淺談地鐵民用移動通信切換區的設計

山笑磊

隨著城市軌道交通的發展，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方式很重要，但是在站廳臺和隧道內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的目的是將不同小區間的切換成功率控制在可接受范圍內，保證移動通信用戶通話質量和感知良好。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域，然后進一步確定在切換區域的建設策略和設置方法，以此作為依據來提高切換成功率，整體優化網絡質量。筆者將對此設計有效的地鐵民用移動通信切換區，旨在為今后這方面的研究提供一定的借鑒意義。

一、切換區場景分析

當通話的移動終端從一個小區覆蓋范圍向另一個小區覆蓋范圍移動時，會進行網絡信號自動轉換處理，即切換區場景。

地鐵人流密集，數據業務量大，單小區往往無法滿足容量需求?？蓪⒌罔F站與對應地面室外統一的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，建議地鐵內所有小區規劃在一個LAC/RAC內，避免地鐵內的跨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宏站進行切換，乘客經過站廳不同小區之間的切換（人流較大車站），乘客由站廳到站臺之間的小區切換，地鐵列車隧道區間內經過兩個不同小區的切換，地鐵列車進出隧道與室外小區的切換等。

二、站廳臺切換設置

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

（一）地鐵車站出入口的切換

地鐵車站出入口的切換多發生在由出入口向地下站廳臺過渡的樓梯、扶梯區域。切換區域長的計算公式為：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外場強保持一致，自動扶梯每6秒運行一次，假設人在快跑狀態下的行走速度為3米/秒，人經過出入口的切換時間為12秒。切換區域長則為36米（12秒×3米/秒）。

要想保證乘客在經過車站出入口的信號平穩切換的前提條件是，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，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，從而實現地鐵內分布式覆蓋系統與室外小區之間的切換順利。

（二）地鐵站廳不同小區之間的切換

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，站臺區域在下，兩個區域通過扶梯連接，主要人流通過扶梯進行轉換。因此地鐵站廳臺區域的切換主要發生在扶梯區域，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。

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

三、隧道內切換設置

（一）區間隧道內切換

信號切換通常會發生在兩個校區交會時，所以足夠多的重疊覆蓋區是保證信息正常切換的基礎。隧道內的電磁環境相較于隧道外較為純凈，因此，信息強度在軌道內的變化有規律可循，具體體現在，假如A.B站，列車在此區間運行時（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，若越區切換模測量的場門限值在啟動時有意調高，越區切換測量計算即可提前到達。

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

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

1、GSM切換重疊覆蓋區

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

2、CDMA切換重疊覆蓋區

CDMA切換重疊覆蓋區設計：CDMA切換時長≤3秒，列車設計運行最高時速為80km/h，重疊區長度134米。

3、WCDMA切換重疊覆蓋區

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

4、LTE切換設置

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

綜上所述，根據最高車速80km/h的要求，以上各個系統中GSM系統要求的切換區重疊覆蓋區最大，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相對較短，為更好的滿足各個通信系統的切換，建議隧道內小區切換設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，隧道內外信號迅速減弱和迅速增強，導致兩側信號重疊覆蓋區不足，可在隧道口的漏泄電纜末端增加對數周期天線或其他定向天線從而覆蓋隧道出口方向，與室外小區形成足夠的重疊區，從而實現信號順利切換。

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

四、結語

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，實現專用無線通信系統的設計。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，針對于地鐵內移動通信系統而言，其區分于地面移動通信系統，這是由于前者設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。本文主要根據當前環境下地鐵民用通信的各個區域的切換情況，逐一分析了站廳臺和隧道內的切換形成特性，并對此給出具體的計算方法。最后結合各個場景類型，給出了不同場景下的不同民用通信系統的切換距離和場強要求，對于地鐵民用通信建設具有一定的指導作用。

作者單位：中國通信建設集團設計院有限公司第四分公司