城市軌道交通多為封閉式環(huán)境，站臺、站廳、區(qū)間隧道內(nèi)各種無線信號幾乎均為盲區(qū)；無線信號在隧道場景中傳播容易產(chǎn)生快衰落。站廳多采用分布式天線覆蓋，站臺采用分布式天線和泄露電纜覆蓋，區(qū)間隧道采用泄露電纜覆蓋。產(chǎn)生切換的場景分為車站出入口切換、區(qū)間隧道切換、隧道口切換。業(yè)務(wù)信道切換分為硬切換、軟切換、更軟切換、接力切換。
在三種切換場景中，地鐵隧道洞口狹長封閉的特殊結(jié)構(gòu)，室外信號本身很難延伸到隧道內(nèi)，由于隧道洞口一般位于兩個地鐵站點(diǎn)中段，為列車高速行駛區(qū)段，當(dāng)列車高速駛?cè)胨淼蓝纯跁r，在極短的時間內(nèi)室外服務(wù)小區(qū)的信號電平急劇下降，使得移動臺沒有足夠的時間完成整個切換過程，導(dǎo)致掉話。
根據(jù)地鐵隧道洞口的位置結(jié)構(gòu)及其周邊電磁環(huán)境的特點(diǎn)，有多種方案來解決隧道洞口信號突然消失的問題。本文分別對各種方案進(jìn)行具體分析和比較。
方案A：
泄漏同軸電纜末端加定向天線
為保證系統(tǒng)的成功切換時間，在各個隧道與地面交匯處可利用室外定向天線將隧道內(nèi)信號沿隧道方向，向室外輻射，使地下隧道延伸至地面時，室內(nèi)信號場強(qiáng)與室外信號場強(qiáng)保持平穩(wěn)過渡狀態(tài)，當(dāng)列車駛出地面時，室內(nèi)信號逐漸減弱，室外的信號逐漸增強(qiáng)，沒有信號突然消失的情況，避免了移動臺因?yàn)榍袚Q時間不足造成掉話。
確保切換區(qū)長度超過266米可保證信號的平滑切換。只要漏纜末端場強(qiáng)足夠，加上定向天線10dBi的增益，可使266米外列車車廂內(nèi)接收信號強(qiáng)度滿足邊緣場強(qiáng)覆蓋要求，則根據(jù)切換容限，同時室外的信號強(qiáng)度滿足覆蓋要求的情況下，就可以保證通過場強(qiáng)比較的方式進(jìn)行切換。
同理可分析列車經(jīng)隧道洞口進(jìn)入地鐵隧道的切換情況，通過在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置相應(yīng)參數(shù)和調(diào)整隧道的覆蓋場強(qiáng)到合適的水平，可以使切換更加平滑。
該方案特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，投資小，但對隧道洞口的室外信號要求高，定向天線的安裝位置受隧道洞口的結(jié)構(gòu)限制，如控制不當(dāng)易對大網(wǎng)造成信號干擾。該方案適用于隧道區(qū)間較短，隧道洞口室外信號質(zhì)量較好且周邊基站密集程度較低的情況。
方案B：將室外信號引入隧道內(nèi)
當(dāng)室外信號環(huán)境比較好的時候，可以利用射頻直放站將室外的信號放大后引入隧道內(nèi)，使地下隧道近洞口區(qū)域室內(nèi)信號場強(qiáng)與室外信號場強(qiáng)保持平穩(wěn)過渡狀態(tài)，當(dāng)列車駛近隧道洞口時，室內(nèi)信號逐漸減弱，室外的信號逐漸增強(qiáng)，沒有信號突然消失的情況，避免了移動臺因切換時間不足造成掉話。
具體實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。
圖1 將室外信號引入隧道內(nèi)覆蓋
以GSM900MHz信號為例，為滿足覆蓋要求，我們選用0.5W的射頻直放站將室外信號放大后引入隧道內(nèi)。
在266米的1-5/8”泄漏同軸電纜中，GSM900MHz信號共衰減6dB，接頭、饋線的損耗約為3dB，合路器插損5dB，距1-5/8”泄漏同軸電纜4米處的耦合損耗為75dB，系統(tǒng)余量約為15dB。在直放站滿功率輸出的情況下，距離隧道洞口300米處列車車廂內(nèi)的信號強(qiáng)度約為：
27-6 -3-5-75-15= -77dBm （滿足邊緣場強(qiáng)覆蓋要求）
在滿足系統(tǒng)指標(biāo)的情況下，可確保隧道內(nèi)最差情況下的覆蓋信號邊緣場強(qiáng)大于-85dBm，因此可保證266米的有效切換區(qū)間，使移動臺得以平穩(wěn)順暢的進(jìn)行小區(qū)切換。
方案特點(diǎn)：該方案投資相對較小，把切換區(qū)間控制在相對封閉的隧道內(nèi)，不易干擾大網(wǎng)信號，可保證切換成功率。該方案適用于隧道洞口附近網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量較差或周邊基站較密集的情況，但該方案的實(shí)施需考慮到隧道洞口的安裝位置和電源等條件的限制。
方案C：
泄漏同軸電纜延伸出隧道洞口
在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，地下隧道是依靠泄漏同軸電纜饋送的射頻信號進(jìn)行覆蓋，因此，可以利用泄漏同軸電纜饋送射頻信號的特性，將漏纜延伸出隧道洞口沿地面軌道繼續(xù)鋪設(shè)一定的距離，使地下隧道延伸至地面時室內(nèi)信號場強(qiáng)與室外信號場強(qiáng)保持平穩(wěn)過渡狀態(tài)，當(dāng)列車駛出地面時，室內(nèi)信號逐漸減弱，室外的信號逐漸增強(qiáng)，沒有信號突然消失的情況，避免了移動臺因?yàn)榍袚Q時間不足造成掉話。
具體實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示。
圖2 泄漏同軸電纜延伸出隧道洞口覆蓋
同理可分析列車進(jìn)入地鐵隧道的切換情況，通過在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置相應(yīng)參數(shù)和調(diào)整各隧道的覆蓋場強(qiáng)到合適的水平，可以使切換更加平滑。
特點(diǎn)：該方案投資相對較大，并且由于泄漏同軸電纜鋪設(shè)受地面軌道結(jié)構(gòu)限制較大，在露天環(huán)境中泄漏同軸電纜所輻射的信號如控制不當(dāng)，易對室外大網(wǎng)信號造成干擾。以上三個方案的優(yōu)劣勢以及適用范圍如表1所示。
由以上分析可知，方案A和方案C都是把隧道中的信號引出隧道外，室外定向天線和泄漏同軸電纜所輻射的射頻信號或多或少都會對室外無線網(wǎng)絡(luò)造成一定的影響，并且方案C的施工難度較大；而方案B能將切換區(qū)域很好的控制在隧道內(nèi)，對周邊室外無線網(wǎng)絡(luò)的影響最小，但是實(shí)施起來相對較為復(fù)雜。
為保證在隧道內(nèi)無線信號的順利切換，要求98%的以上區(qū)域信號最弱電平為-85dBm，同時讓區(qū)間中點(diǎn)的泄露電纜連通，使兩邊基站來的信號盡量形成較多的重疊區(qū)。換乘站應(yīng)盡量減少重疊區(qū)域及短時間切換區(qū)域。車站出入口應(yīng)保證交疊區(qū)信號的平滑性，隧道口處應(yīng)保證有足夠的信號交疊區(qū)。
通過以上切換方案分析，運(yùn)營商就能保證在地鐵站內(nèi)移動通信的順利切換，保證通信的可靠性及連續(xù)性。
