地鐵無線TETRA系統的覆蓋與優化

周海春

隨著近年來國內城市地鐵建設的加快，地鐵專用無線調度通信系統得到了越來越廣泛的應用。由于TETRA標準具有技術開放、先進、頻率利用率高、保密性強、語音質量好、呼叫建立時間快等優點，目前各城市新建的專用無線調度系統大都采用了該標準。本文結合深圳地鐵TETRA系統的應用情況，重點介紹如何做好TETRA系統的覆蓋及優化工作。

1 地鐵無線場強覆蓋考慮因素

1．地鐵線路沿線無線場強主要覆蓋在運營線路狹長的地帶，其規劃類似于線性、鏈狀的無線網絡覆蓋系統，而車站內及車輛段 (停車場)內的無線場強規劃與民用建筑內相類似。

2．地鐵場強覆蓋設計需參照土建環境，考慮地下、高架、站內及車輛段 (停車場)等不同的情況。

3．場強覆蓋的最終目的應以滿足地鐵范圍內對無線的需求，滿足無線通信場強邊緣接收電平及無線場強覆蓋概率2大指標。

4．場強覆蓋應滿足電磁環境衛生要求。

地鐵隧道區間或高架區間漏纜距列車車體邊緣一般不超過6m，因此漏纜至車載臺的無線傳播為視距傳播。傳播路徑損耗為漏纜耦合損耗+其他附加損耗。

站廳及出入通道，一般1個天線覆蓋半徑不超過50m，設備區不超過15m，因此天線至移動臺的無線傳播為視距傳播。傳播路徑損耗為視距自由空間損耗+其他附加損耗。

2 專用無線場強覆蓋設計步驟

1．根據設計余量，確定上、下行無線鏈路的最小接收電平。

2．按照鏈路計算能量需求，兼顧上、下行鏈路余量平衡，選取合適的基站發射功率，有利于節能及環保，延長設備的使用壽命。

3．選用不同參數的功分器及定向耦合器，以優化基站射頻能量在不同覆蓋區域內合理分配，確保運營車站、區間及列車司機與行車調度之間的無線信道質量。

4．通過對漏泄電纜、天線、射頻電纜的優化選型 (各類損耗及增益)及安裝設計，來達到場強覆蓋面積最大化和節約資源的目的。

5．在滿足移動臺邊緣場強的同時，滿足電磁環境衛生的要求。

6．確定與核算滿足移動臺邊緣場強，基站覆蓋1/2區間漏纜末端電平，車站室內天線端口電平等。

7．確定末端電平余量預算后，只需計算從基站至漏纜末端，或天線端口的鏈路即可。

8．根據實際場強效果，無法通過直接覆蓋實現的，可通過增加光纖直放站的數量來提高場強。

3 無線場強覆蓋的計算

通過選取合適的設備及參數進行計算，可得到相關覆蓋數據，為無線系統的覆蓋及優化提供參考。以深圳地鐵為例，最小接收電平－85dBm、覆蓋概率95%、設計余量 6dB，分別計算 1-5/8″漏纜、1-1/4″漏纜及出站廳、出入口、換乘通道等覆蓋范圍。

3.1 區間采用1-5/8″漏纜

手持臺滿足100m連續區段內場強無縫覆蓋時間及地點概率為95%的要求，1-5/8″漏纜區間長度計算方程:

其中，P為手持臺發射功率，A為分布系統損耗，B為漏纜系統損耗，C為附加損耗。

已知 1-5/8″漏纜安裝高度距軌面3.6m，1/2區間漏纜長度為 L/2(m)，基站輸出功率為25W(44dBm)，最小接收電平為－90dBm，手持臺輸出功率為1W(30dBm)。相應參數值及鏈路計算見表1～表3。

對于基站 (手持臺)上行鏈路，將相應參數值代入公式 (1)可得:30－12.7－ (B1*L/2+58)－15.5=－90dBm(B1=0.03，為漏纜傳輸損耗系數)，則L=2252m。

表1 A分布系統損耗表

表2 B漏纜系統損耗

表3 C附加損耗計算表

對于基站下行鏈路，將參數值代入公式 (1)可得:44－12.7－ (B1*L/2+58) －18.5=－85dBm，則L=2652m。實際計算中一般只考慮基站上行鏈路即可。

在不加直放站的情況下，車站區間1-5/8″漏纜覆蓋的最大距離為2252m，對于區間超過此長度的應增加直放站。

3.2 區間采用1-1/4″漏纜

1-1/4″漏纜傳輸損耗系統為0.037dB/m，代入公式 (1)得L=1394m。在不加直放站的情況下，車站區間 1-1/4″漏纜覆蓋的最大距離為1394m。因此在小于1394m的區間，可以考慮采用1-1/4″漏纜覆蓋。

3.3 站廳、出入口通道、換乘通道等區域覆蓋

以站廳中心設置一個天線為例，天線覆蓋半徑為50m，計算鏈路損耗時，采用自由空間模型，空間損耗計算公式為:

其中，F為頻率 (MHz);D為距離 (km)。以F=850MHz為例，代入公式 (2)，可得50m空間損耗為64.97dB。手持臺功率1W(30dBm)，雙工器插入損耗1dB，耦合損耗30dB，功分器(1/4)損耗6.5dB，1/2同軸電纜100m損耗6.5dB，人體損耗2dB，這樣移動臺接收場強為

30－64.97－1－30－6.5－6.5－2=－80.97dBm

而基站接受靈敏度為－90dBm，滿足室內天線端口功率小于10dBm的要求。

近年來隨著國產漏纜的大量應用，越來越多的地鐵車站站廳、出入口通道、換乘通道等區域采用漏纜覆蓋，場強效果更好。

4 地鐵線路之間的無線覆蓋規劃

無線規劃和覆蓋設計應能滿足移動臺在穿越地鐵幾條不同運營線路時，網間小區重選和越區切換要求，越區切換時移動臺應能保持通話的連續性和語音質量。

深圳地鐵1—5號線無線基站和交換機采用同一家供應商 (EADS公司)的設備。各線在無線交換機層面實現互聯，2條線路交匯換乘站采用共用基站 (部分換乘站為分設基站，三期建設為共用基站模式)，減少了基站建設投資，節省使用頻點。共用基站場強不僅覆蓋了本網絡線路區間，還覆蓋了不同網絡的線路區間，形成網間小區邊緣場強的重疊區，滿足移動臺在換乘站區間的網間越區切換，實現了各條線路無線用戶的互聯互通。

在2條線路無線交換機不互聯時 (或采用不同交換機暫時無法互聯時)，在線路交匯換乘站可采用互聯控制器的方式，實現車站范圍內不同線路站務及維修人員的TETRA移動電話互通。在不同線路2個基站覆蓋下，形成2條線路信號完全重疊的互聯互通覆蓋區。

深圳地鐵原一、二期1—5號線專用無線交換設備為歐宇航DXTip，三期7、9、11號線目前已招標為海能達的ACCESSNET-TIP設備，由于廠家不同，設備差異很大，暫時無法完成中心級交換機互聯。為此，一、二期與三期換乘站的無線規劃為:原1—5號線無線專網信號延伸覆蓋至7、9、11號線區域，而7、9、11號線也延伸覆蓋至1—5號線區域，形成2個不同線路場強覆蓋區完全重疊，換乘站的站務及維修人員無論在1—5號線區域或7、9、11號線區域發起呼叫，都可以先叫回歸屬網，再叫通互聯互通服務器，由服務器進行中轉，實現1—5號線與7、9、11號線的無線電話互通，有利于發生緊急情況時的聯合應急指揮。

5 交換機小區重選參數的優化設置

在地鐵無線網絡規劃中，小區重選是影響無線通信質量的重要問題之一。因為無線信號在地鐵沿線隧道內或高架區間傳播會造成信號的瑞利衰落，從而影響無線通信的質量。如果地鐵無線網絡覆蓋設計或者小區重選參數設置不當，可能會引起掉話。下面以深圳地鐵EADSDXTip交換機及TB3基站為例，分析對小區參數的優化設置。與小區重選關聯的6個小區重選參數及基站的發射功率的優化選取見表4。

1．參數SRT及FRT。通常情況下，根據小區間無線信號重疊區、列車運行速度及無線環境情況，可將FRH和SRH設置為0～6dB。車載臺最大發射功率為35dBm，NTXPWER設置為35dBm，NRXLEV設置為－105dBm，小區重選與切換見圖1，計算條件參見表5。當SRT和FRT值被設置為0～30dB時，空閑狀態與通話狀態下觸發電平可以設置在－105～－45dBm(空閑狀態)和－105～－75dBm(通話狀態)。根據經驗，觸發電平在空閑狀態下設置為－59dBm，通話狀態下設置為－75dBm比較理想，則參數優化設置為FRT=30dB，SRT=16dB。

圖1 小區重選與切換圖

2．參數SRH及FRH。車輛段、停車場在地面采用全向或定向天線實施覆蓋，且列車在車輛段、停車場出入線運行時，速度較低，甚至可能停車進行呼叫通話。因此，應采用與正線區間不同的小區重選參數 (FRH及SRH應大于正線2～4dB)，以保證該區域小區重選時的通信質量要求。優化參數設置為:正線，SRH=FRH=2dB;車輛段，SRH=FRH=4dB。

3．參數POW。對于基站的發射功率選取要針對高架、地下、長短區間分別進行優化設置。考慮到地下區間相對封閉，漏纜安裝高度相對較高，區間相對較短;而高架區間相對開放，漏纜安裝相對較低，區間也普遍較長。因此，對于地下段 (或短區間)將基站功率優化調整為4W，則POW=36dBm;對于高架段 (或長區間)將基站功率調整為15W，則POW=42dBm。

6 覆蓋重疊區的控制

為確保越區切換時移動臺能保持通話的連續性和語音質量，按照規劃設計要求，列車的越區切換應在區間完成，因為進、出站前后，司機與行調的通話機率較大。通常經漏纜選型及交換機參數優化，越區切換都能實現列車在區間內進行切換，但對于個別特別短的區間，如深圳地鐵2號線的海上世界站—水灣站，區間長度560m，半區間長度280m，工程開通后經測試發現越區切換在站臺，切換時手機顯示電平較低，雖經網絡小區重選、參數優化調整仍然不能滿足要求。只能通過增加無線鏈路衰減的方法，使得覆蓋重疊區移向列車出發的一端，成功地將越區切換位置拉回區間，實現了理想的越區切換，如圖2所示。

表4 交換機小區參數優化設置表

表5 不同狀態下小區重選觸發條件表

圖2 覆蓋重疊區優化控制圖

地鐵專用無線覆蓋設計還應重視干擾對TETRA網絡無線信道的影響。

1．在滿足移動臺邊緣場強的前提下，場強覆蓋設計應盡可能采用無源射頻設備，盡可能減少中繼放大級數，一般不超過2級。中繼放大器上行噪聲對基站底噪的影響將導致基站接收靈敏度惡化。

2．規劃設計應關注來自同一基站的直放站(中繼器)與施主基站2個不同路徑信號重疊區產生的同頻干擾。為防止同頻干擾對移動臺的影響，二者之間的漏泄電纜應在中間斷開，并間隔一定的距離。

3．在地鐵隧道通信區域，為防止800～900MHz頻段公眾通信對TETRA800MHz調度專網的干擾，在設計、施工時，公眾接收漏纜要求距專網漏纜0.5m以上，困難地段不得少于0.3m。

地鐵專用無線TETRA系統是行車調度員與列車司機之間進行通信的惟一方式，也是公務聯絡和傳遞各種信息的重要手段。因此對TETRA系統的覆蓋與優化進行研究尤為重要，合理的覆蓋與優化設計將能達到很好地通信效果，實現專用無線通信安全、暢通。

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