城市轨道交通商用通信系统引入

面临的问题

 

1.1 场景结构复杂

城市轨道交通结构上可分为车站和轨道两部分，地铁车站的站厅、站台和行车区间隧道一般建在地表以下，多为封闭式环境。受地面阻挡，各种无线信号几乎均为盲区，需要对其进行专项的信号引入。

1.2 建设资源受限

由于建筑内的空间有限，机房、弱电井、弱电线槽等资源相当紧张，不可能允许同时引入多套分布系统。所以，城市轨道交通商用通信系统一般采用集约化建设方式，将多种无线通信系统信号引入到一套移动通信综合分布系统中，来实现城市轨道交通的覆盖。

1.3 突发性话务量大、容量需求高

作为重要的城市交通工具，城市轨道交通的用户人流量很大，特别是上下班的高峰期，具有非常高的突发话务量。用户需求以语音业务为主，少量高端客户除了语音需求还有高速数据业务的需求。

1.4 通信制式繁多

在城市轨道交通商用通信系统中，将引入多个运营商的多频段、多制式无线通信系统信号，通常情况下，城市轨道交通商用通信系统需要引入的无线通信系统制式及频率划分如表1所示。

 

各系统的信源设备在发射有用信号的同时，在它的工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号，这些信号落到其他系统的工作频带内，就会对其他系统形成干扰。

 

城市轨道交通商用通信系统引入

解决方案

 

2.1多网合路集约化建设

（1）集约化建设的必要性

各运营商在建设过程中，尤其是无线通信运营商，为了能够吸引用户发展自身业务，必须把自身的无线网络覆盖情况提升到与竞争对手的网络质量可比拟的水平。因此，各家运营商对于一些热点楼宇和热点覆盖区域都将进行大规模室内分布系统建设，由此造成了社会资源的极大浪费。

通过室内分布系统合路的建设，在满足网络性能的前提下，统筹规划，规范室内的多系统综合覆盖，实现室内空间资源的共享，可以有效解决多个运营商多种技术体制的室内信号覆盖问题。

（2）多系统接入平台POI

移动通信综合分布系统分为信号源设备、多系统接入平台、天馈系统和监控系统四大部分，多系统接入平台（POI：Point of Interface）作为多种通信系统和多个区域的分布系统之间的界面，是在多系统信号分合路过程中的关键部分。各路收发信机信号都通过独立的端口接入POI，混合后输出到相应分布系统的端口；同时将来自不同区域分布系统端口的信号混合后，再按需要分别送到信号源的上行端口。

POI多系统接入平台，通过对多频段、多制式无线通信系统的接入及透明传输，实现多网络共用一套覆盖天馈系统，其最重要的作用在于满足覆盖效果的同时，节省运营商的投资、避免重复建设。

（3）集约化建设方法

各移动通信运营商在每个地下车站商用通信机房自行建设通信基站，包括中国移动GSM900基站、TD-SCDMA基站，中国联通GSM900基站、WCDMA基站，中国电信CDMA基站等。

移动通信基站的下行信号经由POI合路后，再分别传送至站台层、上下行隧道区间、站厅层、设备层、出入口通道、商业区及换乘通道，完成射频信号的下行覆盖；反之来自站台层、上下行隧道区间、站厅层、出入口通道、商业区及换乘通道的上行信号，通过POI合路后，再分别送到各移动通信运营商基站的上行信号接收端，完成射频信号的上行传输。

2.2不同场景的覆盖策略

覆盖系统组成图见图1。

 

（1）站厅层覆盖方式

站厅层包括站厅、办公用区、设备用房、换乘厅、换乘通道、出入口通道等公共区域。站厅层的结构类似于普通的室内分布场景，一般情况下建议使用天线阵的方式覆盖，这样既能很好地满足覆盖效果，同时也可以有效地降低整个系统的成本。

（2）站台层覆盖方式

站台的覆盖需综合考虑站台的结构、站台的宽度以及站台两侧安全屏蔽门的情况，侧式站台一般使用天线阵的方式覆盖，而对于岛式站台，由于站台两侧轨道的隧道壁可以敷设泄漏电缆，一般采用泄漏电缆对站台进行覆盖。但考虑到高峰时段站台区域密集的人流、站台两侧安全屏幕门以及列车进站时的车体都会对泄漏电缆辐射的信号产生严重的阻挡，若在岛式站台区域结合天线阵进行加强覆盖，会达到更好的覆盖效果。

（3）隧道区间覆盖方式

城市轨道交通车站之间的轨道均为地下（或山体）隧道场景，泄漏电缆由于信号稳定、覆盖均匀、辐射方向便于控制，非常适用于隧道场景。将泄漏电缆敷设于隧道侧壁，控制架设高度在列车车窗的界限范围，控制辐射方向对准列车车窗，可让信号的穿透损耗降到最低的程度，保证良好的覆盖效果。

2.3干扰控制策略

数字电视、GSM、CDMA800、DCS1800、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA与WLAN共用一个分布系统，相互之间会产生干扰。系统间的干扰主要分为以下三类：杂散干扰，互调干扰，阻塞干扰。

为了保证地铁中各个系统之间不受干扰，必须满足各个系统之间的隔离度。规避各系统间干扰的有如下措施：

    分布系统的发射和接收采用各自独立的天馈系统，尽量减少上、下行各频段间的相互影响，保证足够的收发隔离度。工程上一般保证收/发漏缆间距离≥300mm；收/发天线间距离≥500mm；  

    采用高性能、高指标的POI和合路器，保证多系统之间隔离度。其中POI和合路器的关键指标：带外抑制≥90dB，三阶互调≤-140dBc；

    合理地进行各系统频率规划，规避会产生互调干扰的频率组合，采用无互调的信道组；

    将数字电视系统和WLAN系统信号馈入收发分缆天馈系统的下行，将TD-SCDMA系统信号馈入收发分缆天馈系统的上行。

2.4切换控制策略

（1）乘客出入地下车站的切换

乘客出入地下车站会产成室外宏基站信号和地铁站厅信号之间的切换。由于GSM900以及DCS1800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，考虑到自动扶梯运动产生的瑞利衰落、以及人群拥挤而产生的信号衰落，会导致手机信号强度锐减，造成信号重叠区域（切换区）不够，即只要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。

（2）站厅、站台两小区之间的切换

此切换同出入地下通道的切换场景一样，只要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。

（3）不同站厅两小区之间的切换

同站厅、站台两小区之间的切换。

（4）隧道区间两小区之间的切换

两小区基站信源设备放置在不同机房，覆盖方式是由两边向中间。

下面我们以GSM900MHz系统进行分析:

（5）列车出入隧道口时与室外小区的切换

列车出隧道的过程中，其信号强度变化是隧道内信号迅速减弱，隧道外信号迅速增强的过程，其切换区（信号重叠区）不足以确保切换成功。列车入隧道的过程中，其信号强度变化是隧道内信号迅速增强，隧道外信号迅速减弱的过程，其切换区（信号重叠区）不足以确保切换成功。

解决方法如图2所示，在隧道口泄漏电缆末端增加两幅定向平板电线对隧道出口方向进行覆盖，与外部蜂窝基站形成足够重叠区，达到切换的目的。

重叠覆盖区的设置要考虑两个原则：

   重叠覆盖区的距离要能满足所有系统的切换要求。

   重叠覆盖区的距离不能太长，必须控制信号外泄，避免对隧道外室外宏站覆盖区造成干扰。

出隧道时隧道内外场强电平变化曲线亦见图2中所示。

总结与展望

目前，由于城市交通拥堵问题日益严重，城市轨道交通建设成为新的投资热点。

截至目前，根据我们统计的36个计划建设城市轨道交通项目城市的规划，2009~2020年，城市轨道交通新增营业里程将达到6,560km，预计到2020年，我国城市轨道交通累计营业里程将达到7395km。以每公里5亿元造价计算，2009~2020年将投入3.3万亿元，年均达2700亿元，我国城市轨道交通建设将迎来黄金十年。虹信公司将利用自身雄厚的城市轨道交通无线覆盖建设力量，投身于城市交通建设当中，共创辉煌。