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； 重點用試驗數(shù)據(jù)和圖表介紹，在城市地鐵項目( 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現(xiàn)地下空間場強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，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，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)； 理論計算與實測數(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。因為隧道處于行車狀態(tài)，即堵車狀態(tài)時,橫截面面積大大變小，這時傳輸損耗大大增加，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)，充分利用堵車時的橫截面積，從而減少堵車時的傳輸損耗，實現(xiàn)對隧道無線場強的覆蓋。

　　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；

　　④重量：不大于5 kg ( 平板激勵器重量與頻段有關(guān)，450 MHz 時為小于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、平板激勵器等部件組成。它依據(jù)堵車時隧道中波導(dǎo)型波傳輸系數(shù)與隧道橫截面大小的關(guān)系，在隧道和機車上同時安裝無源中繼器，能有效利用隧道的有效空間。從而實現(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)信機工作時，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，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，用場強計分別測量避車線不同地點的場強。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；場強計: 1 臺。

　　2. 2   測試數(shù)據(jù)

　　測試人員攜帶場強儀沿?zé)o源中繼器信號覆蓋方向?qū)ζ溥M(jìn)行測試，先將場強計計量單位設(shè)置為dB V，每到固定點進(jìn)行記錄，然后，將輸入功率由+ 10 dBm轉(zhuǎn)換成最小值0 dBm，將場強計測試數(shù)據(jù)的計量單位dB V 轉(zhuǎn)換成dBm，實測數(shù)據(jù)整理后如表1 所示。

表1  實測場強數(shù)據(jù)

　　根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算出實測場強( dBm) 分布特性，如圖3 所示。

圖3  實測場強(dBm) 分布特性

　　3   場強分布特性分析

　　上述測試數(shù)據(jù)為單個無源中繼器單向的測試數(shù)據(jù)。在實際使用時，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數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2   雙無源中繼器計算數(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下整個避車線場強分布特性如圖4 所示。

圖4  場強分布特性

　　4   結(jié)束語

　　根據(jù)深圳地鐵無線場強值大于- 85 dBm 的技術(shù)要求，在避車線上安裝中WZ- 1 無源中繼器后,場強值均在- 75 dBm 以上，有效場強覆蓋距離為460 m，場強值高于用戶要求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覆蓋技術(shù)要求。

　　試驗證明，在一定條件下使用無源中繼器替代漏泄電纜實現(xiàn)地下無線通信系統(tǒng)場強覆蓋符合中國國情，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，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，有較好的實用與推廣價值。但由于只是在地鐵避車線試驗段進(jìn)行安裝試驗，無源中繼器的真正價值還有待于今后更多的實踐證明。