浅谈地铁民用移动通信切换区的设计

山笑磊

随着城市轨道交通的发展，越来越多的民众在出行时选择轨道交通，地铁场景下的民用通信建设变得尤为重要。在地铁轨道交通的民用通信中，虽然覆盖方式和建设方式很重要，但是在站厅台和隧道内的切换成功率则是影响轨道交通民用通信感知的重要因素。

研究民用移动通信切换区的目的是将不同小区间的切换成功率控制在可接受范围内，保证移动通信用户通话质量和感知良好。信号切换是指在收到移动台信号电平低于预分配门限值时，基站开始进行切换。首先要分析地铁民用通信中可能存在切换的区域，然后进一步确定在切换区域的建设策略和设置方法，以此作为依据来提高切换成功率，整体优化网络质量。笔者将对此设计有效的地铁民用移动通信切换区，旨在为今后这方面的研究提供一定的借鉴意义。

一、切换区场景分析

当通话的移动终端从一个小区覆盖范围向另一个小区覆盖范围移动时，会进行网络信号自动转换处理，即切换区场景。

地铁人流密集，数据业务量大，单小区往往无法满足容量需求。可将地铁站与对应地面室外统一的LAC/ RAC，在进去地铁隧道时同样会位置更新，这样一列列车就可达1860人，控制信道信令负荷较大，建议地铁内所有小区规划在一个LAC/RAC内，避免地铁内的跨LAC/RAC切换及位置更新。

在地铁覆盖中，涉及切换场景多，乘客出入车站时与室外小区宏站进行切换，乘客经过站厅不同小区之间的切换（人流较大车站），乘客由站厅到站台之间的小区切换，地铁列车隧道区间内经过两个不同小区的切换，地铁列车进出隧道与室外小区的切换等。

二、站厅台切换设置

容量和功率是车站无源分布系统小区划分的两个限制因素。受功率限制的场景，对比分析小区切换的要求，可采用合并小区的方案。而结合实际情况，车站往往会根据信源功率和容量两个要求划分为两个小区，两个小区的分工独立，一个小区主要负责覆盖站厅和入口，另一个小区则负责覆盖站台、两侧隧道以及隧道内。

（一）地铁车站出入口的切换

地铁车站出入口的切换多发生在由出入口向地下站厅台过渡的楼梯、扶梯区域。切换区域长的计算公式为：人通过入口的切换切换时间×人的走动速度。例如，地铁出入口附件的内外场强保持一致，自动扶梯每6秒运行一次，假设人在快跑状态下的行走速度为3米/秒，人经过出入口的切换时间为12秒。切换区域长则为36米（12秒×3米/秒）。

要想保证乘客在经过车站出入口的信号平稳切换的前提条件是，乘客出入地铁，切换信号电平保证在-85dBm以上。

结合实际情况，在保证信号切换时电平大于-85dBm的条件下，在距离切换交叉点20m左右处安装天线可实现，与此同时，需要注意的是，还需要防止地铁入口覆盖信号不被外泄，从而实现地铁内分布式覆盖系统与室外小区之间的切换顺利。

（二）地铁站厅不同小区之间的切换

地铁站臺分为地下式和地上式，地上式站台厅一般是由室外宏站完成覆盖，这里仅讨论地下式站台厅。一般而言，地铁站厅台在上，站台区域在下，两个区域通过扶梯连接，主要人流通过扶梯进行转换。因此地铁站厅台区域的切换主要发生在扶梯区域，参考地铁出入口的切换计算方法，可计算出站厅台的切换区。

针对于大型站厅台，同层内需要布置多个小区时，则根据切换要求，合理布置天线间距，保证两个小区信号重叠区边缘场强在-85dBm以上即可确保信号良好无间断的切换。

三、隧道内切换设置

（一）区间隧道内切换

信号切换通常会发生在两个校区交会时，所以足够多的重叠覆盖区是保证信息正常切换的基础。隧道内的电磁环境相较于隧道外较为纯净，因此，信息强度在轨道内的变化有规律可循，具体体现在，假如A.B站，列车在此区间运行时（A站——>B站），A站的信号会变得越来越弱，与此同时，B站的信号会急速增强。从而，具有较高的切换测量的计算速度和准确性。值得注意的是，若越区切换模测量的场门限值在启动时有意调高，越区切换测量计算即可提前到达。

也可以有效降低相邻小区信号电平与本小区信号电平的差值，从而在相邻小区信号质量好于本小区质量时可实现款速切换。并缩短与邻小区的测量计算时间，便于移动台快速匹配相邻合适小区进行越区切换，最终保证通话质量。

由于轨道交通覆盖系统属于多系统输入，切换带设置需充分考虑不同制式之间的切换差异，重叠区域设置满足切换距离需求，重叠覆盖区域过小会导致切换失败，要合理设计重叠覆盖区域。

1、GSM切换重叠覆盖区

GSM切换重叠覆盖区设计：切换时长应小于或者等于6s，列车设计运行的时速应参照小于或等于80km/h的标准进行，场强的重叠区长度为268米。（S=V*T*2=（80000/3600）*6*2=268）

2、CDMA切换重叠覆盖区

CDMA切换重叠覆盖区设计：CDMA切换时长≤3秒，列车设计运行最高时速为80km/h，重叠区长度134米。

3、WCDMA切换重叠覆盖区

CDMA切换重叠覆盖区设计：WCDMA切换时长≤2秒，重叠区长度为S=V*T*2=（80000/3600）*6*2=92米。

4、LTE切换设置

LTE切换重叠覆盖区设计：LTE切换时长为≤1s，重叠区长度为S=V*T*2=（80000/3600）*6*2=46米。

综上所述，根据最高车速80km/h的要求，以上各个系统中GSM系统要求的切换区重叠覆盖区最大，需满足268米的重叠覆盖要求。由于隧道中间车速较快，切换距离较长，而站台与隧道交界处，列车刚启动时速度较慢，切换要求的重叠覆盖区相对较短，为更好的满足各个通信系统的切换，建议隧道内小区切换设置在列车运行方向站台与隧道交界处。

（二）隧道与室外切换

列车进入隧道时，隧道内外信号迅速减弱和迅速增强，导致两侧信号重叠覆盖区不足，可在隧道口的漏泄电缆末端增加对数周期天线或其他定向天线从而覆盖隧道出口方向，与室外小区形成足够的重叠区，从而实现信号顺利切换。

为了满足多系统输入轨道交通覆盖系统的要求，不同制式之间的切换差异是设置切换带首要考虑的条件。由于重叠覆盖区域过小或者重叠覆盖区的距离过长均可能导致切换失败，这就要求设置重叠区域时要满足各个系统切换的距离要求；除此之外，为了杜绝干扰隧道室外宏站覆盖区，应严格控制信号外泄。

四、结语

综上所述，本文旨在为了进一步覆盖地铁民用移动通信信号，实现专用无线通信系统的设计。众所周知，用户往往是在地铁出入口或者移动的列车中通信，那么，信号切换问题就需要被重视起来。同时，针对于地铁内移动通信系统而言，其区分于地面移动通信系统，这是由于前者设备均在地下与隧道里面，需要借助多个基站来进一步覆盖地铁的民用信号。本文主要根据当前环境下地铁民用通信的各个区域的切换情况，逐一分析了站厅台和隧道内的切换形成特性，并对此给出具体的计算方法。最后结合各个场景类型，给出了不同场景下的不同民用通信系统的切换距离和场强要求，对于地铁民用通信建设具有一定的指导作用。

作者单位：中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司