地鐵覆蓋系統中小區場景切換的探討研究

葉 楠，湯紫雄

（福州海峽職業技術學院 信息工程系，福建 連江 350506）

地鐵覆蓋系統中小區場景切換的探討研究

葉 楠，湯紫雄

（福州海峽職業技術學院 信息工程系，福建 連江 350506）

為提升用戶感知度，使旅客充分的感受到軌道交通高品質的服務，針對越區切換的幾個要點，提出地鐵覆蓋系統中存在的幾種小區場景切換方案并進行了分析研究。此研究結論不僅可以對地鐵覆蓋系統設計提供重要的參考，還對于后期面向特殊場景下的室內分布系統建設具有重要的理論指導意義。

地鐵；覆蓋系統；切換方案

在地鐵的民用通信設計過程中，我們要對地鐵內部進行覆蓋，主要的手段是站臺站廳的分布系統和區間內布置漏纜，并且配置相應的信源。但是由于地鐵內部區域比較大，地鐵隧道較長，就必須分配多個信源，用于補償各個覆蓋范圍的信號強度。這就必然導致地鐵內存在著多種覆蓋小區[1]。因此，在地鐵通信系統覆蓋過程，如何實現這些覆蓋小區間的切換是地鐵內部覆蓋減少掉話，提高小區切換成功率的重要手段。

1 越區切換的要點

為了保證通信的連續性，當正在通話的移動臺從一個小區進入相鄰的另一小區時，工作頻道從一個無線頻道上轉換到另一個無線頻道上，而通話不中斷的過程就稱為越區切換[2]。越區切換是實現移動通信的必要條件，也是移動交換系統的特殊要求之一。

一般來說，移動終端越區過程中，小區間信號的強弱也隨之變化。越區切換是否成功將與該小區間信號強弱變化的快慢有著極大的關系。當越區過程出現較強信號干擾或者信號強弱變化較快之時，小區間的網絡與移動終端的切換很有可能就來不及完成。因此，當移動終端發生切換的整個過程中，保證原服務小區信號不突然衰弱變化，一直處于滿足電平要求范圍內，是實現越區切換成功的關鍵要點[3]。

信號的越區切換應根據不同移動終端的運動速率以及移動終端所處的不同環境分別討論，以便采取相對應的切換方案[4]。

1.1 用戶速率

客人乘坐地鐵的過程大體可表現為三個流程，即步行過程、乘坐自動扶梯過程和地鐵內搭乘過程。而對于這三種方式，步行速率相對較慢，只能達到每小時五公里；列車運行過程相對較快，最高可達每小時八十公里；乘坐自動扶梯則一般表現在每小時五到十公里的速率。

1.2 切換時延

切換時延是指用戶在兩個小區之間切換所需要的時間。這是保證用戶具有良好業務體驗的重要指標。針對不同的通信系統機制，越區切換時延也有所不同。切換方式有軟切換和硬切換之分。在GSM系統中，越區切換是頻道的切換，為硬切換，其切換時間很短，用戶基本無感覺，而認為通話沒有中斷。在CDMA系統和WCDMA系統中既支持硬切換，也支持軟切換；TD-SCDMA系統為接力切換技術和硬切換，不僅具有軟切換的功能還能克服軟切換浪費信道資源的缺點，可用于不同載波頻率，不中斷通信的理想越區切換；TD-LTE可以采用快速硬切換方法，實現與現有3GPP和非3GPP的兼容。要完成越區切換，對于移動GSM、聯通WCDMA、電信CDMA，其值需保持在750 ms左右；3G類型的移動TD-SCDMA，時延值則保持在2.2s左右；當前4G網絡的崛起，則對時延時間有了更高要求，需要求保持在60~70 ms之間。從以上看出，目前的切換時延都已經達到了較高的水準。

1.3 切換距離設置

根據用戶的速率和切換時延，可計算得出切換帶的距離值。無線網絡小區間信號重疊區域的示意圖，可如圖1所示。現設無線網絡小區間的切換時延為T，用戶的速率為V，則兩小區間信號重疊區域的切換帶距離的理論值即為：

因此，要保證移動終端信號能完成越區切換，在地鐵通信網絡覆蓋設計初期，就需將小區間信號重疊區域的切換帶的實際距離值L'大于理論的切換帶距離值L，即L'≥L。當L'

圖1 無線網絡小區間信號重疊區域的示意圖

2 地鐵覆蓋系統的切換方案

地下軌道交通設施一般由隧道、換乘通道、出入站口、站臺和站廳這五部分組成，根據各區域在空間上的分布特點，地鐵覆蓋系統中的切換發生的位置大致可以歸為5大場景：地鐵隧道內和隧道外之間的切換；地鐵隧道區間內部的切換；隧道區間和站臺之間的切換；站臺和站廳之間的切換；站廳和車站外之間的切換[5-6]。

2.1 隧道內與隧道外的切換

在軌道交通建設中，部分地鐵線路需要變為高架線路或者地面線路運行，就有了地面和地下相結合的情況。這樣，由隧道內小區切換到隧道外小區，或者是由隧道外小區切換到隧道內小區時，對于列車上的移動用戶來說，將要產生一次切換，但往往信號在隧道口處迅速的衰弱，導致不足以確保完成越區切換。一般情況下，為保證列車在出入隧道口時能移動用戶能保持通信，當覆蓋隧道的漏纜到達隧道口處時常采用負載設備將漏纜堵住，創造切換區域。

但是采用這種方法的不足就在于，漏纜的無線信號無法在隧道外形成有效的覆蓋，且切換區只能設置在隧道即將出口處，而隧道外部的覆蓋信號在進隧道后將會形成比較長距離的覆蓋區域。這樣就導致了無線覆蓋信號重疊區域過短，使得手機信號的切換成功率不高出現掉話的現象。因此，本文將采取以下三種方法增加無線覆蓋信號重疊區域的切換間距，增加無線覆蓋信號重疊區域的切換間距是提高切換成功率的重要手段之一。

方法一：在漏纜終端，用小板狀天線定向朝隧道口發射信號。

這種情況下，漏纜的無線信號通過小板狀天線在隧道外形成一定距離的覆蓋，（初步估算提高近20m），切換區則由隧道口內外兩部分組成，這樣無線覆蓋信號重疊區域適當增加，適當提高手了機信號的切換成功率，但是增加的距離實在有限（20m），切換成功率的提升也比較有限。

方法二：漏纜到隧道口不中斷，繼續向外延伸若干米，然后用負載設備堵塞。

這種情況下，漏纜的無線信號在隧道外形成比較長距離的覆蓋，切換區則由隧道口外形成，這樣無線覆蓋信號重疊區域大大增加，極大的提高了手機信號的切換成功率。

向外延伸的距離應該根據隧道外信號的強弱來綜合考慮，同時為了保證漏纜內的信號強度，則盡量將該漏纜的信源安裝在離隧道口近的地方。這種方法是解決這種場景的重要手段。

方法三：延伸到隧道外的漏纜終端不用負載堵塞，而是安裝漏纜終端天線。

這種情況下，隧道外部無線覆蓋信號重疊區域進一步增加，進一步的提高了手機信號的切換成功率。同時抗外部的弱覆蓋能力也得到了提高。這是建立在方法二的基礎上的一種錦上添花的手段。

2.2 隧道區間內部的切換

地鐵的地下區間一般會比較長，在該區間內移動通信會相應設置若干個小區，列車再來回運行中，產生小區的切換。該場景下的切換間距則可以根據上述1.3小節所述，根據各類網絡制式和頻段的情況，計算其切換間距L，一般設置將信號重疊區域長度設置切換帶的實際距離值L'不小于理論的切換帶距離值L。

2.3 隧道區間和站臺之間的切換

地鐵車站候車的站臺一般情況下是島式的，站臺兩側是列車軌道，出站臺之后分別進入相應的地下隧道。移動通信為了能夠覆蓋隧道區間及站臺的區域，通常將隧道區間和站臺分別設置為不同的小區，當列車進入站臺，則會產生小區的切換。本文建議將站臺兩側的隧道區間和站臺之間的小區都設置為同一個小區區域，以減少越區切換的次數。

2.4 站臺和站廳間的切換

站臺和站廳間的切換的位置主要發生在乘客步行樓梯或搭乘自動扶梯進入兩區域區間時。為了確保信號在自動扶梯或者樓梯的良好覆蓋，本文的方案為在自動扶梯或樓梯的上下兩方相應的位置上安裝室內分布系統天線。這將有兩種情況：

當站臺和站廳都為同一個小區時，只要保證自動扶梯或樓梯能進行良好的覆蓋即可。

當站臺和站廳不為同一個小區時，這時需要考慮由于建筑物遮擋、人群擁擠以及人體位移運動產生瑞利衰落等因素產生的信號衰落，使得越區切換重疊區域不夠引起掉話的現象。因此，只要保證站臺和站廳這兩個小區信號重疊區邊緣場強在-85 dBm以上即可信號良好無間斷的切換。

2.5 車站出入口間的切換

車站出入口發生切換的位置主要在地鐵站口附近，這時候地鐵出入口小區切換的能量將有極大的變化。該場景的切換模式與上節2.4站臺和站廳間的切換模式非常類似。因此，在自動扶梯或樓梯的下方相應的位置安裝室內分布系統天線，只要保證入口大廳和地鐵內區域兩個信號重疊區邊緣場強在-85 dBm以上即可實現小區切換。

3 結束語

本文對地鐵通信覆蓋系統中小區越區切換方法進行了論述與分析，包括對覆蓋方式，小區切換的關鍵問題，同時創造性的指出在具體的不同小區場景下切換方案的設計思路，希望能為類似工程提供參考。地鐵通信覆蓋系統在設計階段，要進行理論計算，通過計算結合實際的經驗，有依據的進行信源數量設計以及小區規劃，初步確定小區數量以及同小區情況，適當設置一定的預留量。在工程后期，需要進行信號測試，對測試結果進行分析，然后根據測試分析結果，對小區數量及設置進行修正，以期達到小區切換的最優效果，這將是本文的后續研究內容。

[1] 馬祺.地鐵民用通信分布系統的設計與實現[D].北京:北京郵電大學,2011.

[2] 魏紅.移動通信技術(第2版)[M].北京:人民郵電出版社, 2009.

[3] 王輝,吳闖龍.地鐵建設中民用通信系統的關鍵技術探討[J].城市軌道交通研究,2004(4):30-32.

[4] 周杭.地鐵民用無線通信系統切換分析和解決對策[J].現代城市軌道交通,2008,2:18-20.

[5] 龔小聰.地鐵移動通信系統切換設計[J].城軌交通,2005, 41(12):49-50.

[6] 李棟,丁國鵬,趙明,等.隧道內移動通信越區切換區域設置方案的比較研究[J].鐵道工程學報,2007(1):57-58.

（責任編輯、校對：田敬軍）

Research on Community Scene Switchover in the Subway Coverage System

YE Nan, TANG Zi-xiong

(Department of Information Engineering, Fuzhou Strait Vocation and Technological College, Lianjiang 350506, China)

In order to enhance the perception of the user, to make the passenger fully feel the rail traffic quality of service, several points of switchover were proposed. According to these points, scene of subway coverage system switch cover schemes were researched. The conclusion of the study not only can provide important reference for subway coverage system design, but also has important theoretical guidance significance for the construction of indoor distribution system which in special cases.

subway; coverage system; switchover scheme

TN925.5

A

1009-9115(2015)02-0058-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2015.02.018

福建省教育廳B類科技項目（JB14230），福建省教育廳B類科技項目（JB14229）

2014-12-12

葉楠（1990-），女，福建寧德人，碩士，助教，研究方向為移動通信、電子信息、圖形學。