论地铁隧道内无线室内分布系统切换带的设置

侯晓辉

【摘要】 结合地铁无线室内分布系统的建设经验，介绍地铁隧道内无线通信的越区切换带设置。通过对隧道间无线通信系统中不同网络制式下的越区切换带设置方案的分析。使无线通信信号能在隧道内实现平滑切换，为列车安全运行和乘客提供优质的无线通信服务。

【关键词】 室内分布系统 泄漏电缆 移动通信 地铁隧道 切换

一、概述

伴随着我国经济的飞速发展，我国的地铁建设也进入了大高潮， 由于地铁的特殊性质，也使得地铁内建设无线室内分布系统成为必然。而泄漏电缆的覆盖特性无疑是实现地铁隧道间移动通信的一种有效途径。但由于无线通信的功率受限，各个网络制式间的网络性能不一致；地铁内的无线室内分布系统切换存在诸多的问题，特别是在隧道内，由于多种因素产生的信号快速衰落现象，切换带的设置对切换效果的影响很大，直接关系到移动通信网络的服务质量。

本文讨论的切换是指蜂窝移动通信网络中的不同小区之间的越区切换，所谓不同的小区，包括同系统的不同小区或不同系统小区。对于两个小区而言，可以定义它们的切换区域，即在两个不同小区的覆盖范围内存在的某些重叠区域，在该区域内移动台能将通信连接有效和可靠地从服务小区切换到目标小区，以保证通信的连续性。因此，对于一个移动通信网络，其切换带就是指满足给定切换准则的所有切换区域的集合。

二、切换带设置的必要性

一个蜂窝移动通信网络中切换带的设置将与许多的网络性能相关，例如网络的覆盖、网络的容量、链路质量以及网络建设成本等指标。切换带大小和形状将影响网络的覆盖率和覆盖效果，切换带设置应是在满足合理的覆盖率的前提下尽量提高覆盖效果，不同的地理环境对覆盖的要求是不同的，因此，不同地理环境下的网络的切换带设置也是不同的。

地铁内的无线室内分布系统与地面通信系统之间的最大区别是全部在地下，而且大部分在隧道内。因此，在地铁隧道内能在高速运行的车辆上保证越区切换的顺利进行就成了一个重要问题。由于地铁隧道区间是链状覆盖网，一般两个车站的越区切换基本上在隧道区间的中部，地铁车辆在该部位的车速最高，同时列车又是金属外壳。此外，与地面通信系统不同的是，地铁交通沿线小区的重叠区域非常单一，不会出现在一个地理位置上存在众多小区的覆盖，也因此地铁隧道内无线室内分布系统切换带的设置就很有必要。

三、隧道内切换分析

3.1隧道覆盖方式

隧道覆盖通常可以采用高增益定向天线和泄漏电缆的方式。

定向天线方式的主要优点是工程造价低，但受几个方面因素的影响：在狭窄的隧道中，天线安装位置不易解决；覆盖形成“锯齿效应”，信号分布不均匀，网络效果不理想；因受到“车头穿透损耗”和“多普勒效应附加损耗”的影响，覆盖距离大为减小；对于弯度较多的路段，需要较多的天线接力，以保持覆盖的连续性。

泄漏电缆是比较适合在隧道环境中应用的一种覆盖方式。它有信号场强分布均匀、电缆可沿隧道走势布放、随路施工便利等优点；其缺点是造价高、为保证覆盖距离而采用粗馈缆时，过大的转弯半径也会给施工带来很大难度。

均衡两种覆盖方式，为了保证隧道内的信号均匀分布，隧道內都使用泄漏同轴电缆（LCX）进行覆盖。

3.2隧道中切换带的考虑

在地铁隧道内运行列车上的移动台通过来自不同站点信号的交会处时将会发生信号切换。如图1所示

越区切换区的宽度与车速和切换时间有关。移动通信的移动试验表明，车速达到80k m / h 仍能正常接收。

越区切换区宽度D 的计算公式为：

D = V′T ′（km 或m） （1）

式（1） 中： V′是移动用户（列车）的运动速度：km/h 或m/s ；

T ′是越区切换时间：s。

决定各系统切换时延主要包括测量周期、迟滞时间和切换执行时间。

GSM、DCS的切换

按照GSM系统切换完成所需时间最差为12s考虑，地铁列车最高时速为80km/h，则所需场强重叠区：D = VT=（80000/3600） ×12=266m。

TD-SCDMA的切换

根据规范3GPP TS25.123规定，TD-SCDMA异频测量周期是480ms，迟滞时间范围是640ms～1280ms，切换执行时间为：500ms～1000ms。因此TD-SCDMA总的切换时延1.5s～3s。

切换带一般处于隧道中间，而此时地铁列车的速度通常较高。按峰值车速80 km/h计算，切换时延将形成33～66 m的切换距离。泄漏电缆的损耗按照-5 dB/100 m计算，则形成-3 dB的场强差需要60 m。综合考虑切换时延和触发切换所需的切换带距离要求，隧道内理论上应至少设计126 m的切换带。

CDMA、WCDMA的切换

根据规范3GPP TS25.133规定，WCDMA 同频测量周期是200ms，迟滞时间为240ms～1280ms，切换执行时间为600ms～800ms。因此，WCDMA总的切换时间为1s～3s.根据地铁目前峰值车速80km/h 计算，隧道内两个小区间理论上需设置66m的切换带。

LTE的切换

LTE系统中用户面的切换时延典型值为50ms，控制面的切换时延典型值为30ms， LTE系统内切换通常在100-200ms内完成，切换所需时间按照最差为0.3s考虑，隧道内两个小区间理论上需设置6.6m的切换带，可忽略不计。

四、结论及建议

地铁交通系统中由于有相当部分的线路位于地下隧道中，确保地铁内无线室内分布系统能够稳定运行是保证地铁移动通信信号连续、稳定的基础，关系到能否为地铁乘客提供优质的通信服务。

地铁隧道间无线通信越区切换是隧道信号覆盖的一项重点工作，而隧道间切换带的设置将直接影响越区切换效果。以上介绍的切换带设置方案能够较好的解决基于泄漏电缆覆盖的无线通信的移动台在隧道间的越区切换问题。实际工程中应按工程实际需要考虑选取最优方案，以满足地铁内室内分布系统的顺利运行，达到好的覆盖效果。

参 考 文 献endprint