Почему в тоннеле нет связи
Тоннель метро, автодорожный или железнодорожный тоннель, шахта — это длинная труба в грунте и бетоне, куда сигнал базовых станций с поверхности не проходит. Внутри нужна своя система: источник сигнала (базовая станция или репитер) и распределительная сеть, которая доносит сигнал по всей длине. Для сотовой связи, служебной радиосвязи диспетчеров и аварийных служб строят одну общую систему — так дешевле монтаж и проще эксплуатация.
Распределяют сигнал двумя способами: излучающим кабелем по всей длине тоннеля или обычным фидером, от которого через ответвители питаются антенны. Часто их сочетают: кабель — на сложных участках с поворотами и станциями, антенны — на длинных прямых перегонах.
Номиналы ответвителей подобраны так, чтобы уровни на пяти антеннах отличались не больше чем на 3,7 дБ.
Излучающий кабель
Излучающий кабель — коаксиальный кабель с прорезями во внешнем проводнике. Через прорези часть энергии выходит наружу равномерно по всей длине, и кабель работает как бесконечно длинная антенна. Его прокладывают по стене тоннеля на кронштейнах, и уровень сигнала почти не меняется вдоль трассы — нет зон у антенны и провалов между антеннами.
Кабель описывают двумя параметрами: продольным затуханием (дБ на 100 м — сколько сигнала теряется по длине) и потерями связи (сколько теряется при выходе из кабеля до приёмника на расстоянии 2 м, обычно 60–80 дБ). Сумма определяет, какой длины участок один источник закроет с нужным уровнем.
Плюсы и минусы
- Ровное покрытие на поворотах, в узких местах, у станций и в вагонах.
- Нет точек с перегрузкой приёмников рядом с антенной.
- Кабель дорогой и тяжёлый, монтаж по всей длине трудоёмкий.
- Потери связи велики: на длинном участке нужен источник помощнее или промежуточные усилители.
Антенны на ответвителях
Второй способ — магистральный фидер вдоль тоннеля и направленные антенны через равные промежутки. Каждая антенна получает сигнал от направленного ответвителя: он отбирает из магистрали нужную долю мощности, остальное уходит дальше. Панельная антенна, направленная вдоль тоннеля, закрывает сотни метров прямого участка.
Задача проектировщика — подобрать номинал каждого ответвителя так, чтобы на все антенны приходил примерно одинаковый уровень. Ближе к источнику мощности в магистрали много — там ставят ответвители со слабой связью (20–30 дБ); к концу линии мощность падает, и связь нужна сильнее (5–10 дБ). Последняя антенна питается концом линии без ответвителя.
Пример расчёта линии
Возьмём линию: на входе 40 дБм (10 Вт на несущую), фидер 7/8″ с затуханием около 4 дБ на 100 м на 900 МГц, антенны через каждые 150 м — по 6 дБ потерь на пролёт. Номиналы ответвителей — из серии КАДАММ НО-340/2700 (5–30 дБ), с учётом потерь прохода каждого номинала.
| Антенна | Мощность в линии, дБм | Ответвитель | На антенну | Дальше по линии |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 40,0 | ответвитель 30 дБ | 10,0 дБм | 33,7 дБм |
| 2 | 33,7 | ответвитель 20 дБ | 13,7 дБм | 27,3 дБм |
| 3 | 27,3 | ответвитель 15 дБ | 12,3 дБм | 20,8 дБм |
| 4 | 20,8 | ответвитель 8 дБ | 12,8 дБм | 13,6 дБм |
| 5 | 13,6 | конец линии | 13,6 дБм | — |
Разброс уровней на антеннах — 3,7 дБ при пяти антеннах на 600 м линии. Мощность на входе антенн — около 13 дБм, этого хватает на несколько сотен метров покрытия от каждой панели вдоль прямого тоннеля. Если нужна более длинная линия, в середине ставят промежуточный усилитель или переходят на оптическую магистраль с выносными блоками.
Расчёт — на каждую частоту. Затухание фидера на 1800 и 2600 МГц заметно больше, чем на 900: для многодиапазонной системы линию проверяют на верхнем диапазоне, иначе дальние антенны на верхних частотах останутся без сигнала.
Сколько закрывает одна антенна
Дальность от антенны оценивают энергетическим расчётом линии: мощность на входе антенны плюс её усиление минус потери на трассе должны дать уровень выше требуемого у абонента. В свободном пространстве потери на 900 МГц составляют около 72 дБ на 100 м и около 81 дБ на 300 м. При мощности 13 дБм на входе и панели с усилением 8 дБи уровень на 300 м — около -60 дБм, с большим запасом для телефона.
В реальном тоннеле к этому добавляются повороты, профиль свода и, главное, поезд или поток машин: состав почти перекрывает сечение и затеняет сигнал на десятки децибел. Поэтому расчёт ведут с запасом, а антенны ставят так, чтобы вагон в любой точке видел хотя бы одну из них.
Оптика вместо длинного фидера
На длинных тоннелях коаксиальная магистраль становится слишком дорогой по потерям: каждый километр фидера — десятки децибел на верхних диапазонах. Тогда сигнал передают по оптике: главный блок у источника переводит радиосигнал в оптический, а выносные блоки вдоль тоннеля превращают его обратно и усиливают. От каждого выносного блока идёт короткая пассивная линия с ответвителями и антеннами или отрезок излучающего кабеля.
Такая схема масштабируется: новые участки добавляют выносными блоками, а уровень на каждом участке задаётся независимо. Активные распределённые системы и репитеры с оптической передачей есть в разделе репитеров KADAMM.
Шахты и подземные выработки
В шахтах и рудниках к задаче добавляются взрывоопасная среда, пыль и влага. Оборудование должно иметь соответствующее исполнение, а схема — работать при частичных обрывах. Здесь чаще строят служебную радиосвязь на излучающем кабеле, а сотовую связь — в околоствольных дворах и на участках, где это допускают правила.
Таппер или ответвитель
Кроме направленных ответвителей в линиях применяют тапперы — неравноплечие делители мощности, которые делят сигнал в заданном отношении. У них нет развязанного порта, зато они проще и дешевле. В тоннелях, где через систему идут несколько операторов и важна интермодуляция, выбирают компоненты с нормированной интермодуляцией не хуже −155…−160 дБн.
Несколько операторов и служебная связь
В тоннель заводят сигналы всех сотовых операторов, служебной радиосвязи и связи экстренных служб. Их объединяют на входе системы: узлы POI собирают операторов, комбайнеры сводят диапазоны в общий фидер. Служебную радиосвязь часто выделяют в отдельную линию или отдельный диапазон, чтобы её работа не зависела от коммерческих сетей.
Уровень на входе антенны
Слишком высокий уровень на ближних антеннах так же вреден, как слишком низкий на дальних: телефоны рядом с антенной перегружаются, а репитеры в соседних системах начинают мешать друг другу. Поэтому ответвители подбирают так, чтобы разброс уровней на антеннах укладывался в несколько децибел, а не просто «чтобы до конца дошло».
Надёжность и резервирование
- Питание оборудования с резервом и сигнализацией о пропадании.
- Кольцевая или двусторонняя схема питания линии: при обрыве магистрали работает вторая половина.
- Контроль исправности: мониторинг репитеров и уровня на концах линии.
- Пожаробезопасные кабели и крепления, сохраняющие работоспособность при пожаре.
- Доступ для обслуживания в технологические окна движения.
Особенности метро и автотоннелей
В метро сигнал должен приходить и на платформу, и в вагон: металлический кузов ослабляет его, поэтому уровень в тоннеле берут с запасом на потери в вагоне. Станции закрывают отдельными антеннами, перегоны — кабелем или панелями. В автодорожном тоннеле добавляется вещательное радио и громкоговорящее оповещение, а длинные прямые участки позволяют обойтись меньшим числом антенн.
Проверка после монтажа
Систему проверяют проходом по всей длине тоннеля с измерителем уровня: записывают уровень и качество сигнала каждого оператора и диапазона, отмечают провалы. В метро измерения повторяют в вагоне идущего поезда. Дополнительно измеряют КСВН линий и интермодуляцию на входе системы — от них зависит, не мешает ли система сама себе.
Типовые ошибки
- Линию рассчитали на 900 МГц, а 1800 и 2600 МГц до дальних антенн не дошли.
- Одинаковые ответвители по всей линии — первые антенны перегружены, последние без сигнала.
- Не учли затенение составом — в вагоне связи нет, хотя в пустом тоннеле всё хорошо.
- Компоненты без нормированной интермодуляции в мультиоператорной системе.
- Нет резервирования: один обрыв магистрали отключает весь тоннель.
Что нужно для расчёта
- Длина и профиль тоннеля, повороты, станции, технологические помещения.
- Какие сети нужны: операторы, диапазоны, служебная радиосвязь.
- Требуемый уровень сигнала и запас на вагоны или автомобили.
- Где можно поставить источник сигнала и как подвести магистраль.
- Требования к пожаробезопасности кабелей и оборудования.
- Окна для монтажа и обслуживания: когда можно работать в тоннеле без остановки движения.
- Нужен ли мониторинг системы из диспетчерской и куда выводить аварии.
Модели KADAMM
Ответвители, делители и антенны KADAMM для распределённых систем.
| Частоты | 698–1400 и 1710–2700 МГц |
| Частоты | 340–2700 МГц |
| Параметр | 10±1,2 дБ |
| Частоты | 340–2700 МГц |
| Параметр | 20±1,2 дБ |
| Частоты | 617–960 / 1695–2700 / 3300–4200 / 4800–6000 МГц |
| Усиление | 8 дБи |