[發(fā)明專利]一種隧道微波通信傳輸系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811435058.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN109474935B8
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔君霞;金聲震;龐峰;胡超;萬慶濤;王兆瑞;高志勇;李建斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科凱普（北京）導(dǎo)航通信技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W16/26
• 代理公司: 北京連城創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11254
• 代理人: 許莉

1.一種隧道微波通信傳輸方法，其特征在于，該通信傳輸方法包括以下步驟：

(1)隧道微基站系統(tǒng)(mTN)的核心網(wǎng)與移動(dòng)通信交換中心的MME/S-GW進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)與外網(wǎng)連接，

(2)射頻拉遠(yuǎn)單元將基帶單元信號(hào)轉(zhuǎn)變成射頻信號(hào)，通過隧道微基站系統(tǒng)的天線發(fā)送電磁波信號(hào)，

(3)車載終端系統(tǒng)(VTS)的車載天線接收電磁波信號(hào)，車載變頻模塊將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成車載終端設(shè)備所需要的基帶信號(hào)，

(4)車載終端設(shè)備連接到車廂內(nèi)的WI-FI設(shè)備，向車廂內(nèi)用戶終端提供服務(wù)；

其中，通過以下計(jì)算步驟判斷是否需要增設(shè)隧道微基站：

首先，以第一個(gè)隧道微基站所處的隧道口處為距離基點(diǎn)，計(jì)算出電磁波以自由空間傳播模式傳播的第一區(qū)域和電磁波以受隧道壁限制的菲涅爾衍射模式傳播的第二區(qū)域的分界點(diǎn)，即第一菲涅爾圓半徑與隧道最大內(nèi)切圓半徑相等處，距離隧道口設(shè)置隧道微基站的距離：

根據(jù)第一菲涅爾區(qū)定義，

其中，d為發(fā)射源到接收天線的距離，d₁為發(fā)射源到第一菲涅爾圓的距離，d₂為第一菲涅爾圓到接收天線的距離，F(xiàn)₁為第一菲涅爾圓的半徑，λ為電磁波波長；

可以得到第一菲涅爾區(qū)的半徑：

可以得到第一菲涅爾圓半徑的最大值，為：

對(duì)于圓形隧道來說，第一菲涅爾圓半徑即為隧道橫截面的半徑；對(duì)于其他形狀隧道，隧道有效半徑取隧道最大內(nèi)切圓半徑，在計(jì)算實(shí)際隧道有效面積時(shí)，由于隧道并不是正圓形，所以應(yīng)外加修正因子為1.5-3dB；

由此可以得到電磁波以自由空間傳播的距離r₀，從而得到電磁波以自由空間傳播與受隧道壁限制的菲涅爾衍射傳播之間的分界點(diǎn)：

(2.1)對(duì)于長直隧道，

當(dāng)隧道總長L≤r₀時(shí)，電磁波在隧道內(nèi)衰減按自由空間傳播衰減值計(jì)算，自由空間范圍內(nèi)傳播的衰減值P_L0計(jì)算公式為：

P_L0(dB)＝32.5+20logf(MHz)+20logd(km),(0≤d≤L)

其中，f為工作頻率；

當(dāng)隧道長度Lr0時(shí)，在[0,r0]區(qū)間內(nèi)先按自由空間傳播，然后在(r0,L]區(qū)間內(nèi)再按受隧道壁限制的菲涅爾傳播模型衰減，總的路徑傳播衰減值P_L計(jì)算公式為：

P_L＝Max(P_L0,P_F)，

其中P_L0為自由空間范圍內(nèi)傳播的衰減值，由以下公式計(jì)算：

P_L0(dB)＝32.5+20logf(MHz)+20logd(km),(r₀＜d≤L)

其中，f為工作頻率，

P_F為受隧道壁限制的菲涅爾傳播衰減，由以下公式計(jì)算：

P_F(dB)＝-20log₁₀(πF_1max²/λ)+20log10(d-r₀)+A，(r₀＜d≤L)

其中，A為衍射效率常數(shù)，取值范圍為3-6dB，與隧道口徑非標(biāo)準(zhǔn)圓及衍射路徑長度有關(guān)；

(2.2)對(duì)于彎曲隧道，電磁波在彎曲隧道內(nèi)的衰減值Pc由以下公式計(jì)算：

P_c(dB)＝-10log₁₀(1-(L/(2R))²)-10log₁₀(4^-(d/L))，當(dāng)h/2R＜＜1

其中，R為隧道彎曲半徑，L為內(nèi)側(cè)彎曲弧切線長度，h為隧道內(nèi)切圓的直徑；

(2.3)對(duì)于分支隧道，電磁波在分支隧道內(nèi)的衰減值Pb由以下公式計(jì)算：

P_b(dB)＝10log₁₀(cos²α)+20log₁₀(S/(λd))+A

其中，α為分支隧道與主隧道夾角，d為接收機(jī)在分支隧道中與分支點(diǎn)的距離，S為分支隧道的橫截切面圓面積，A為修正系數(shù)，其取值范圍為3-6dB；

(3)車載終端系統(tǒng)接收到的信號(hào)功率為：

P_r(dBm)＝P_t(dBm)+G_t(dBi)-L_t(dB)-P_L(dB)+G_r(dBi)-L_r(dB)；

其中，P_t為隧道微基站的發(fā)射功率，單位為dBm；G_t為隧道微基站天線發(fā)射增益，單位為dBi；L_t為隧道微基站的功放到發(fā)射天線的插入損耗，單位為dB；G_r為車載終端系統(tǒng)接收天線的增益值，單位為dBi；L_r為車載終端系統(tǒng)接收天線到車載變頻模塊的線纜衰減，單位為dB；P_L為總的路徑傳播衰減值，單位為dB，根據(jù)以下公式計(jì)算：

接收機(jī)的接收功率門限值為-110dBm，如果用上式計(jì)算得到的Pr結(jié)果小于-110dBm，則需要增加一個(gè)隧道微基站。