泄漏電纜在高層電梯覆蓋場(chǎng)景中的應(yīng)用

陸錦榮，張偉勤，羅忠威

（1.中國(guó)鐵塔股份有限公司湖南省分公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100070）

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高以及城市化進(jìn)程的日趨加速，城市建設(shè)用地寸土寸金，為獲得土地最佳投資回報(bào)，高層、超高層建筑在全國(guó)各地遍地開花。高層建筑引入的特種電梯、高速電梯帶來(lái)了電梯內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋難題，如特種電梯金屬轎廂的屏蔽效應(yīng)，高速電梯的多普勒效應(yīng)，高低頻率長(zhǎng)距離傳輸?shù)耐礁采w問(wèn)題等等，這都是電梯移動(dòng)通信覆蓋系統(tǒng)建設(shè)的難點(diǎn)。

高層電梯一般分布在高檔住宅、高檔寫字樓及地標(biāo)性建筑中，這里運(yùn)營(yíng)商高端客戶云集，是運(yùn)營(yíng)商品牌形象展示的必爭(zhēng)之地。同時(shí)，高層電梯的移動(dòng)通信覆蓋也是解決該特殊場(chǎng)所緊急突發(fā)事情的一項(xiàng)便民工程。各通信運(yùn)營(yíng)商做好高層電梯覆蓋既是滿足客戶的需求，也是各通信運(yùn)營(yíng)商社會(huì)責(zé)任感的體現(xiàn)。

2 常見(jiàn)高層電梯覆蓋方式比較

電梯本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其所處的位置環(huán)境，使其容易成為移動(dòng)通信系統(tǒng)覆蓋的盲區(qū)[1]：

（1）電梯一般位于樓宇的中心，且井道壁一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，信號(hào)遮擋嚴(yán)重，室外信號(hào)無(wú)法到達(dá)井道內(nèi)；

（2）電梯井道為狹長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，無(wú)線信號(hào)在電梯井內(nèi)傳輸容易產(chǎn)生隧道效應(yīng)，導(dǎo)致衰耗加快；

（3）電梯轎廂運(yùn)行時(shí)為封閉金屬結(jié)構(gòu)，對(duì)電磁信號(hào)具有很強(qiáng)的屏蔽效應(yīng)；

（4）電梯高速運(yùn)行時(shí)，由于移動(dòng)臺(tái)與發(fā)射點(diǎn)掠射角的變化，一般還伴隨著多普勒效應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定。

高層電梯的移動(dòng)通信覆蓋主要有以下四種解決方案：電梯廳兼顧覆蓋方式、井道壁安裝定向天線方式、轎廂隨動(dòng)覆蓋方式和泄漏電纜覆蓋方式，具體如圖1所示。

2.1 電梯廳兼顧覆蓋方式

電梯廳兼顧覆蓋方式主要是在建筑每層的電梯廳門口，布放吸頂天線或者定向天線，無(wú)線信號(hào)透過(guò)電梯門和電梯廳墻體對(duì)電梯轎廂進(jìn)行覆蓋。

該種覆蓋方式一般通過(guò)平層信號(hào)兼顧電梯覆蓋，但受限于信源覆蓋能力或者小區(qū)容量規(guī)劃，高層樓宇一般高中低層小區(qū)分層覆蓋，極端情況下每層信號(hào)都分屬不同小區(qū)，運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生頻繁切換。同時(shí)，電梯信號(hào)還受電梯運(yùn)行狀態(tài)影響，開門時(shí)信號(hào)較好，關(guān)門時(shí)信號(hào)較差，覆蓋質(zhì)量難以保障，容易掉話。

該種覆蓋方式一般應(yīng)用于商場(chǎng)矮層電梯或者觀光電梯的覆蓋，以及個(gè)別不具備井道施工的高層電梯覆蓋。

2.2 井道壁安裝定向天線

井道壁安裝定向天線方式主要是在電梯井道內(nèi)，每隔3～5層，于井道壁上安裝一面定向天線覆蓋轎廂。

該種覆蓋方式通過(guò)無(wú)源器件耦合固定于電梯井道壁上同軸電纜的信號(hào)，然后通過(guò)天線發(fā)射出去，覆蓋連續(xù)性好，但同樣存在信號(hào)穩(wěn)定性問(wèn)題，如轎廂接近信號(hào)發(fā)射點(diǎn)時(shí)信號(hào)增強(qiáng)，遠(yuǎn)離信號(hào)發(fā)射點(diǎn)時(shí)信號(hào)減弱。且信號(hào)通過(guò)同軸電纜傳送，傳輸損耗較大，特別是多系統(tǒng)同步覆蓋時(shí)，受限于最高頻率信源的最大傳輸損耗，單臺(tái)信源覆蓋能力有限。

以中國(guó)聯(lián)通WCDMA為例，在以下條件下達(dá)到的覆蓋效果測(cè)算分析如下：

（1）擬定基站設(shè)備輸出功率為20 W，按10%導(dǎo)頻功率配比，設(shè)備天線口輸出導(dǎo)頻功率為33 dBm；

（2）電梯內(nèi)部天線口導(dǎo)頻功率取5 dBm；

（3）POI損耗取5.5 dB[2]；

（4）無(wú)源器件插入損耗（功率分配過(guò)程中的能量損失）取0.5 dB[3]。

圖1 4種高層電梯覆蓋方式

則根據(jù)能量守恒定律有表1所示的鏈路預(yù)算：

表1 電梯定向天線覆蓋鏈路預(yù)算

該種覆蓋方式要在電梯井道壁上安裝功分器、耦合器、天線、跳線等器件，因此，需要物業(yè)公司、業(yè)主委員會(huì)、電梯運(yùn)營(yíng)維護(hù)公司等單位配合。同時(shí)，由于安裝的零散器件較多，若器件或饋線等脫落可能會(huì)造成安全隱患。

2.3 轎廂隨動(dòng)解決方式

轎廂隨動(dòng)覆蓋方式是直接把微型信源發(fā)射點(diǎn)布放于轎廂頂，通過(guò)外置天線（或內(nèi)置一體化天線）正對(duì)轎廂內(nèi)部覆蓋，而信源發(fā)射點(diǎn)和配套天線隨轎廂同步上下運(yùn)動(dòng)。

按照轎廂頂部微型信源發(fā)射點(diǎn)信號(hào)回傳的方式，又可分為2種：

（1）無(wú)線回傳隨動(dòng)覆蓋方式

采用無(wú)線回傳方式時(shí)，需要在電梯井道適當(dāng)區(qū)域安裝近端發(fā)射設(shè)備，電梯轎廂中的接入遠(yuǎn)端通過(guò)接收近端發(fā)出的中頻（或射頻）信號(hào)，通過(guò)反變換再放大，然后輸出至覆蓋天線。

（2）有線回傳隨動(dòng)覆蓋方式

采用有線回傳方式時(shí)，需要布放近端主單元與遠(yuǎn)端接入單元之間的連線，該連線可以是新增電纜（或光纜），新增電纜（或光纜）捆扎于電梯的隨行電纜之上，隨電梯隨行電纜一起上下移動(dòng)；也可以是電梯中現(xiàn)有的信號(hào)電纜，可通過(guò)在電梯機(jī)房中把無(wú)線信號(hào)與某類信號(hào)（如視頻監(jiān)控）進(jìn)行合路[4]，然后在轎廂遠(yuǎn)端單元分路以實(shí)現(xiàn)共路回傳。

圖2 耦合型和輻射型漏纜結(jié)構(gòu)示意圖

表2 電梯覆蓋方式綜合對(duì)比

泄漏電纜覆蓋方式一旦施工完成，天饋部分基本無(wú)需維護(hù)，且轎廂內(nèi)信號(hào)覆蓋均勻，高層高速電梯無(wú)多普勒效應(yīng)。另外，線纜斷點(diǎn)較少，接頭損耗可忽略，線纜支持的頻段較寬，無(wú)互調(diào)干擾，網(wǎng)絡(luò)拓展容易。

2.5 綜合比較

表2為電梯覆蓋方式的綜合對(duì)比，由表2可知：在高層電梯覆蓋中，方案二、方案三和方案四均具有較好的適用性，但由于方案三產(chǎn)品鏈暫不夠成熟，實(shí)際應(yīng)用中常采用方案二和方案四。

3 漏纜在高層電梯覆蓋中的應(yīng)用

從上面的對(duì)比可以看出，泄漏電纜在高層電梯中覆蓋優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，但行業(yè)內(nèi)關(guān)于泄漏電纜覆蓋電梯的資料中，結(jié)論基本如出一轍：泄露電纜覆蓋方式造價(jià)昂貴，一般不采用。

表4 湖南某項(xiàng)目中層電梯（190 m）鏈路預(yù)算過(guò)程

圖3 漏纜覆蓋模型覆蓋示意圖

本文以湖南某項(xiàng)目為例，對(duì)漏纜方案在高層電梯覆蓋中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成本進(jìn)行分析。

3.1 項(xiàng)目概況

湖南某項(xiàng)目位于新城CBD核心位置，規(guī)劃有兩棟52層，238 m雙塔5A甲級(jí)寫字樓，合計(jì)電梯43部，具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示：

表3 湖南某項(xiàng)目電梯數(shù)量統(tǒng)計(jì) 部

3.2 漏纜選型

該項(xiàng)目電梯樓層較高，且較為密集，為充分利用信源功率，減小漏纜耦合損耗和傳輸損耗，采用13/8"輻射型泄漏電纜。

3.3 鏈路預(yù)算

下面以中層電梯（190 m）為例，說(shuō)明泄漏電纜覆蓋電梯的鏈路預(yù)算過(guò)程，如表4所示。

從表4可以看出，對(duì)于采用集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)9進(jìn)2出POI，POI后面每個(gè)支路可以覆蓋2部電梯，即1臺(tái)設(shè)備可帶4部電梯，拓?fù)鋱D如圖3所示。

同理可得出單信源的高層和低層覆蓋能力，統(tǒng)計(jì)如表5所示。

表5 泄漏電纜方式信源覆蓋能力

3.4 與定向天線方式對(duì)比

從表1的分析可知，采用7/8"饋線+井道內(nèi)安裝定向天線方式覆蓋，單信源（POI單個(gè)端口）覆蓋能力為100 m，因此可推算出采用定向天線方案每信源的覆蓋能力如表6所示：

表6 井道內(nèi)安裝定向天線方式信源覆蓋能力

注：采用定向天線方案覆蓋高層電梯（240m）時(shí)，為達(dá)到良好的覆蓋效果，需要調(diào)高設(shè)備輸出功率

該站點(diǎn)合計(jì)接入了三個(gè)運(yùn)營(yíng)商，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商分別委托了2個(gè)網(wǎng)絡(luò)，若不考慮低頻設(shè)備功分和采用SDR共射頻的情況，節(jié)省運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備和鐵塔公司的POI數(shù)量如表7所示。

從表7的對(duì)比可知，采用泄漏電纜覆蓋方案較井道內(nèi)安裝定向天線方式，鐵塔公司可以減少投入POI 22臺(tái)（單路），可以減少運(yùn)營(yíng)商設(shè)備132臺(tái)。

表7 兩種覆蓋方式工程量對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的高層電梯覆蓋方案中，電梯廳覆蓋方式只能作為極端條件下的備選方案；轎廂隨動(dòng)方案從實(shí)施角度和覆蓋效果來(lái)看，應(yīng)為最佳解決方案，但該方案責(zé)任定界困難，產(chǎn)品鏈暫不夠成熟；井道壁安裝定向天線和泄漏電纜方案均為現(xiàn)階段解決中高層電梯覆蓋的優(yōu)選方案。

從上述案例分析可知，如果是高層或者超高層電梯密集型場(chǎng)景，泄漏電纜方案優(yōu)勢(shì)明顯，不僅可以減少鐵塔公司的POI投入，也可大大減小運(yùn)營(yíng)商的主設(shè)備投入，同時(shí)，泄漏電纜方案節(jié)省信源的優(yōu)勢(shì)亦可解決機(jī)房?jī)?nèi)主設(shè)備過(guò)多導(dǎo)致的電梯機(jī)房或弱電井內(nèi)電力負(fù)荷和安裝空間均無(wú)法滿足要求的問(wèn)題，節(jié)能減排效果顯著。