淺談地鐵民用移動通信切換區(qū)的設(shè)計

山笑磊

隨著城市軌道交通的發(fā)展，越來越多的民眾在出行時選擇軌道交通，地鐵場景下的民用通信建設(shè)變得尤為重要。在地鐵軌道交通的民用通信中，雖然覆蓋方式和建設(shè)方式很重要，但是在站廳臺和隧道內(nèi)的切換成功率則是影響軌道交通民用通信感知的重要因素。

研究民用移動通信切換區(qū)的目的是將不同小區(qū)間的切換成功率控制在可接受范圍內(nèi)，保證移動通信用戶通話質(zhì)量和感知良好。信號切換是指在收到移動臺信號電平低于預(yù)分配門限值時，基站開始進行切換。首先要分析地鐵民用通信中可能存在切換的區(qū)域，然后進一步確定在切換區(qū)域的建設(shè)策略和設(shè)置方法，以此作為依據(jù)來提高切換成功率，整體優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。筆者將對此設(shè)計有效的地鐵民用移動通信切換區(qū)，旨在為今后這方面的研究提供一定的借鑒意義。

一、切換區(qū)場景分析

當通話的移動終端從一個小區(qū)覆蓋范圍向另一個小區(qū)覆蓋范圍移動時，會進行網(wǎng)絡(luò)信號自動轉(zhuǎn)換處理，即切換區(qū)場景。

地鐵人流密集，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量大，單小區(qū)往往無法滿足容量需求。可將地鐵站與對應(yīng)地面室外統(tǒng)一的LAC/ RAC，在進去地鐵隧道時同樣會位置更新，這樣一列列車就可達1860人，控制信道信令負荷較大，建議地鐵內(nèi)所有小區(qū)規(guī)劃在一個LAC/RAC內(nèi)，避免地鐵內(nèi)的跨LAC/RAC切換及位置更新。

在地鐵覆蓋中，涉及切換場景多，乘客出入車站時與室外小區(qū)宏站進行切換，乘客經(jīng)過站廳不同小區(qū)之間的切換（人流較大車站），乘客由站廳到站臺之間的小區(qū)切換，地鐵列車隧道區(qū)間內(nèi)經(jīng)過兩個不同小區(qū)的切換，地鐵列車進出隧道與室外小區(qū)的切換等。

二、站廳臺切換設(shè)置

容量和功率是車站無源分布系統(tǒng)小區(qū)劃分的兩個限制因素。受功率限制的場景，對比分析小區(qū)切換的要求，可采用合并小區(qū)的方案。而結(jié)合實際情況，車站往往會根據(jù)信源功率和容量兩個要求劃分為兩個小區(qū)，兩個小區(qū)的分工獨立，一個小區(qū)主要負責(zé)覆蓋站廳和入口，另一個小區(qū)則負責(zé)覆蓋站臺、兩側(cè)隧道以及隧道內(nèi)。

（一）地鐵車站出入口的切換

地鐵車站出入口的切換多發(fā)生在由出入口向地下站廳臺過渡的樓梯、扶梯區(qū)域。切換區(qū)域長的計算公式為：人通過入口的切換切換時間×人的走動速度。例如，地鐵出入口附件的內(nèi)外場強保持一致，自動扶梯每6秒運行一次，假設(shè)人在快跑狀態(tài)下的行走速度為3米/秒，人經(jīng)過出入口的切換時間為12秒。切換區(qū)域長則為36米（12秒×3米/秒）。

要想保證乘客在經(jīng)過車站出入口的信號平穩(wěn)切換的前提條件是，乘客出入地鐵，切換信號電平保證在-85dBm以上。

結(jié)合實際情況，在保證信號切換時電平大于-85dBm的條件下，在距離切換交叉點20m左右處安裝天線可實現(xiàn)，與此同時，需要注意的是，還需要防止地鐵入口覆蓋信號不被外泄，從而實現(xiàn)地鐵內(nèi)分布式覆蓋系統(tǒng)與室外小區(qū)之間的切換順利。

（二）地鐵站廳不同小區(qū)之間的切換

地鐵站臺分為地下式和地上式，地上式站臺廳一般是由室外宏站完成覆蓋，這里僅討論地下式站臺廳。一般而言，地鐵站廳臺在上，站臺區(qū)域在下，兩個區(qū)域通過扶梯連接，主要人流通過扶梯進行轉(zhuǎn)換。因此地鐵站廳臺區(qū)域的切換主要發(fā)生在扶梯區(qū)域，參考地鐵出入口的切換計算方法，可計算出站廳臺的切換區(qū)。

針對于大型站廳臺，同層內(nèi)需要布置多個小區(qū)時，則根據(jù)切換要求，合理布置天線間距，保證兩個小區(qū)信號重疊區(qū)邊緣場強在-85dBm以上即可確保信號良好無間斷的切換。

三、隧道內(nèi)切換設(shè)置

（一）區(qū)間隧道內(nèi)切換

信號切換通常會發(fā)生在兩個校區(qū)交會時，所以足夠多的重疊覆蓋區(qū)是保證信息正常切換的基礎(chǔ)。隧道內(nèi)的電磁環(huán)境相較于隧道外較為純凈，因此，信息強度在軌道內(nèi)的變化有規(guī)律可循，具體體現(xiàn)在，假如A.B站，列車在此區(qū)間運行時（A站——>B站），A站的信號會變得越來越弱，與此同時，B站的信號會急速增強。從而，具有較高的切換測量的計算速度和準確性。值得注意的是，若越區(qū)切換模測量的場門限值在啟動時有意調(diào)高，越區(qū)切換測量計算即可提前到達。

也可以有效降低相鄰小區(qū)信號電平與本小區(qū)信號電平的差值，從而在相鄰小區(qū)信號質(zhì)量好于本小區(qū)質(zhì)量時可實現(xiàn)款速切換。并縮短與鄰小區(qū)的測量計算時間，便于移動臺快速匹配相鄰合適小區(qū)進行越區(qū)切換，最終保證通話質(zhì)量。

由于軌道交通覆蓋系統(tǒng)屬于多系統(tǒng)輸入，切換帶設(shè)置需充分考慮不同制式之間的切換差異，重疊區(qū)域設(shè)置滿足切換距離需求，重疊覆蓋區(qū)域過小會導(dǎo)致切換失敗，要合理設(shè)計重疊覆蓋區(qū)域。

1、GSM切換重疊覆蓋區(qū)

GSM切換重疊覆蓋區(qū)設(shè)計：切換時長應(yīng)小于或者等于6s，列車設(shè)計運行的時速應(yīng)參照小于或等于80km/h的標準進行，場強的重疊區(qū)長度為268米。（S=V*T*2=（80000/3600）*6*2=268）

2、CDMA切換重疊覆蓋區(qū)

CDMA切換重疊覆蓋區(qū)設(shè)計：CDMA切換時長≤3秒，列車設(shè)計運行最高時速為80km/h，重疊區(qū)長度134米。

3、WCDMA切換重疊覆蓋區(qū)

CDMA切換重疊覆蓋區(qū)設(shè)計：WCDMA切換時長≤2秒，重疊區(qū)長度為S=V*T*2=（80000/3600）*6*2=92米。

4、LTE切換設(shè)置

LTE切換重疊覆蓋區(qū)設(shè)計：LTE切換時長為≤1s，重疊區(qū)長度為S=V*T*2=（80000/3600）*6*2=46米。

綜上所述，根據(jù)最高車速80km/h的要求，以上各個系統(tǒng)中GSM系統(tǒng)要求的切換區(qū)重疊覆蓋區(qū)最大，需滿足268米的重疊覆蓋要求。由于隧道中間車速較快，切換距離較長，而站臺與隧道交界處，列車剛啟動時速度較慢，切換要求的重疊覆蓋區(qū)相對較短，為更好的滿足各個通信系統(tǒng)的切換，建議隧道內(nèi)小區(qū)切換設(shè)置在列車運行方向站臺與隧道交界處。

（二）隧道與室外切換

列車進入隧道時，隧道內(nèi)外信號迅速減弱和迅速增強，導(dǎo)致兩側(cè)信號重疊覆蓋區(qū)不足，可在隧道口的漏泄電纜末端增加對數(shù)周期天線或其他定向天線從而覆蓋隧道出口方向，與室外小區(qū)形成足夠的重疊區(qū)，從而實現(xiàn)信號順利切換。

為了滿足多系統(tǒng)輸入軌道交通覆蓋系統(tǒng)的要求，不同制式之間的切換差異是設(shè)置切換帶首要考慮的條件。由于重疊覆蓋區(qū)域過小或者重疊覆蓋區(qū)的距離過長均可能導(dǎo)致切換失敗，這就要求設(shè)置重疊區(qū)域時要滿足各個系統(tǒng)切換的距離要求；除此之外，為了杜絕干擾隧道室外宏站覆蓋區(qū)，應(yīng)嚴格控制信號外泄。

四、結(jié)語

綜上所述，本文旨在為了進一步覆蓋地鐵民用移動通信信號，實現(xiàn)專用無線通信系統(tǒng)的設(shè)計。眾所周知，用戶往往是在地鐵出入口或者移動的列車中通信，那么，信號切換問題就需要被重視起來。同時，針對于地鐵內(nèi)移動通信系統(tǒng)而言，其區(qū)分于地面移動通信系統(tǒng)，這是由于前者設(shè)備均在地下與隧道里面，需要借助多個基站來進一步覆蓋地鐵的民用信號。本文主要根據(jù)當前環(huán)境下地鐵民用通信的各個區(qū)域的切換情況，逐一分析了站廳臺和隧道內(nèi)的切換形成特性，并對此給出具體的計算方法。最后結(jié)合各個場景類型，給出了不同場景下的不同民用通信系統(tǒng)的切換距離和場強要求，對于地鐵民用通信建設(shè)具有一定的指導(dǎo)作用。

作者單位：中國通信建設(shè)集團設(shè)計院有限公司第四分公司