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【摘 要】 在中国城市轨道交通的发展步伐越来越快。随着地铁线路由市中心向市郊的延伸，更多的城市采取了市中心地下轨道市郊高架轨道的组合方式。如何在地下轨道区间与地面轨行区与站厅天线之间进行平滑的越区切换，成为地铁通信系统建设中一个重要的命题。
【关键词】 无线通信 泄漏电缆 天线 越区切换
1 概述
目前，中国各个城市都进入了高速发展的进程中，地铁建设也迎来了全面开花的建设高潮，各个省会城市都在争先恐后的开始进行地铁和轻轨的规划、建设、扩建。由于地下轨道和高架轨道的成本差异以及多方面的考虑，大部分城市的地铁格局都采用了市区地下隧道连接市郊地面高架轨道的方式。要保持在列车全程行驶中，通信信号的连接流畅和平滑切换，对列车的通信控制系统提出了更高的要求。
2 越区切换
切换是指在蜂窝系统中，移动台从一个基站或者信道切换到另外一个基站或者信道的全过程，这个过程也称之为自动链路转移。切换过程中，不仅仅要识别新的基站，还要进行话音与信号信令的重新分配。要保证切换的平滑顺畅，切换的全过程需要保证在用户不被察觉的前提下进行。切换的目的主要是：（1）保证用户的通话质量；（2）平衡各个小区之间的话务量。
3 在出现故障的情况下进行转移
越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖小区进入到另一个基站覆盖小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之问的链路。切换发生的门限值是在系统安装时进行初调的，且初始参数设置取决于系统性能要求，不能随意改变。列车在行进过程中，势必不停的重复越区切换的过程，频繁而有规律的越区切换是地铁车载无线通信系统中一个特有的现状。
在分析漏泄无线通信系统越区时，采用具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则：仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限，且新基站的信号强度高于当前基站一个滞后余量时，进行越区切换。以及移动台辅助的越区切换控制策略：每个移动台监测从周围漏缆基站中接受到的信号能量，包括功率、距离和话音质量，这三个指标决定切换的门限。并将这些检测数据报告给旧基站进行计算且与切换门限值进行比较，然后再决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。
因此，选用四个门限电平值[1]：A1，A2，B1，B2。移动台在空闲状态的时候，接收到的本基站信号低于可用电平值A1，而相邻的基站此时的信号高于本基站信号的值大于预定电平值A2，移动台可以进行重选基站；如果移动台处在通话状态中，接收到的本基站电平值低于可用电平B1，此时相邻基站的信号高于本基站信号的值大于预定值B2，移动台会立即进行重选。这种切换，是为了使移动台在通话过程中，尽量减少不必要的切换次数，信号仍然可用的时候，减少切换次数，尽量保持在原基站中。
3 隧道内的漏缆连接方式
在隧道环境中，多种因素都可能产生快速衰落，而泄漏电缆是最常规的选择，泄漏电缆的铺设方式和型号选择关系着列车行进过程中信号的稳定程度；而切换区域的设置和泄漏电缆的尾端连接方式越区切换的效果影响很大，直接关系到无线网络的服务质量。地面轨道如果也全程铺设泄漏电缆，无疑增加了建设成本，而全向天线容易遇到信号门限问题，无疑成为了一个两难的选择。即使选择全程漏缆覆盖，车站站厅部分多采用功分器、耦合器加全向小天线的方式作场强覆盖，用户势必需要在移动的列车和站厅天线之间切换，因此行进过程中会遇到多种复杂的状况。
而地铁移动通信系统还有一个特点是全部在地下，而且大部分在隧道里面。在隧道内部，列车在高速运行的过程中，如何进行平滑的越区切换就成为了一个重要的问题。由于地铁隧道区间是链状覆盖网，一般基站频率复用都采用隔站复用，因此列车行进方向的切换（本小区与邻小区）位于区间中部，而此时列车的车速也达到最高，同时列车又是金属外壳[2]。此外，普通的移动网络不同地方是，地铁交通沿线（无论的地上还是地下）小区的重叠区域比较单一，在同一个地理位置上通常不会存在两个以上的小区覆盖，这无形中又给切换带来了困难。
一般情况下，地铁无线通信进行正常切换需要6S，如果要进行越区切换需要计算的时间应该是2倍，因此为12S，这是为了保证一次切换不成功立即进行第二次切换[3]。所以漏泄无线通信一般选取下列隧道内越区切换参数：
（1）启动越区切换时候进行测算的门限值应当高于接受的移动台灵敏值10～15dB；
（2）本小区与切换对象小区信号质量相差：5～10dB；
（3）本小区与相邻小区信号质量单次计算总时间：5～10s。
由于地铁隧道是一个封闭的地下圆柱形空间，隧道效应使高频信号衰减很快，为了保证隧道内的信号均匀分布，隧道内都使用漏泄同轴电缆（LCX）。保证在隧道内漏泄无线信号的顺利切换的一个有效手段就是正确设计场强的覆盖，也就是要从以下两方面考虑选用系统及设备的参数[4]。
（1）合理设置越区切换区域以保证98%以上区域各信号的最弱电平为-85dB，也就是说保证移动通信可通率大于等于98%；
（2）隧道区间中点的漏泄电缆尾端联通，使两边基站来的信号尽量形成较多的重叠区[5]。
因此在施工中，隧道内采用泄漏电缆直通进行覆盖，在基站切换点泄漏电缆加装终端负载，两泄漏电缆间距很小，一般约为0.5m[6]。
4 天线的信号覆盖方式
地铁内的无线信号分为公网和专网两个部分。
拿南京地铁举例，专网信号使用的是800m信号频段，以区别于公网无线频段。专网的终端设备包括车辆上安装的车载无线台，各个车站控制室安装的固定无线台，以及工作人员手持无线台。车辆在隧道中，通过铺设无线漏缆进行信号覆盖，在泄漏电缆无法覆盖的区域，则加装定向天线来进行覆盖。
因此，列车进出隧道的区域，隧道内的信号与地面信号进行越区切换，因为需要一个足够的重叠区域才能保证车载移动台不掉话。一般选择在隧道口加装一个定向天线，将隧道内的信号向外辐射一段区域。一般情况下，信号切换需要6～12s，当列车运行速度为80km/h时，12秒内将行进267m，因此需要267m的覆盖区域。[7]
而专网无线集群通信，更多的直接在地面轨道两边继续铺设泄漏电缆来进行无线信号覆盖，这样虽然在成本上有所上升，却减少了越区切换的次数，加强了通话的稳定性。
此外在站厅一般还需要用全向小天线进行信号覆盖。车站控制室的固定台一般会直接外接一个专网天线，站台层与站厅层按照信号覆盖区域进行信号覆盖。
公网系统还需要在各个出入口通道内加装公网天线进行信号覆盖。
5 结语
地铁交通的现状主要以地下线路为主。结合现在各个城市的地铁轨道辐射线路，更多的城市地铁采用了市中心地下隧道，向市郊延伸时采用高架地面轨道的方式。因此隧道内泄漏无线通信以及地面天线无线信号覆盖成为无线通信系统中一个重要的命题。越区切换的质量将直接影响到列车的安全运行以及乘客的乘坐体验。地形的多样性对无线系统通信的施工提出了更高的要求，在实际中应该综合考虑各种情况，以信号的稳定安全为首先，实现通信系统的高效、安全、稳定。
参考文献：
[1]薛伟，刘晓娟.地铁隧道间漏泄无线通信越区切换问题的研究[J].铁道标准设计，2009（6）：116-126
[2]李栋，丁国鹏.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（11）：56-58.
[3]龚小聪.地铁移动通信系统切换设计思考[J].都市快轨交通，2006（1）：91-93.
[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]黄庆祝.冉德兴.数字集群系统越区切换与隧间漏缆连接[J].科技信息，2008：46-47.
[6]吴培军.地铁公用无线通信系统组成与信号覆盖施工要求[J].铁路通信信号工程技术，2010（1）：75-77. |
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发表于 2022-2-27 19:46:58