地鐵多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)探討

摘 要：地鐵涉及到的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)一般是采用多家運(yùn)營(yíng)商、多種網(wǎng)絡(luò)制式的公用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。我們一般是采用POI平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行?；诖耍疚奶接懥嗽赑OI平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多運(yùn)營(yíng)商多網(wǎng)絡(luò)制式兼容的技術(shù)要點(diǎn)，希望對(duì)有關(guān)工作人員有所啟示。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；地鐵；POI平臺(tái)

中圖分類號(hào)：U231.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）17-0329-02

1 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地鐵建設(shè)步伐逐漸加快，越來(lái)越多的人開始把地鐵作為出行的一種主要交通工具。在地鐵中廣泛使用的多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠很大程度上提高地鐵的安全性和可實(shí)行性。但是隨著地鐵速度的提升，多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之間的干擾和沖突問題也越來(lái)越凸顯，嚴(yán)重影響著地鐵通信與信號(hào)系統(tǒng)的穩(wěn)定傳輸和速度。因此，在多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)情況下確保地鐵多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的順利切換具有重要意義。

2 目前地鐵中主要的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

目前在城市軌道交通中應(yīng)用的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有3G技術(shù)、WLAN技術(shù)、Zigbee技術(shù)、4G技術(shù)（TD-LTE/FDD-LTE）等。隨著地鐵的快速發(fā)展，對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的安全性、穩(wěn)定性和運(yùn)行速度提出了更高的要求。比起WIFI制式，1.8G專用頻段和TD-LTE具有更好的安全性、通信質(zhì)量。LET技術(shù)在地鐵等城市軌道交通中也得到了廣泛的應(yīng)用。

3 地鐵環(huán)境下多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

目前地鐵環(huán)境下，涉及到的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)往往是多家運(yùn)營(yíng)商、多種網(wǎng)絡(luò)制式的公用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。為了實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，避免沖突和干擾，我們一般是采用POI平臺(tái)。例如，武漢地鐵2號(hào)線的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)涉及到的運(yùn)營(yíng)商就包括中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信，網(wǎng)絡(luò)制式也有九種（移動(dòng)的GSM900、DCS1800、TD-SCDMA、TD-LTE，聯(lián)通的GSM900、DCS1800、WCDMA和電信的CDMA1X/DO、CDMA2000）。在這種多網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜情況下，湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司通過POI平臺(tái)和泄漏電纜順利實(shí)現(xiàn)了地鐵2號(hào)線的多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

3.1 POI器件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)制式的關(guān)鍵器件就是Point of Interface，即POI器件。該多系統(tǒng)接入平臺(tái)主要是通過兩種合路器，即頻率合路器、電橋合路器，將多運(yùn)營(yíng)商多制式的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行合路，之后再引入天饋系統(tǒng)。POI器件包含上行和下行設(shè)備，其具體設(shè)備框圖如圖1和圖2所示。在設(shè)計(jì)和建設(shè)中，要嚴(yán)格按照所建設(shè)地鐵的實(shí)際狀況來(lái)選擇合適的POI器件。

3.2 隧道覆蓋的實(shí)現(xiàn)

隧道覆蓋是順利實(shí)現(xiàn)多運(yùn)營(yíng)商、多網(wǎng)絡(luò)制式的通信系統(tǒng)覆蓋的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于地鐵隧道內(nèi)通信系統(tǒng)覆蓋的實(shí)現(xiàn)，一般有泄露電纜、同軸饋電無(wú)源分布式天線和光纖饋電有源分布式天線三種形式。但在實(shí)際的建設(shè)中通常采用性價(jià)比更高的泄漏電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)隧道覆蓋。這種無(wú)盲區(qū)的均勻分布非常適合應(yīng)用在地鐵隧道這種地形環(huán)境中。

3.3 組網(wǎng)方案的實(shí)現(xiàn)

3.3.1 泄漏電纜收、發(fā)距離的確定

收、發(fā)泄漏電纜必須要間隔一定的距離才能滿足多制式無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求。根據(jù)耦合損耗，泄漏電纜的收、發(fā)距離一般要在0.5m以上。泄漏同軸電纜的參考指標(biāo)如表1所示，根據(jù)耦合損耗可以很好地計(jì)算出收、發(fā)距離。

3.3.2 分布式天線收、發(fā)距離的確定

分布式天線的收、發(fā)距離與泄漏電纜并不相同。如果POI輸出端到達(dá)分布式天線的路徑損耗為17dB，那么此收發(fā)距離的隔離度為34.6dB，相隔可小于1.5m。在設(shè)計(jì)和建設(shè)中，要按照地鐵的實(shí)際狀況和耦合損耗來(lái)確定分布式天線的收、發(fā)距離。

3.4 切換的實(shí)現(xiàn)

3.4.1 地鐵在隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)切換的實(shí)現(xiàn)

地鐵在隧道內(nèi)部運(yùn)行時(shí)，如果正處于通話狀態(tài)的移動(dòng)終端在不同小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)移動(dòng)，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行切換處理。目前多種制式網(wǎng)絡(luò)主要有三種切換形式，即硬切換（如GSM系統(tǒng)）、軟切換（如CDMA、WCDMA系統(tǒng)）和接力切換（如TD-SCDMA系統(tǒng)）。地鐵環(huán)境下經(jīng)常使用的是軟切換中的CDMA的切換。根據(jù)切換時(shí)的遲滯時(shí)間、執(zhí)行時(shí)間以及測(cè)量周期，CDMA在進(jìn)行切換時(shí)一般都會(huì)需要1～3s的時(shí)間。當(dāng)?shù)罔F在隧道中運(yùn)行時(shí)，通常是在中間位置進(jìn)行切換的，也就是切換帶，此時(shí)地鐵的行駛速度很快。如果在切換帶地鐵以最高速80km/h行駛，在1～3s時(shí)間內(nèi)一共行駛了大概22～66m距離，這段距離也就是地鐵的切換距離。因此，在設(shè)置隧道內(nèi)兩個(gè)小區(qū)的切換帶時(shí)，通常相隔66m以上（如圖3所示）。

3.4.2 地鐵進(jìn)、出隧道時(shí)的切換實(shí)現(xiàn)

地鐵在進(jìn)隧道和出隧道的過程中，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生很明顯的變化。在進(jìn)入隧道時(shí)，隧道內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度很快減弱，隧道外的信號(hào)則逐漸增強(qiáng)。而地鐵在出隧道時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度則正好相反。在這種情況下，不同區(qū)域信號(hào)的切換就不是那么順利實(shí)現(xiàn)了。通常采用的解決辦法就是泄漏電纜，可以直接將泄漏電纜延伸到站臺(tái)位置。但是如果泄漏電纜不能安裝在站臺(tái)處，就需要通過定向板狀天線來(lái)把隧道內(nèi)部區(qū)域的無(wú)線信號(hào)接引到站臺(tái)，使其能夠與站臺(tái)區(qū)域范圍內(nèi)的信號(hào)形成重疊區(qū)。這樣就可以確保無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的順利切換。

3.4.3 乘客出入地鐵站和換乘站時(shí)的切換實(shí)現(xiàn)

當(dāng)乘客的移動(dòng)終端在地鐵站內(nèi)部移動(dòng)時(shí)，如果正好處于兩個(gè)不同小區(qū)覆蓋范圍，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)也會(huì)發(fā)生切換。在進(jìn)出地鐵站、換乘站時(shí)這種切換會(huì)更加明顯，具體表現(xiàn)為若是切換不順利，乘客正在進(jìn)行的通話通常會(huì)中斷。這主要是由于扶梯運(yùn)動(dòng)以及人員擁擠等導(dǎo)致無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)驟然減弱，不同小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的信號(hào)所形成的重疊區(qū)達(dá)不到切換的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，這就使得移動(dòng)終端在進(jìn)出地鐵站和換乘站時(shí)不能順利實(shí)現(xiàn)信號(hào)切換。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)方案中，要根據(jù)地鐵站出入口、換乘站廳的具體情況（如乘客正常行走的速度等）來(lái)規(guī)劃出足夠的信號(hào)重疊區(qū)域。

3.4.4 鄰區(qū)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)乘客從一個(gè)小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)范圍時(shí)，就需要對(duì)目標(biāo)小區(qū)進(jìn)行及時(shí)切換，并迅速獲得新小區(qū)覆蓋范圍的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。但是這種切換的順利實(shí)現(xiàn)也是有條件的。為了確保順利切換，可以在必要情況下進(jìn)行鄰區(qū)優(yōu)化。一方面，可以對(duì)鄰區(qū)通信進(jìn)行優(yōu)化，確保相鄰小區(qū)之間有通信切換的服務(wù)。另一方面，可以適當(dāng)調(diào)整相鄰小區(qū)之間硬件設(shè)施的有關(guān)參數(shù)，以此來(lái)確保小區(qū)信號(hào)覆蓋范圍達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。例如，將信號(hào)切換的觸發(fā)位置進(jìn)行提前或推后的適當(dāng)調(diào)整，有利于相鄰小區(qū)之間信號(hào)的自由切換。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前在地鐵中采用的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)一般是多運(yùn)營(yíng)商、多種網(wǎng)絡(luò)制式的。隨著地鐵運(yùn)行速度的不斷提升，多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之間的干擾和沖突問題也越來(lái)越凸顯。在這種情況下，我們一般是采用POI平臺(tái)、泄漏電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)切換的。在這種實(shí)現(xiàn)技術(shù)中，我們要注意POI器件的選取，使用泄漏電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)隧道覆蓋，嚴(yán)格按照小區(qū)覆蓋范圍控制收發(fā)泄漏電纜距離，確保地鐵在隧道運(yùn)行、進(jìn)出以及乘客進(jìn)出車站口和換乘站時(shí)信號(hào)切換的順利實(shí)現(xiàn)。

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收稿日期：2018-5-13