖距离选取300米,即单个射频单元覆盖800米,两个射频单端间距800米;
该覆盖分析为建议指导原则,每个隧道有不同情况,应该根据不同情况不用需求(如弯度、周边基站情况等),具体考虑规划设计方案:
1)通过对张石高速隧道网络实际分析,隧道低于500米且周围有宏基站,基本上能够保证不掉线通过,但是通话质量可能会差,也就是说低于500米或者隧道长度短的弯度小的,应当考虑利用周围宏基站,或建设拉远在高速公路外进行高增益窄波束天线进行覆盖解决,可避免协调入场等问题,建设速度快同时容易实施,后期维护等更简单;
2)对于500-800米的隧道,建议从隧道两侧拉远进行高增益窄波束天线进行解决
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图2- 中短距离隧道覆盖方案
3)对于800米以上的同时存在弯道,根据实际情况合理布放射频单元进行覆盖解决,进行下图综合覆盖;
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图3- 长距离隧道覆盖方案
4 结论
通过此次对隧道无线信号覆盖理论分析的实际验证,可以看出平时规划大多依据理论进行简单计算进行,存在提升优化空间,本次通过采用信号发生器进行设计前的实际模拟测试将非常具有科学性,更贴近实际建设需要,因此建议在现实中的移动网络建设中,通过采用信号发生器模拟覆盖效果预测,可以得到更准确、精细的数据,以便方案更贴近实际,减少不必要的投资,提升投资效益。