地铁中商用移动信号的引入\覆盖分析

摘要：由于地铁人流量大、列车移动速度快、位于地下、跨度范围广等特点，通用的移动信号的覆盖方法已不适用于地铁行业，以POI作为主要平台的移动综合分布系统能满足用户、运营商和地铁业主对于移动无线通信的需求。本文从地铁通信信号的覆盖、切换、组网以及干扰等方面介绍了地铁中商用移动信号的引入、覆盖方法。

关键词：地铁移动信号引入覆盖

中图分类号：U231+.7 文献标识码：A文章编号：

1.信源的覆盖、切换方式

1.1 信源的覆盖方式

地铁内信号源组网方式主要有特设共基站控制器（BSC）方式和就近入网方式特设共BSC方式，是指用于覆盖地下的信号源公用一个BSC，地下轨道内部不存在位置更新，但是由于大多数站台的分布系统与室外宏站归属不同位置区编码（LAC），造成进出站台的位置更新数量增加：而就近入网方式位置更新将在地下分布系统发生，由于这些客流经过不同的移动业务交换中心（MSC），位置更新是不可避免的。

特设共 BSC方式与就近入网方式比较见下表

通过上述对比，共BSC方式要优于不共BSC方式

在地铁场景中，还需要考虑地下地面间信号的过度，由于车辆运行速度快，处理量打，而又可能设计跨MSC的切换，容易引起拥塞和掉话。地下系统采用共BSC、一个LAC的方案、在地铁出地面处必然存在两个LAC的交接，不论将交界处设于何处，这些手机的位置更新将不可避免，且数量变化不大，因此在不改变LAC边界物理地址的情况下，需要增大信号重叠区域范围，减少拥塞、掉话等现象的发生。

1.2切换分析

1.2.1站厅，站台切换

在地铁覆盖中站厅、站台一般都是采用同一小区信号覆盖，所以不需要考虑站厅与站厅之间的通道切换，常见的是行人出入地下站通道的切换和地下站换乘通道的切换。

1.2.1.1行人出入地下站通道的切换

乘客出入地铁站会造成室外宏基站信号和地铁喜好之间的切换，由于GSM900以及DCS1899都是硬切换系统，因此首先以GSM系统为例进行分析。乘客出入地铁站厅的过程中，考虑自动扶梯运动产正瑞利衰落、以及人群拥挤产正的信号衰落，而导致手机信号强度锐减，造成信号重叠区域（切换区）不够，只要保证两个小区信号重叠区边缘场强在-85dBm以上及可确保信号良好无间断的切换。由于地铁站内外场强等后自动扶梯运行4秒，乘客行进的时间为2秒，假设人走动的速度为3米/秒，则人走过出入口的距离为：4秒*3米/秒=12米，只要确保行人出地铁站12米后，信号电平在-85dBm以上，即可保证乘客经过地铁出口平稳切换，根据上述能量计算和模拟测试，完全可以保证经过地铁出口平稳切换。

移动终端出入地铁站的过程，站厅信号与室外信号电平场强变化如下：

对于CDMA和3G系统，其切换一般为软切换方式，切换时间短（一般小于1秒），在与GSM网络类似条件下更容易实现良好切换。

1.2.1.2乘客在换乘通道中：

人行速度为4米/秒，GSM系统切换时间为5秒：4米/秒*5秒=20米

切换边缘场强要求为-85dBm，那么在换乘通道内保证20米的重叠覆盖区，并保证最低场强高于切换门限电平即可保证平滑切换。

对于CDMA和3G系统，其切换一般为软切换方式，切换时间短（一般小于1秒），在与GSM网络类似条件下更容易实现良好切换。

2.信号覆盖方式

2.1站台、站厅层覆盖方式分析站台及站厅覆盖方式主要有三种

2.1.1室内吸顶天线阵方式覆盖

2.1.2室内定向天线覆盖方式

2.1.3泄露电缆覆盖方式

室内吸顶天线阵方式覆盖：信号覆盖均匀，吸顶天线那可以进行暗装，部分需要明装，对地铁内饰装修环境影响不大，作为站台及站厅的首选覆盖方式。另外采用室内吸顶天线阵方式覆盖对于日后2G、3G扩容，便于控制切换区间：并且站台部分采用天线阵方式覆盖，减少隧道区间泄露电缆布放长度，泄露电缆只需要从隧道口开始布放，节省隧道区间覆盖功率。

定向天线方式覆盖：信号覆盖不均匀，某些拐角区域由于楼梯等建筑阻挡信号急剧下降，部分工作区域，设备间等区域难以进行覆盖，另外定向吸顶天线不方便进行伪装，影响地铁整体内饰，但是定向天线覆盖方式天线数量少，施工简单，对于无法使用室内吸顶天线阵覆盖方式时可以为备选方案。漏缆方式覆盖：虽然信号覆盖电平相对均匀，但是其造价高，施工复杂，并且部分区域不能走线，如工作区域以及站台层，部分墙壁为整板壁画的情况，因此不建议采用漏缆方式覆盖站厅、站台部分。

2.2隧道区间覆盖方式分析

隧道区间采用泄露电缆方式进行覆盖，对于区间距离较短的隧道区间采用无源方式覆盖，对于较长的隧道区间，在覆盖功率不足时，使用光纤直放站信号经行放大补偿覆盖。

2.3合路方式

为满足移动运营商公共无线信号在地铁内的延伸和覆盖，国内各大运营商都在地下车站设置公网通信机房，各运营商的信源设备（包括移动GSM900基站，DCS1800基站、联通GSM900基站、移动3G基站、联通3G基站，网通3G基站、网通PHS基站，调频广播基站FM和数字电视设备）和配套的传输系统设备、电源及接地系统设备等均安装在各地下车站的通信机房内，各运营上的信号经POI合路，经天馈系统的传输和辐射，完成对所有地下车站站厅、站台层及区间隧道的无线覆盖。一般合路方式分为信号分离和上/下行信号分离方案

3.信号分离方案

从基站来的各系统双工信号各通过一个端口接入POI，设备天馈侧一个端口接出。下行信号体现为多路合一路经行下行信号的覆盖，用户终端来的上行信号则是通过原通道反向传输，从一路信号分理出多路不同制式的信号完成上行通信。

3.1多系统共址干扰分析

GSM/CDMA800/DCS1800/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000/WLAN共用一个分布系统，相互之间会产生杂散、谐波，互调等无用信号，这些信号落到其它系统的工作频带内，就会对其它系统形成干扰。在对共用室内分布式系统时所带来的频谱干扰，需根据各系统之间的频率关系及发射/接受特性来具体研究，可以说干扰的主要影响是对系统上行接受通道的影响，主要考虑以下两个方面，接收机灵敏度降低和接收机过载，为了将这些影响所带来的性能损失降到最小，而不修改（或少修改）现有的发送和接收单元，必须对整个系统的杂散、互调及阻塞干扰进行仔细的考虑。

3.2杂散干扰分析

杂散干扰，就是一个系统的发射频段外的杂散发射落入到了另一个系统的工作频段中而可能造成的干扰，由于发射机输出的信号通常为大功率信号，在产生大功率信号的过程中会在发射信号的频带之外产生较高的杂散，而且这些杂散分布在非常宽的频率范围内。如果杂散落入某个系统接收频段内的幅度较高，受害系统的前端滤波器无法有效滤出，会导致接收系统的输入信噪比降低，通信质量恶化。

3.3互调干扰分析

互调干扰产生与器件的非线性度，在合路系统里我们主要注意无源期间的互调干扰，即合路器产生的互调干扰无源器件的互调干扰的定义是：射频电流流经不同金属器件的接触点，特别是压力接触电（如两金属器件靠螺丝固定）而产生，合路器的互调抑制比一般为120dBc。互调抑制比是指两个功率相等、适当类型的调制信号进入合路器输入端，yo合路器的非线性引起的互调信号电平，其中一个信号电平与互调产生的信号电平之比。

3.4阻塞干扰分析

当一个较大干扰信号进入接收机前端的低噪放时，由于低噪放的放大倍数是根据放大微弱信号所需的整机增益来设定的，强干扰信号电平在超出放大器的输入动态范围后可能会将放大器推入到非线性区，导致放大器对有用的微弱信号的放大倍数降低，甚至完全抑制，从而严重影响接收机对弱信号的放大能力。

4.结束语

POI的广泛应用可以避免各运营商信号分布系统重复建设造成的资源浪费，实现了多频段、多信号合路功能，避免了室内分布系统建设的重复投资，是一种实现多网信号兼容覆盖行之有效的手段，目前在地铁系统里应用比较成熟。

参考文献：

1.曾孝平,周科理,陈茂胜;多用户检测对CDMA系统容量的影响[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2002年01期

2.刘春平,安鹤男,熊水金;CDMA2000基站GPS/GLONASS同步的可编程逻辑实现[J];半导体技术;2003年09期