1. Специфика радиочастотного тракта в подземных сооружениях

Подземные сооружения (метро, многоуровневые паркинги, тоннели) представляют собой сложную среду распространения радиоволн, характеризующуюся высоким затуханием, выраженной многолучевостью?Многолучевость — приход сигнала по нескольким траекториям с разными задержками. В тоннелях доминируют отражения от стен, колонн, подвижного состава. Приводит к интерференции и замираниям. и интерференционными эффектами?Интерференционные эффекты — усиление или ослабление сигнала из-за наложения когерентных волн. В тоннелях вызывают «мёртвые зоны» длиной до 1.5λ (≈25 см на 1800 МГц).. В отличие от наземных объектов, проникновение внешнего сигнала в подземные зоны минимально, что делает системы ретрансляции единственным источником покрытия.

Ключевая особенность: радиотракт формируется не свободным пространством, а совокупностью отражений от бетонных стен, колонн, металлических конструкций и подвижного состава (в метро). Это требует иного подхода к расчёту зоны покрытия и выбору топологии распределительной сети.

Минимальный уровень сигнала −95 дБм при SINR ≥ 0 дБ недостаточен для устойчивой работы VoLTE в условиях многолучевости с задержкой более 5 мкс. Требуется резерв по мощности не менее 8 дБ.

2. Основные источники затухания

Затухание в подземных сооружениях складывается из трёх компонент:

1. Геометрическое затухание?Геометрическое затухание — увеличение потерь из-за отсутствия прямой видимости и извилистой траектории распространения. В тоннелях описывается моделью «двойного наклонного луча» (two-slope model). — увеличенное по сравнению со свободным пространством из-за извилистости тракта и отсутствия прямой видимости;
2. Поглощение — в армированном бетоне (толщина 300–500 мм) затухание составляет 18–25 дБ на пересечение при 1800 МГц;
3. Дифракция?Дифракция — огибание препятствий (углов, колонн) сопровождается потерями. На частоте 1800 МГц потери на дифракцию за углом составляют 12–18 дБ. — на углах тоннелей, колоннах, лестничных пролётах.

Типовые значения дополнительного затухания на участке 100 м (без поглощения в стенах):

Тип сооружения	Доп. затухание, дБ/100 м	Коэффициент затухания, дБ/м
Прямой тоннель (бетон)	22–28	0.22–0.28
Платформа станции метро	35–45	0.35–0.45
Многоуровневый паркинг	40–55	0.40–0.55
Эскалаторный тоннель	50–65	0.50–0.65

Данные получены по методике ITU-R P.2040-2 для центральной частоты 1800 МГц. На частоте 2600 МГц значения увеличиваются на 15–20%.

3. Многолучевость и интерференция

Многолучевость в тоннелях характеризуется:

• Высоким коэффициентом корреляции?Коэффициент корреляции — мера схожести амплитуд и фаз лучей. При ρ > 0.8 замирания носят рэлеевский характер. В тоннелях ρ = 0.85–0.95 из-за когерентных отражений от параллельных стен. между лучами (> 0.8);
• Большой разницей в задержках?Задержки — временные сдвиги между лучами. В станционных залах из-за множества отражений достигают 10–15 мкс, что превышает длительность CP в LTE. между первым и последним лучом (до 15 мкс в станционных залах);
• Нестационарностью при движении подвижного состава (в метро) или автомобилей (в паркингах).

Для LTE FDD 1800 МГц длительность циклического префикса (CP)?Циклический префикс (CP) — защитный интервал между OFDM-символами, компенсирующий многолучевость. Нормальный CP = 4.6875 мкс, расширенный — 16.67 мкс. При превышении задержки луча над CP возникает ISI. составляет 4.7 мкс (нормальный CP). При задержке многолучевости > 4.7 мкс возникает межсимвольная интерференция (ISI)?Межсимвольная интерференция (ISI) — наложение «хвоста» предыдущего символа на текущий. Вызывает рост BER и падение скорости. В LTE требует переключения на расширенный CP или уменьшения шага антенн., что требует:

• Уменьшения расстояния между антеннами до 35–40 м;
• Применения антенн с узкой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости;
• Синхронизации излучения соседних антенн (в цифровых DAS).

3.1. Коэффициент рэлеевского замирания?Коэффициент рэлеевского замирания — статистическая мера глубины замираний в условиях многолучевости без прямого луча. Глубина замирания на уровне 95% покрытия = 20·log₁₀(−ln(0.05)) ≈ 12.5 дБ.

В условиях подвижного состава замирания носят рэлеевский характер. Глубина замирания на уровне 95% покрытия составляет:

Ffade = 20·log₁₀(−ln(0.05)) ≈ 12.5 дБ

Этот запас должен быть заложен в бюджет мощности при расчёте зоны покрытия.

4. Требования к уровню сигнала и SINR

В подземных сооружениях требования к SINR выше, чем на поверхности, из-за межсимвольной интерференции. Для устойчивой работы сервисов:

Сервис	Мин. Prx, дБм	Мин. SINR, дБ	Запас на замирания, дБ
Обмен данными (MCS 5)	−105	−3	6
VoLTE (AMR-WB)	−95	+3	10
Экстренные вызовы	−90	+6	12

Рекомендуется проектировать систему исходя из требований к VoLTE, даже если на этапе ввода в эксплуатацию данный сервис не заявлен.

5. Типовые топологии распределительных систем

5.1. Линейная топология (тоннели)

Применяется в прямых участках тоннелей длиной до 1.5 км. Особенности:

• Антенны размещаются вдоль оси тоннеля с шагом 35–40 м;
• Используются направленные антенны типа «волновой канал» или «восьмёрка» с диаграммой 90° × 60°;
• Типовое усиление антенны — 8–10 дБи;
• Суммарные потери в кабеле RG-213 не должны превышать 60% от бюджета мощности.

5.2. Звездообразная топология (станционные залы)

Для платформ, вестибюлей, конкорсов:

• Центральный узел — оптический распределитель или активный сплиттер;
• Радиальные ветви до зон обслуживания;
• Антенны — всенаправленные потолочные (G = 3–5 дБи) или секторные (G = 6–8 дБи);
• Длина ветви — не более 80 м (при использовании кабеля 5D-FB).

5.3. Гибридная топология (паркинги)

Комбинация линейных участков (пандусы) и звёзд (этажи):

• На каждом этаже — локальный узел распределения;
• Межэтажное соединение — по оптоволокну или радиорелейной линии 5 ГГц;
• Антенны на потолке этажа — с диаграммой 120° в горизонтали.

6. Расчёт бюджета мощности с учётом многолучевости

Полный бюджет мощности определяется по формуле:

Pin + Grep − LAGC − Lcable − Lsplit + Gant − Lpath − Ffade ≥ Pmin + SINRreq

где:

• Lpath — суммарные потери на пути (геометрия + поглощение + дифракция);
• Ffade — запас на замирания (10–12 дБ для VoLTE);
• SINRreq — требуемое отношение сигнал/шум+помехи.

6.1. Пример расчёта для станции метро (LTE 1800 МГц)

Параметр	Значение	Ед. изм.
Pin	−55	дБм
Grep	75	дБ
LAGC	0	дБ
Lcable	8.2	дБ
Lsplit	10.5	дБ
Gant	8.0	дБи
Lpath	42.0	дБ
Ffade	10.0	дБ
Pmin	−95	дБм
SINRreq	+3	дБ

ЭИИМ = −55 + 75 − 8.2 − 10.5 + 8.0 = +9.3 дБм

Доп. потери = 42.0 + 10.0 = 52.0 дБ

Уровень в КТ = 9.3 − 52.0 = −42.7 дБм

Запас = −42.7 − (−95 + 3) = +49.3 дБ → избыточен.

Избыточный запас указывает на необходимость введения дополнительного ослабления (аттенюаторов) для предотвращения самовозбуждения и перегрузки приёмника БС при прохождении поезда с активными абонентами.

7. Особенности пусконаладочных работ

ПНР в подземных сооружениях требует:

• Измерения в динамике — с имитацией движения (тележка с измерительным оборудованием, скорость 20–40 км/ч);
• Замер временных задержек многолучевости — анализатором спектра с функцией TDOA (Time Difference of Arrival);
• Проверка переходных процессов — при въезде/выезде поезда из зоны покрытия;
• Контроль КСВ в конце линии — использование фиктивной нагрузки 50 Ом вместо антенны при первом включении.

Допустимые отклонения от проекта:

• Уровень сигнала — ±3 дБ;
• SINR — не ниже проектного на 2 дБ;
• Временная задержка первого эха — не более 3.5 мкс для LTE.

8. Заключение

Проектирование систем усиления в подземных сооружениях требует учёта трёх ключевых факторов:

1. Повышенного затухания (на 30–50% выше, чем в наземных зданиях);
2. Выраженной многолучевости с большой задержкой (требует уменьшения шага антенн и запаса на замирания);
3. Нестационарности среды (движение подвижного состава).

Рекомендуется закладывать запас по мощности не менее 10 дБ для компенсации рэлеевских замираний и деградации компонентов в процессе эксплуатации. Использование цифровых DAS с возможностью динамической коррекции задержек предпочтительнее аналоговых решений для объектов с интенсивным трафиком (метро, крупные паркинги).