地铁覆盖系统中小区场景切换的探讨研究

叶 楠，汤紫雄

（福州海峡职业技术学院 信息工程系，福建 连江 350506）

地铁覆盖系统中小区场景切换的探讨研究

叶 楠，汤紫雄

（福州海峡职业技术学院 信息工程系，福建 连江 350506）

为提升用户感知度，使旅客充分的感受到轨道交通高品质的服务，针对越区切换的几个要点，提出地铁覆盖系统中存在的几种小区场景切换方案并进行了分析研究。此研究结论不仅可以对地铁覆盖系统设计提供重要的参考，还对于后期面向特殊场景下的室内分布系统建设具有重要的理论指导意义。

地铁；覆盖系统；切换方案

在地铁的民用通信设计过程中，我们要对地铁内部进行覆盖，主要的手段是站台站厅的分布系统和区间内布置漏缆，并且配置相应的信源。但是由于地铁内部区域比较大，地铁隧道较长，就必须分配多个信源，用于补偿各个覆盖范围的信号强度。这就必然导致地铁内存在着多种覆盖小区[1]。因此，在地铁通信系统覆盖过程，如何实现这些覆盖小区间的切换是地铁内部覆盖减少掉话，提高小区切换成功率的重要手段。

1 越区切换的要点

为了保证通信的连续性，当正在通话的移动台从一个小区进入相邻的另一小区时，工作频道从一个无线频道上转换到另一个无线频道上，而通话不中断的过程就称为越区切换[2]。越区切换是实现移动通信的必要条件，也是移动交换系统的特殊要求之一。

一般来说，移动终端越区过程中，小区间信号的强弱也随之变化。越区切换是否成功将与该小区间信号强弱变化的快慢有着极大的关系。当越区过程出现较强信号干扰或者信号强弱变化较快之时，小区间的网络与移动终端的切换很有可能就来不及完成。因此，当移动终端发生切换的整个过程中，保证原服务小区信号不突然衰弱变化，一直处于满足电平要求范围内，是实现越区切换成功的关键要点[3]。

信号的越区切换应根据不同移动终端的运动速率以及移动终端所处的不同环境分别讨论，以便采取相对应的切换方案[4]。

1.1 用户速率

客人乘坐地铁的过程大体可表现为三个流程，即步行过程、乘坐自动扶梯过程和地铁内搭乘过程。而对于这三种方式，步行速率相对较慢，只能达到每小时五公里；列车运行过程相对较快，最高可达每小时八十公里；乘坐自动扶梯则一般表现在每小时五到十公里的速率。

1.2 切换时延

切换时延是指用户在两个小区之间切换所需要的时间。这是保证用户具有良好业务体验的重要指标。针对不同的通信系统机制，越区切换时延也有所不同。切换方式有软切换和硬切换之分。在GSM系统中，越区切换是频道的切换，为硬切换，其切换时间很短，用户基本无感觉，而认为通话没有中断。在CDMA系统和WCDMA系统中既支持硬切换，也支持软切换；TD-SCDMA系统为接力切换技术和硬切换，不仅具有软切换的功能还能克服软切换浪费信道资源的缺点，可用于不同载波频率，不中断通信的理想越区切换；TD-LTE可以采用快速硬切换方法，实现与现有3GPP和非3GPP的兼容。要完成越区切换，对于移动GSM、联通WCDMA、电信CDMA，其值需保持在750 ms左右；3G类型的移动TD-SCDMA，时延值则保持在2.2s左右；当前4G网络的崛起，则对时延时间有了更高要求，需要求保持在60~70 ms之间。从以上看出，目前的切换时延都已经达到了较高的水准。

1.3 切换距离设置

根据用户的速率和切换时延，可计算得出切换带的距离值。无线网络小区间信号重叠区域的示意图，可如图1所示。现设无线网络小区间的切换时延为T，用户的速率为V，则两小区间信号重叠区域的切换带距离的理论值即为：

因此，要保证移动终端信号能完成越区切换，在地铁通信网络覆盖设计初期，就需将小区间信号重叠区域的切换带的实际距离值L'大于理论的切换带距离值L，即L'≥L。当L'

图1 无线网络小区间信号重叠区域的示意图

2 地铁覆盖系统的切换方案

地下轨道交通设施一般由隧道、换乘通道、出入站口、站台和站厅这五部分组成，根据各区域在空间上的分布特点，地铁覆盖系统中的切换发生的位置大致可以归为5大场景：地铁隧道内和隧道外之间的切换；地铁隧道区间内部的切换；隧道区间和站台之间的切换；站台和站厅之间的切换；站厅和车站外之间的切换[5-6]。

2.1 隧道内与隧道外的切换

在轨道交通建设中，部分地铁线路需要变为高架线路或者地面线路运行，就有了地面和地下相结合的情况。这样，由隧道内小区切换到隧道外小区，或者是由隧道外小区切换到隧道内小区时，对于列车上的移动用户来说，将要产生一次切换，但往往信号在隧道口处迅速的衰弱，导致不足以确保完成越区切换。一般情况下，为保证列车在出入隧道口时能移动用户能保持通信，当覆盖隧道的漏缆到达隧道口处时常采用负载设备将漏缆堵住，创造切换区域。

但是采用这种方法的不足就在于，漏缆的无线信号无法在隧道外形成有效的覆盖，且切换区只能设置在隧道即将出口处，而隧道外部的覆盖信号在进隧道后将会形成比较长距离的覆盖区域。这样就导致了无线覆盖信号重叠区域过短，使得手机信号的切换成功率不高出现掉话的现象。因此，本文将采取以下三种方法增加无线覆盖信号重叠区域的切换间距，增加无线覆盖信号重叠区域的切换间距是提高切换成功率的重要手段之一。

方法一：在漏缆终端，用小板状天线定向朝隧道口发射信号。

这种情况下，漏缆的无线信号通过小板状天线在隧道外形成一定距离的覆盖，（初步估算提高近20m），切换区则由隧道口内外两部分组成，这样无线覆盖信号重叠区域适当增加，适当提高手了机信号的切换成功率，但是增加的距离实在有限（20m），切换成功率的提升也比较有限。

方法二：漏缆到隧道口不中断，继续向外延伸若干米，然后用负载设备堵塞。

这种情况下，漏缆的无线信号在隧道外形成比较长距离的覆盖，切换区则由隧道口外形成，这样无线覆盖信号重叠区域大大增加，极大的提高了手机信号的切换成功率。

向外延伸的距离应该根据隧道外信号的强弱来综合考虑，同时为了保证漏缆内的信号强度，则尽量将该漏缆的信源安装在离隧道口近的地方。这种方法是解决这种场景的重要手段。

方法三：延伸到隧道外的漏缆终端不用负载堵塞，而是安装漏缆终端天线。

这种情况下，隧道外部无线覆盖信号重叠区域进一步增加，进一步的提高了手机信号的切换成功率。同时抗外部的弱覆盖能力也得到了提高。这是建立在方法二的基础上的一种锦上添花的手段。

2.2 隧道区间内部的切换

地铁的地下区间一般会比较长，在该区间内移动通信会相应设置若干个小区，列车再来回运行中，产生小区的切换。该场景下的切换间距则可以根据上述1.3小节所述，根据各类网络制式和频段的情况，计算其切换间距L，一般设置将信号重叠区域长度设置切换带的实际距离值L'不小于理论的切换带距离值L。

2.3 隧道区间和站台之间的切换

地铁车站候车的站台一般情况下是岛式的，站台两侧是列车轨道，出站台之后分别进入相应的地下隧道。移动通信为了能够覆盖隧道区间及站台的区域，通常将隧道区间和站台分别设置为不同的小区，当列车进入站台，则会产生小区的切换。本文建议将站台两侧的隧道区间和站台之间的小区都设置为同一个小区区域，以减少越区切换的次数。

2.4 站台和站厅间的切换

站台和站厅间的切换的位置主要发生在乘客步行楼梯或搭乘自动扶梯进入两区域区间时。为了确保信号在自动扶梯或者楼梯的良好覆盖，本文的方案为在自动扶梯或楼梯的上下两方相应的位置上安装室内分布系统天线。这将有两种情况：

当站台和站厅都为同一个小区时，只要保证自动扶梯或楼梯能进行良好的覆盖即可。

当站台和站厅不为同一个小区时，这时需要考虑由于建筑物遮挡、人群拥挤以及人体位移运动产生瑞利衰落等因素产生的信号衰落，使得越区切换重叠区域不够引起掉话的现象。因此，只要保证站台和站厅这两个小区信号重叠区边缘场强在-85 dBm以上即可信号良好无间断的切换。

2.5 车站出入口间的切换

车站出入口发生切换的位置主要在地铁站口附近，这时候地铁出入口小区切换的能量将有极大的变化。该场景的切换模式与上节2.4站台和站厅间的切换模式非常类似。因此，在自动扶梯或楼梯的下方相应的位置安装室内分布系统天线，只要保证入口大厅和地铁内区域两个信号重叠区边缘场强在-85 dBm以上即可实现小区切换。

3 结束语

本文对地铁通信覆盖系统中小区越区切换方法进行了论述与分析，包括对覆盖方式，小区切换的关键问题，同时创造性的指出在具体的不同小区场景下切换方案的设计思路，希望能为类似工程提供参考。地铁通信覆盖系统在设计阶段，要进行理论计算，通过计算结合实际的经验，有依据的进行信源数量设计以及小区规划，初步确定小区数量以及同小区情况，适当设置一定的预留量。在工程后期，需要进行信号测试，对测试结果进行分析，然后根据测试分析结果，对小区数量及设置进行修正，以期达到小区切换的最优效果，这将是本文的后续研究内容。

[1] 马祺.地铁民用通信分布系统的设计与实现[D].北京:北京邮电大学,2011.

[2] 魏红.移动通信技术(第2版)[M].北京:人民邮电出版社, 2009.

[3] 王辉,吴闯龙.地铁建设中民用通信系统的关键技术探讨[J].城市轨道交通研究,2004(4):30-32.

[4] 周杭.地铁民用无线通信系统切换分析和解决对策[J].现代城市轨道交通,2008,2:18-20.

[5] 龚小聪.地铁移动通信系统切换设计[J].城轨交通,2005, 41(12):49-50.

[6] 李栋,丁国鹏,赵明,等.隧道内移动通信越区切换区域设置方案的比较研究[J].铁道工程学报,2007(1):57-58.

（责任编辑、校对：田敬军）

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

福建省教育厅B类科技项目（JB14230），福建省教育厅B类科技项目（JB14229）

2014-12-12

叶楠（1990-），女，福建宁德人，硕士，助教，研究方向为移动通信、电子信息、图形学。