無源中繼器在地下通信的應(yīng)用

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)傳輸距離一定長后,雖然漏纜內(nèi)部的信號電平還足夠強(qiáng)，但由于耦合損耗的存在，使得泄漏到空間的信號電平已經(jīng)降低到可用值以下，浪費(fèi)了很多信號功率。一種理想的漏纜方案應(yīng)該是隨離開信號饋入端距離的增加，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)行弱場區(qū)場強(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)對隧道無線場強(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)

　　①工作頻段：150/ 450/ 800/ 900/ 1800 MHz；

　　②部件傳輸損耗：小于2 dB；

　　③占寬系數(shù)：不大于25 mm；

　　④重量：不大于5 kg ( 平板激勵器重量與頻段有關(guān)，450 MHz 時(shí)為小于500 g) ；

　　⑤使用環(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分成3路，一路信號直接輸入平板激勵器P3； 另2 路信號通過移相器Y1、Y2 后分別輸入平板激勵器P4、P5；此時(shí)，由平板激勵器P3、P4、P5 在隧道的左右和上部空間激勵出電磁波，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)； 完成對隧道空間的場強(qiáng)覆蓋。