侯曉輝

【摘要】 結(jié)合地鐵無線室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，介紹地鐵隧道內(nèi)無線通信的越區(qū)切換帶設(shè)置。通過對(duì)隧道間無線通信系統(tǒng)中不同網(wǎng)絡(luò)制式下的越區(qū)切換帶設(shè)置方案的分析。使無線通信信號(hào)能在隧道內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑切換，為列車安全運(yùn)行和乘客提供優(yōu)質(zhì)的無線通信服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】 室內(nèi)分布系統(tǒng) 泄漏電纜 移動(dòng)通信 地鐵隧道 切換

一、概述

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國的地鐵建設(shè)也進(jìn)入了大高潮， 由于地鐵的特殊性質(zhì)，也使得地鐵內(nèi)建設(shè)無線室內(nèi)分布系統(tǒng)成為必然。而泄漏電纜的覆蓋特性無疑是實(shí)現(xiàn)地鐵隧道間移動(dòng)通信的一種有效途徑。但由于無線通信的功率受限，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)制式間的網(wǎng)絡(luò)性能不一致；地鐵內(nèi)的無線室內(nèi)分布系統(tǒng)切換存在諸多的問題，特別是在隧道內(nèi)，由于多種因素產(chǎn)生的信號(hào)快速衰落現(xiàn)象，切換帶的設(shè)置對(duì)切換效果的影響很大，直接關(guān)系到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

本文討論的切換是指蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的不同小區(qū)之間的越區(qū)切換，所謂不同的小區(qū)，包括同系統(tǒng)的不同小區(qū)或不同系統(tǒng)小區(qū)。對(duì)于兩個(gè)小區(qū)而言，可以定義它們的切換區(qū)域，即在兩個(gè)不同小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)存在的某些重疊區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)移動(dòng)臺(tái)能將通信連接有效和可靠地從服務(wù)小區(qū)切換到目標(biāo)小區(qū)，以保證通信的連續(xù)性。因此，對(duì)于一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，其切換帶就是指滿足給定切換準(zhǔn)則的所有切換區(qū)域的集合。

二、切換帶設(shè)置的必要性

一個(gè)蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中切換帶的設(shè)置將與許多的網(wǎng)絡(luò)性能相關(guān)，例如網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、網(wǎng)絡(luò)的容量、鏈路質(zhì)量以及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本等指標(biāo)。切換帶大小和形狀將影響網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率和覆蓋效果，切換帶設(shè)置應(yīng)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(huán)境對(duì)覆蓋的要求是不同的，因此，不同地理環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)的切換帶設(shè)置也是不同的。

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

三、隧道內(nèi)切換分析

3.1隧道覆蓋方式

隧道覆蓋通?？梢圆捎酶咴鲆娑ㄏ蛱炀€和泄漏電纜的方式。

定向天線方式的主要優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)低，但受幾個(gè)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(yīng)”，信號(hào)分布不均勻，網(wǎng)絡(luò)效果不理想；因受到“車頭穿透損耗”和“多普勒效應(yīng)附加損耗”的影響，覆蓋距離大為減小；對(duì)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(xù)性。

泄漏電纜是比較適合在隧道環(huán)境中應(yīng)用的一種覆蓋方式。它有信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)分布均勻、電纜可沿隧道走勢(shì)布放、隨路施工便利等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是造價(jià)高、為保證覆蓋距離而采用粗饋纜時(shí)，過大的轉(zhuǎn)彎半徑也會(huì)給施工帶來很大難度。

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

3.2隧道中切換帶的考慮

在地鐵隧道內(nèi)運(yùn)行列車上的移動(dòng)臺(tái)通過來自不同站點(diǎn)信號(hào)的交會(huì)處時(shí)將會(huì)發(fā)生信號(hào)切換。如圖1所示

越區(qū)切換區(qū)的寬度與車速和切換時(shí)間有關(guān)。移動(dòng)通信的移動(dòng)試驗(yàn)表明，車速達(dá)到80k m / h 仍能正常接收。

越區(qū)切換區(qū)寬度D 的計(jì)算公式為：

D = V′T ′（km 或m） （1）

式（1） 中： V′是移動(dòng)用戶（列車）的運(yùn)動(dòng)速度：km/h 或m/s ；

T ′是越區(qū)切換時(shí)間：s。

決定各系統(tǒng)切換時(shí)延主要包括測(cè)量周期、遲滯時(shí)間和切換執(zhí)行時(shí)間。

GSM、DCS的切換

按照GSM系統(tǒng)切換完成所需時(shí)間最差為12s考慮，地鐵列車最高時(shí)速為80km/h，則所需場(chǎng)強(qiáng)重疊區(qū)：D = VT=（80000/3600） ×12=266m。

TD-SCDMA的切換

根據(jù)規(guī)范3GPP TS25.123規(guī)定，TD-SCDMA異頻測(cè)量周期是480ms，遲滯時(shí)間范圍是640ms～1280ms，切換執(zhí)行時(shí)間為：500ms～1000ms。因此TD-SCDMA總的切換時(shí)延1.5s～3s。

切換帶一般處于隧道中間，而此時(shí)地鐵列車的速度通常較高。按峰值車速80 km/h計(jì)算，切換時(shí)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(jì)算，則形成-3 dB的場(chǎng)強(qiáng)差需要60 m。綜合考慮切換時(shí)延和觸發(fā)切換所需的切換帶距離要求，隧道內(nèi)理論上應(yīng)至少設(shè)計(jì)126 m的切換帶。

CDMA、WCDMA的切換

根據(jù)規(guī)范3GPP TS25.133規(guī)定，WCDMA 同頻測(cè)量周期是200ms，遲滯時(shí)間為240ms～1280ms，切換執(zhí)行時(shí)間為600ms～800ms。因此，WCDMA總的切換時(shí)間為1s～3s.根據(jù)地鐵目前峰值車速80km/h 計(jì)算，隧道內(nèi)兩個(gè)小區(qū)間理論上需設(shè)置66m的切換帶。

LTE的切換

LTE系統(tǒng)中用戶面的切換時(shí)延典型值為50ms，控制面的切換時(shí)延典型值為30ms， LTE系統(tǒng)內(nèi)切換通常在100-200ms內(nèi)完成，切換所需時(shí)間按照最差為0.3s考慮，隧道內(nèi)兩個(gè)小區(qū)間理論上需設(shè)置6.6m的切換帶，可忽略不計(jì)。

四、結(jié)論及建議

地鐵交通系統(tǒng)中由于有相當(dāng)部分的線路位于地下隧道中，確保地鐵內(nèi)無線室內(nèi)分布系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行是保證地鐵移動(dòng)通信信號(hào)連續(xù)、穩(wěn)定的基礎(chǔ)，關(guān)系到能否為地鐵乘客提供優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。

地鐵隧道間無線通信越區(qū)切換是隧道信號(hào)覆蓋的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，而隧道間切換帶的設(shè)置將直接影響越區(qū)切換效果。以上介紹的切換帶設(shè)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(dòng)臺(tái)在隧道間的越區(qū)切換問題。實(shí)際工程中應(yīng)按工程實(shí)際需要考慮選取最優(yōu)方案，以滿足地鐵內(nèi)室內(nèi)分布系統(tǒng)的順利運(yùn)行，達(dá)到好的覆蓋效果。

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