論地鐵隧道內無線室內分布系統切換帶的設置

侯曉輝

【摘要】 結合地鐵無線室內分布系統的建設經驗，介紹地鐵隧道內無線通信的越區切換帶設置。通過對隧道間無線通信系統中不同網絡制式下的越區切換帶設置方案的分析。使無線通信信號能在隧道內實現平滑切換，為列車安全運行和乘客提供優質的無線通信服務。

【關鍵詞】 室內分布系統 泄漏電纜 移動通信 地鐵隧道 切換

一、概述

伴隨著我國經濟的飛速發展，我國的地鐵建設也進入了大高潮， 由于地鐵的特殊性質，也使得地鐵內建設無線室內分布系統成為必然。而泄漏電纜的覆蓋特性無疑是實現地鐵隧道間移動通信的一種有效途徑。但由于無線通信的功率受限，各個網絡制式間的網絡性能不一致；地鐵內的無線室內分布系統切換存在諸多的問題，特別是在隧道內，由于多種因素產生的信號快速衰落現象，切換帶的設置對切換效果的影響很大，直接關系到移動通信網絡的服務質量。

本文討論的切換是指蜂窩移動通信網絡中的不同小區之間的越區切換，所謂不同的小區，包括同系統的不同小區或不同系統小區。對于兩個小區而言，可以定義它們的切換區域，即在兩個不同小區的覆蓋范圍內存在的某些重疊區域，在該區域內移動臺能將通信連接有效和可靠地從服務小區切換到目標小區，以保證通信的連續性。因此，對于一個移動通信網絡，其切換帶就是指滿足給定切換準則的所有切換區域的集合。

二、切換帶設置的必要性

一個蜂窩移動通信網絡中切換帶的設置將與許多的網絡性能相關，例如網絡的覆蓋、網絡的容量、鏈路質量以及網絡建設成本等指標。切換帶大小和形狀將影響網絡的覆蓋率和覆蓋效果，切換帶設置應是在滿足合理的覆蓋率的前提下盡量提高覆蓋效果，不同的地理環境對覆蓋的要求是不同的，因此，不同地理環境下的網絡的切換帶設置也是不同的。

地鐵內的無線室內分布系統與地面通信系統之間的最大區別是全部在地下，而且大部分在隧道內。因此，在地鐵隧道內能在高速運行的車輛上保證越區切換的順利進行就成了一個重要問題。由于地鐵隧道區間是鏈狀覆蓋網，一般兩個車站的越區切換基本上在隧道區間的中部，地鐵車輛在該部位的車速最高，同時列車又是金屬外殼。此外，與地面通信系統不同的是，地鐵交通沿線小區的重疊區域非常單一，不會出現在一個地理位置上存在眾多小區的覆蓋，也因此地鐵隧道內無線室內分布系統切換帶的設置就很有必要。

三、隧道內切換分析

3.1隧道覆蓋方式

隧道覆蓋通常可以采用高增益定向天線和泄漏電纜的方式。

定向天線方式的主要優點是工程造價低，但受幾個方面因素的影響：在狹窄的隧道中，天線安裝位置不易解決；覆蓋形成“鋸齒效應”，信號分布不均勻，網絡效果不理想；因受到“車頭穿透損耗”和“多普勒效應附加損耗”的影響，覆蓋距離大為減小；對于彎度較多的路段，需要較多的天線接力，以保持覆蓋的連續性。

泄漏電纜是比較適合在隧道環境中應用的一種覆蓋方式。它有信號場強分布均勻、電纜可沿隧道走勢布放、隨路施工便利等優點；其缺點是造價高、為保證覆蓋距離而采用粗饋纜時，過大的轉彎半徑也會給施工帶來很大難度。

均衡兩種覆蓋方式，為了保證隧道內的信號均勻分布，隧道內都使用泄漏同軸電纜（LCX）進行覆蓋。

3.2隧道中切換帶的考慮

在地鐵隧道內運行列車上的移動臺通過來自不同站點信號的交會處時將會發生信號切換。如圖1所示

越區切換區的寬度與車速和切換時間有關。移動通信的移動試驗表明，車速達到80k m / h 仍能正常接收。

越區切換區寬度D 的計算公式為：

D = V′T ′（km 或m） （1）

式（1） 中： V′是移動用戶（列車）的運動速度：km/h 或m/s ；

T ′是越區切換時間：s。

決定各系統切換時延主要包括測量周期、遲滯時間和切換執行時間。

GSM、DCS的切換

按照GSM系統切換完成所需時間最差為12s考慮，地鐵列車最高時速為80km/h，則所需場強重疊區：D = VT=（80000/3600） ×12=266m。

TD-SCDMA的切換

根據規范3GPP TS25.123規定，TD-SCDMA異頻測量周期是480ms，遲滯時間范圍是640ms～1280ms，切換執行時間為：500ms～1000ms。因此TD-SCDMA總的切換時延1.5s～3s。

切換帶一般處于隧道中間，而此時地鐵列車的速度通常較高。按峰值車速80 km/h計算，切換時延將形成33～66 m的切換距離。泄漏電纜的損耗按照-5 dB/100 m計算，則形成-3 dB的場強差需要60 m。綜合考慮切換時延和觸發切換所需的切換帶距離要求，隧道內理論上應至少設計126 m的切換帶。

CDMA、WCDMA的切換

根據規范3GPP TS25.133規定，WCDMA 同頻測量周期是200ms，遲滯時間為240ms～1280ms，切換執行時間為600ms～800ms。因此，WCDMA總的切換時間為1s～3s.根據地鐵目前峰值車速80km/h 計算，隧道內兩個小區間理論上需設置66m的切換帶。

LTE的切換

LTE系統中用戶面的切換時延典型值為50ms，控制面的切換時延典型值為30ms， LTE系統內切換通常在100-200ms內完成，切換所需時間按照最差為0.3s考慮，隧道內兩個小區間理論上需設置6.6m的切換帶，可忽略不計。

四、結論及建議

地鐵交通系統中由于有相當部分的線路位于地下隧道中，確保地鐵內無線室內分布系統能夠穩定運行是保證地鐵移動通信信號連續、穩定的基礎，關系到能否為地鐵乘客提供優質的通信服務。

地鐵隧道間無線通信越區切換是隧道信號覆蓋的一項重點工作，而隧道間切換帶的設置將直接影響越區切換效果。以上介紹的切換帶設置方案能夠較好的解決基于泄漏電纜覆蓋的無線通信的移動臺在隧道間的越區切換問題。實際工程中應按工程實際需要考慮選取最優方案，以滿足地鐵內室內分布系統的順利運行，達到好的覆蓋效果。

參 考 文 獻endprint