城市軌道交通中移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的切換

江蘇郵電設(shè)計(jì)院 | 陳慶浩

根據(jù)地鐵隧道洞口的位置結(jié)構(gòu)及其周邊電磁環(huán)境的特點(diǎn)，有多種方案來(lái)解決隧道洞口信號(hào)突然消失的問(wèn)題。

城市軌道交通多為封閉式環(huán)境，站臺(tái)、站廳、區(qū)間隧道內(nèi)各種無(wú)線信號(hào)幾乎均為盲區(qū)；無(wú)線信號(hào)在隧道場(chǎng)景中傳播容易產(chǎn)生快衰落。站廳多采用分布式天線覆蓋，站臺(tái)采用分布式天線和泄露電纜覆蓋，區(qū)間隧道采用泄露電纜覆蓋。產(chǎn)生切換的場(chǎng)景分為車站出入口切換、區(qū)間隧道切換、隧道口切換。業(yè)務(wù)信道切換分為硬切換、軟切換、更軟切換、接力切換。

在三種切換場(chǎng)景中，地鐵隧道洞口狹長(zhǎng)封閉的特殊結(jié)構(gòu)，室外信號(hào)本身很難延伸到隧道內(nèi)，由于隧道洞口一般位于兩個(gè)地鐵站點(diǎn)中段，為列車高速行駛區(qū)段，當(dāng)列車高速駛?cè)胨淼蓝纯跁r(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)室外服務(wù)小區(qū)的信號(hào)電平急劇下降，使得移動(dòng)臺(tái)沒(méi)有足夠的時(shí)間完成整個(gè)切換過(guò)程，導(dǎo)致掉話。

根據(jù)地鐵隧道洞口的位置結(jié)構(gòu)及其周邊電磁環(huán)境的特點(diǎn)，有多種方案來(lái)解決隧道洞口信號(hào)突然消失的問(wèn)題。本文分別對(duì)各種方案進(jìn)行具體分析和比較。

方案A：泄漏同軸電纜末端加定向天線

為保證系統(tǒng)的成功切換時(shí)間，在各個(gè)隧道與地面交匯處可利用室外定向天線將隧道內(nèi)信號(hào)沿隧道方向，向室外輻射，使地下隧道延伸至地面時(shí)，室內(nèi)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)與室外信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)保持平穩(wěn)過(guò)渡狀態(tài)，當(dāng)列車駛出地面時(shí)，室內(nèi)信號(hào)逐漸減弱，室外的信號(hào)逐漸增強(qiáng)，沒(méi)有信號(hào)突然消失的情況，避免了移動(dòng)臺(tái)因?yàn)榍袚Q時(shí)間不足造成掉話。

確保切換區(qū)長(zhǎng)度超過(guò)266米可保證信號(hào)的平滑切換。只要漏纜末端場(chǎng)強(qiáng)足夠，加上定向天線10dBi的增益，可使266米外列車車廂內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度滿足邊緣場(chǎng)強(qiáng)覆蓋要求，則根據(jù)切換容限，同時(shí)室外的信號(hào)強(qiáng)度滿足覆蓋要求的情況下，就可以保證通過(guò)場(chǎng)強(qiáng)比較的方式進(jìn)行切換。

同理可分析列車經(jīng)隧道洞口進(jìn)入地鐵隧道的切換情況，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置相應(yīng)參數(shù)和調(diào)整隧道的覆蓋場(chǎng)強(qiáng)到合適的水平，可以使切換更加平滑。

該方案特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，投資小，但對(duì)隧道洞口的室外信號(hào)要求高，定向天線的安裝位置受隧道洞口的結(jié)構(gòu)限制，如控制不當(dāng)易對(duì)大網(wǎng)造成信號(hào)干擾。該方案適用于隧道區(qū)間較短，隧道洞口室外信號(hào)質(zhì)量較好且周邊基站密集程度較低的情況。

方案B：將室外信號(hào)引入隧道內(nèi)

當(dāng)室外信號(hào)環(huán)境比較好的時(shí)候，可以利用射頻直放站將室外的信號(hào)放大后引入隧道內(nèi)，使地下隧道近洞口區(qū)域室內(nèi)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)與室外信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)保持平穩(wěn)過(guò)渡狀態(tài)，當(dāng)列車駛近隧道洞口時(shí)，室內(nèi)信號(hào)逐漸減弱，室外的信號(hào)逐漸增強(qiáng)，沒(méi)有信號(hào)突然消失的情況，避免了移動(dòng)臺(tái)因切換時(shí)間不足造成掉話。

具體實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。

圖1 將室外信號(hào)引入隧道內(nèi)覆蓋

以GSM900MHz信號(hào)為例，為滿足覆蓋要求，我們選用0.5W的射頻直放站將室外信號(hào)放大后引入隧道內(nèi)。

在2 6 6米的1-5/8”泄漏同軸電纜中，GSM900MHz信號(hào)共衰減6dB，接頭、饋線的損耗約為3dB，合路器插損5dB，距1-5/8”泄漏同軸電纜4米處的耦合損耗為75dB，系統(tǒng)余量約為15dB。在直放站滿功率輸出的情況下，距離隧道洞口300米處列車車廂內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度約為：

27-6 -3-5-75-15= -77dBm （滿足邊緣場(chǎng)強(qiáng)覆蓋要求）

在滿足系統(tǒng)指標(biāo)的情況下，可確保隧道內(nèi)最差情況下的覆蓋信號(hào)邊緣場(chǎng)強(qiáng)大于-85dBm，因此可保證266米的有效切換區(qū)間，使移動(dòng)臺(tái)得以平穩(wěn)順暢的進(jìn)行小區(qū)切換。

方案特點(diǎn)：該方案投資相對(duì)較小，把切換區(qū)間控制在相對(duì)封閉的隧道內(nèi)，不易干擾大網(wǎng)信號(hào)，可保證切換成功率。該方案適用于隧道洞口附近網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量較差或周邊基站較密集的情況，但該方案的實(shí)施需考慮到隧道洞口的安裝位置和電源等條件的限制。

表 各種切換方案對(duì)比

方案C：泄漏同軸電纜延伸出隧道洞口

在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，地下隧道是依靠泄漏同軸電纜饋送的射頻信號(hào)進(jìn)行覆蓋，因此，可以利用泄漏同軸電纜饋送射頻信號(hào)的特性，將漏纜延伸出隧道洞口沿地面軌道繼續(xù)鋪設(shè)一定的距離，使地下隧道延伸至地面時(shí)室內(nèi)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)與室外信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)保持平穩(wěn)過(guò)渡狀態(tài)，當(dāng)列車駛出地面時(shí)，室內(nèi)信號(hào)逐漸減弱，室外的信號(hào)逐漸增強(qiáng)，沒(méi)有信號(hào)突然消失的情況，避免了移動(dòng)臺(tái)因?yàn)榍袚Q時(shí)間不足造成掉話。

具體實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示。

圖2 泄漏同軸電纜延伸出隧道洞口覆蓋

同理可分析列車進(jìn)入地鐵隧道的切換情況，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置相應(yīng)參數(shù)和調(diào)整各隧道的覆蓋場(chǎng)強(qiáng)到合適的水平，可以使切換更加平滑。

特點(diǎn)：該方案投資相對(duì)較大，并且由于泄漏同軸電纜鋪設(shè)受地面軌道結(jié)構(gòu)限制較大，在露天環(huán)境中泄漏同軸電纜所輻射的信號(hào)如控制不當(dāng)，易對(duì)室外大網(wǎng)信號(hào)造成干擾。以上三個(gè)方案的優(yōu)劣勢(shì)以及適用范圍如表1所示。

由以上分析可知，方案A和方案C都是把隧道中的信號(hào)引出隧道外，室外定向天線和泄漏同軸電纜所輻射的射頻信號(hào)或多或少都會(huì)對(duì)室外無(wú)線網(wǎng)絡(luò)造成一定的影響，并且方案C的施工難度較大；而方案B能將切換區(qū)域很好的控制在隧道內(nèi)，對(duì)周邊室外無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的影響最小，但是實(shí)施起來(lái)相對(duì)較為復(fù)雜。

為保證在隧道內(nèi)無(wú)線信號(hào)的順利切換，要求98%的以上區(qū)域信號(hào)最弱電平為-85dBm，同時(shí)讓區(qū)間中點(diǎn)的泄露電纜連通，使兩邊基站來(lái)的信號(hào)盡量形成較多的重疊區(qū)。換乘站應(yīng)盡量減少重疊區(qū)域及短時(shí)間切換區(qū)域。車站出入口應(yīng)保證交疊區(qū)信號(hào)的平滑性，隧道口處應(yīng)保證有足夠的信號(hào)交疊區(qū)。

通過(guò)以上切換方案分析，運(yùn)營(yíng)商就能保證在地鐵站內(nèi)移動(dòng)通信的順利切換，保證通信的可靠性及連續(xù)性。