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；
?、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(lì)器P3； 另2 路信號通過移相器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)； 完成對隧道空間的場強(qiáng)覆蓋。
2 測試技術(shù)及測試數(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） 連接到信號源輸出接口，信號源提供測試信號，用場強(qiáng)計(jì)分別測量避車線不同地點(diǎn)的場強(qiáng)。如圖2 所示。
圖2 測試技術(shù)示意圖
信號源輸出功率： + 10 dBm；測試頻率： 818MHz 和862 MHz；調(diào)制信號頻率： 1 kHz；信號源型號： HP8648C 1 臺(tái)；場強(qiáng)計(jì)： 1 臺(tái)。
2. 2 測試數(shù)據(jù)
測試人員攜帶場強(qiáng)儀沿?zé)o源中繼器信號覆蓋方向?qū)ζ溥M(jìn)行測試，先將場強(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，將場強(qiáng)計(jì)測試數(shù)據(jù)的計(jì)量單位dB V 轉(zhuǎn)換成dBm，實(shí)測數(shù)據(jù)整理后如表1 所示。
表1 實(shí)測場強(qiáng)數(shù)據(jù)
根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)測場強(qiáng)（ dBm） 分布特性，如圖3 所示。
圖3 實(shí)測場強(qiáng)（dBm） 分布特性
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)
?、俟ぷ黝l段：150/ 450/ 800/ 900/ 1800 MHz；
②部件傳輸損耗：小于2 dB；
?、壅紝捪禂?shù)：不大于25 mm；
④重量：不大于5 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(lì)器P3； 另2 路信號通過移相器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)； 完成對隧道空間的場強(qiáng)覆蓋。
2 測試技術(shù)及測試數(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） 連接到信號源輸出接口，信號源提供測試信號，用場強(qiáng)計(jì)分別測量避車線不同地點(diǎn)的場強(qiáng)。如圖2 所示。
圖2 測試技術(shù)示意圖
信號源輸出功率： + 10 dBm；測試頻率： 818MHz 和862 MHz；調(diào)制信號頻率： 1 kHz；信號源型號： HP8648C 1 臺(tái)；場強(qiáng)計(jì)： 1 臺(tái)。
2. 2 測試數(shù)據(jù)
測試人員攜帶場強(qiáng)儀沿?zé)o源中繼器信號覆蓋方向?qū)ζ溥M(jìn)行測試，先將場強(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，將場強(qiáng)計(jì)測試數(shù)據(jù)的計(jì)量單位dB V 轉(zhuǎn)換成dBm，實(shí)測數(shù)據(jù)整理后如表1 所示。
表1 實(shí)測場強(qiáng)數(shù)據(jù)
根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)測場強(qiáng)（ dBm） 分布特性，如圖3 所示。
圖3 實(shí)測場強(qiáng)（dBm） 分布特性
3 場強(qiáng)分布特性分析
上述測試數(shù)據(jù)為單個(gè)無源中繼器單向的測試數(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)避車線場強(qiáng)分布特性如圖4 所示。
圖4 場強(qiáng)分布特性
4 結(jié)束語
根據(jù)深圳地鐵無線場強(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，場強(qiáng)值均在- 75 dBm 以上，有效場強(qiáng)覆蓋距離為460 m，場強(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)場強(qiáng)覆蓋符合中國國情，并且它還具有無源工作、成本低、投資少、電路結(jié)構(gòu)簡單、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、地下指揮場所、人防工程等地下大面積空間等場合的使用，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。