地鐵多種無線通信網絡的實現探討

摘 要：地鐵涉及到的無線網絡通信技術一般是采用多家運營商、多種網絡制式的公用移動通信網絡。我們一般是采用POI平臺來實現多種無線通信網絡的正常運行。基于此，本文探討了在POI平臺實現多運營商多網絡制式兼容的技術要點，希望對有關工作人員有所啟示。

關鍵詞：無線通信網絡；地鐵；POI平臺

中圖分類號：U231.7 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0329-02

1 引 言

隨著社會經濟的發展，地鐵建設步伐逐漸加快，越來越多的人開始把地鐵作為出行的一種主要交通工具。在地鐵中廣泛使用的多種無線通信網絡技術能夠很大程度上提高地鐵的安全性和可實行性。但是隨著地鐵速度的提升，多種無線通信網絡信號之間的干擾和沖突問題也越來越凸顯，嚴重影響著地鐵通信與信號系統的穩定傳輸和速度。因此，在多種無線通信網絡情況下確保地鐵多網絡系統的順利切換具有重要意義。

2 目前地鐵中主要的無線通信網絡技術

目前在城市軌道交通中應用的無線通信網絡技術主要有3G技術、WLAN技術、Zigbee技術、4G技術（TD-LTE/FDD-LTE）等。隨著地鐵的快速發展，對無線通信網絡的安全性、穩定性和運行速度提出了更高的要求。比起WIFI制式，1.8G專用頻段和TD-LTE具有更好的安全性、通信質量。LET技術在地鐵等城市軌道交通中也得到了廣泛的應用。

3 地鐵環境下多種無線通信網絡的實現技術

目前地鐵環境下，涉及到的無線通信網絡技術往往是多家運營商、多種網絡制式的公用移動通信網絡。為了實現多種無線通信網絡的正常運行，避免沖突和干擾，我們一般是采用POI平臺。例如，武漢地鐵2號線的無線通信網絡涉及到的運營商就包括中國移動、中國聯通和中國電信，網絡制式也有九種（移動的GSM900、DCS1800、TD-SCDMA、TD-LTE，聯通的GSM900、DCS1800、WCDMA和電信的CDMA1X/DO、CDMA2000）。在這種多網絡復雜情況下，湖北郵電規劃設計有限公司通過POI平臺和泄漏電纜順利實現了地鐵2號線的多種無線通信網絡建設。

3.1 POI器件的設計實現

實現多網絡制式的關鍵器件就是Point of Interface，即POI器件。該多系統接入平臺主要是通過兩種合路器，即頻率合路器、電橋合路器，將多運營商多制式的網絡信號進行合路，之后再引入天饋系統。POI器件包含上行和下行設備，其具體設備框圖如圖1和圖2所示。在設計和建設中，要嚴格按照所建設地鐵的實際狀況來選擇合適的POI器件。

3.2 隧道覆蓋的實現

隧道覆蓋是順利實現多運營商、多網絡制式的通信系統覆蓋的一個關鍵環節。對于地鐵隧道內通信系統覆蓋的實現，一般有泄露電纜、同軸饋電無源分布式天線和光纖饋電有源分布式天線三種形式。但在實際的建設中通常采用性價比更高的泄漏電纜來實現隧道覆蓋。這種無盲區的均勻分布非常適合應用在地鐵隧道這種地形環境中。

3.3 組網方案的實現

3.3.1 泄漏電纜收、發距離的確定

收、發泄漏電纜必須要間隔一定的距離才能滿足多制式無線通信網絡的技術要求。根據耦合損耗，泄漏電纜的收、發距離一般要在0.5m以上。泄漏同軸電纜的參考指標如表1所示，根據耦合損耗可以很好地計算出收、發距離。

3.3.2 分布式天線收、發距離的確定

分布式天線的收、發距離與泄漏電纜并不相同。如果POI輸出端到達分布式天線的路徑損耗為17dB，那么此收發距離的隔離度為34.6dB，相隔可小于1.5m。在設計和建設中，要按照地鐵的實際狀況和耦合損耗來確定分布式天線的收、發距離。

3.4 切換的實現

3.4.1 地鐵在隧道內運行時切換的實現

地鐵在隧道內部運行時，如果正處于通話狀態的移動終端在不同小區覆蓋范圍內移動，無線通信網絡會自動進行切換處理。目前多種制式網絡主要有三種切換形式，即硬切換（如GSM系統）、軟切換（如CDMA、WCDMA系統）和接力切換（如TD-SCDMA系統）。地鐵環境下經常使用的是軟切換中的CDMA的切換。根據切換時的遲滯時間、執行時間以及測量周期，CDMA在進行切換時一般都會需要1～3s的時間。當地鐵在隧道中運行時，通常是在中間位置進行切換的，也就是切換帶，此時地鐵的行駛速度很快。如果在切換帶地鐵以最高速80km/h行駛，在1～3s時間內一共行駛了大概22～66m距離，這段距離也就是地鐵的切換距離。因此，在設置隧道內兩個小區的切換帶時，通常相隔66m以上（如圖3所示）。

3.4.2 地鐵進、出隧道時的切換實現

地鐵在進隧道和出隧道的過程中，無線通信網絡的信號強度會發生很明顯的變化。在進入隧道時，隧道內的信號強度很快減弱，隧道外的信號則逐漸增強。而地鐵在出隧道時的信號強度則正好相反。在這種情況下，不同區域信號的切換就不是那么順利實現了。通常采用的解決辦法就是泄漏電纜，可以直接將泄漏電纜延伸到站臺位置。但是如果泄漏電纜不能安裝在站臺處，就需要通過定向板狀天線來把隧道內部區域的無線信號接引到站臺，使其能夠與站臺區域范圍內的信號形成重疊區。這樣就可以確保無線通信網絡的順利切換。

3.4.3 乘客出入地鐵站和換乘站時的切換實現

當乘客的移動終端在地鐵站內部移動時，如果正好處于兩個不同小區覆蓋范圍，無線通信網絡也會發生切換。在進出地鐵站、換乘站時這種切換會更加明顯，具體表現為若是切換不順利，乘客正在進行的通話通常會中斷。這主要是由于扶梯運動以及人員擁擠等導致無線通信網絡的信號驟然減弱，不同小區覆蓋范圍內的信號所形成的重疊區達不到切換的規定標準，這就使得移動終端在進出地鐵站和換乘站時不能順利實現信號切換。因此，在實際的設計方案中，要根據地鐵站出入口、換乘站廳的具體情況（如乘客正常行走的速度等）來規劃出足夠的信號重疊區域。

3.4.4 鄰區優化的實現

當乘客從一個小區覆蓋范圍內進入另一個小區范圍時，就需要對目標小區進行及時切換，并迅速獲得新小區覆蓋范圍的無線通信網絡。但是這種切換的順利實現也是有條件的。為了確保順利切換，可以在必要情況下進行鄰區優化。一方面，可以對鄰區通信進行優化，確保相鄰小區之間有通信切換的服務。另一方面，可以適當調整相鄰小區之間硬件設施的有關參數，以此來確保小區信號覆蓋范圍達到規定標準。例如，將信號切換的觸發位置進行提前或推后的適當調整，有利于相鄰小區之間信號的自由切換。

4 結束語

綜上所述，目前在地鐵中采用的無線通信網絡一般是多運營商、多種網絡制式的。隨著地鐵運行速度的不斷提升，多種無線通信網絡信號之間的干擾和沖突問題也越來越凸顯。在這種情況下，我們一般是采用POI平臺、泄漏電纜來實現信號切換的。在這種實現技術中，我們要注意POI器件的選取，使用泄漏電纜來實現隧道覆蓋，嚴格按照小區覆蓋范圍控制收發泄漏電纜距離，確保地鐵在隧道運行、進出以及乘客進出車站口和換乘站時信號切換的順利實現。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-13