多系统合路时的地铁覆盖分析.docx

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多系统合路时的地铁覆盖分析

多系统合路时的地铁覆盖分析

2010年8月6日17:

38  CCTIME飞象网  

   一、概述

   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，各运营商的信号经POI（多系统接入平台，包含相应信源的功率放大器）合路后，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。

   图1

   POI为多网接入平台，英文全称PointOfInterface，缩写POI，用于实现系统的“多网接入”和“透明传输”功能。

   主要用于地铁、会展中心、展览馆、机场等大型建筑室内覆盖。

该系统运用频率合路器与电桥合路器对多个运营商、多种制式的移动信号合路后引入天馈分布系统，达到充分利用资源、节省投资的目的。

   为避免干扰，POI分为上、下行两个平台，分别将上行和下行链路信号分开传输。

POI作为连接无线通信施主信号与分布覆盖信号（泄漏电缆和天线阵等）的桥梁，其主要功能是对各运营商的上行及下行射频信号分别进行合路及分路，并滤除各频带间的干扰成分。

POI上行部分的主要功能是将不同制式的手机发出的信号经过天线的收集及馈线的传输至上行POI，经POI检出不同频段的信号后送往不同运营商的基站。

POI下行部分的主要功能是将各运营商、不同频段的载波信号合成后送往覆盖区域的天馈分布系统。

   ØPOI将各基站不同频率的信号合路后，送至天馈分布系统；

   Ø无源器件将能量均匀的分布给各个天线；

   Ø天线将能量有效的发射出去，完成对站厅层以及工作人员休息和作业区域的覆盖；

   Ø隧道的覆盖通过泄漏电缆将能量辐射去完成；

   Ø高架站的站厅、站台及工作区域、通道使用天线阵方式进行覆盖；

   ØPHS信号通过合路器合路到站厅、站台覆盖天线阵的下行，满足PHS系统在站厅、站台层的覆盖。

   Ø调频广播型号通过低频接入器合路到泄漏电缆中，完成对隧道区间的覆盖。

站厅、站台层的调频广播信号覆盖通过单独布放一套调频天馈完成。

   本文对地铁内多系统合路时的覆盖方式、切换及各系统间需要的隔离度等进行了分析总结，具体如下。

   二、覆盖方式分析

   2.1、站台、站厅层覆盖方式分析

   站台以及站厅覆盖方式主要有三种。

   1、室内吸顶天线阵方式覆盖，

   2、室内定向天线覆盖方式

   3、泄漏电缆覆盖方式

   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，作为站台及站厅内的首选覆盖方式。

   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，减少隧道区间泄漏电缆布放长度，泄漏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，可作为备选方案。

   泄漏电缆方式覆盖：

虽然信号覆盖电平相对均匀。

但是其造价高、施工复杂，并且部分区域无法进行走线、如工作区域以及站台层部分墙壁为整板壁画的情况。

因此不建议采用泄漏电缆方式覆盖站厅、站台部分。

   2.2、隧道区间盖方式分析

   隧道区间覆盖采用泄漏电缆方式进行覆盖，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对信号进行放大补偿覆盖。

   2.3、走线路由说明

   目前国内地铁的站型主要有三种站型：

上下两层站型、“工”字站型、侧式站型。

针对不同的站型，并且考虑到覆盖功率以及日后分区扩容方便，将采用不同的走线路由策略。

具体说明如下：

   Ø上下两层站型

   对于上下两层站型，POI输出两个端口各覆盖地铁站上下两层。

   上下两层站型走线路由示意图

   Ø“工”字型站

   “工”字型站，东、西两侧站厅必须通过站台绕线沟通，为了平衡功率，采用POI两个输出口各覆盖东、西两侧，并且方便日后分区扩容。

   “工”字站型走线路由示意图

   Ø侧式型站

   侧式型站，南、北两侧站厅站台必须通过隧道绕线沟通，为了平衡功率，采用POI两个输出口各覆盖南、北两侧，并且方便日后分区扩容。

   侧式站型走线路由示意图

   2.4、PHS系统覆盖分析

   PHS系统由于其基站输出功率低，覆盖边缘场强要求高，而成为覆盖引入的难点，目前可以采用3种方式作为引入方式：

   ØPHS基站信号在POI内部合路

   ØPHS系统单独布线

   ØPHS信号在分布系统合路

   以下针对覆盖效果、施工难度以及经济成本等因素进行对比，寻找性价比最高的解决方案：

   PHS系统覆盖引入对比分析表

   覆盖方式PHS信号在POI内部合路PHS单独布线PHS信号在分布系统合路

覆盖区域站厅、站台及兼顾少量隧道区间站厅及站台部分站厅及站台部分

   覆盖效果较差

   POI输出口PHS信号功率为24dBm，3G信号为27dBm，在满足3G系统天线入口功率为0-3dBm的情况下，PHS功率太小，不能满足覆盖要求，即使增加有源设备，也会导致功率不均衡良好良好

   可根据实际情况灵活的选择合路点，能满足覆盖功率的需求

   有源设备情况需较多有源设备方能满足覆盖功率无需有源设备只需较少的有源设备便能满足覆盖功率

   天线情况和其它系统共用下行天馈，以全向吸顶天线为主可采用高频定向天线结合全向吸顶天线和其它系统共用下行天馈，以全向吸顶天线为主

   对其它系统的影响采用有源设备时，需先用分路器将PHS信号和其它信号分开，接入干放之后再与其它信号合路，大量的分/合路器件插损恶化了整个系统的功率无影响合路时只增加一个合路器的插损，对其它系统功率影响较小

   施工难度较小若采用全向吸顶天线覆盖，重新布线施工难度较大较小

   若站厅、站台部分采用高频定向天线覆盖，则需考虑天线的伪装

   经济成本因采用较多有源设备及分/合路器，成本较高若采用全向吸顶天线覆盖，重新布线的成本较高采用较少的有源设备及合路器，成本较低

   若站厅、站台部分采用高频定向天线覆盖，成本较低

   功率利用率PHS信号与其它系统信号一起接入漏缆覆盖隧道区间，功率利用率较低只覆盖站厅及站台部分，功率充分利用只覆盖站厅及站台部分，功率充分利用

   由以上对比可见，从覆盖效果、建设施工难度、投资成本分析，对于PHS覆盖采取在分布系统主干线合路的方式是最佳选择（见图1）。

   三、切换分析

   地铁覆盖时需要考虑的切换主要分为两个方面：

地铁隧道区间的切换和站厅、站台的切换，下面分别进行分析。

   3.1、站厅、站台切换

   在地铁覆盖中站厅、站厅一般都是采用同一小区信号覆盖，所以不需要考虑站厅和站厅之间通道的切换；下面将分析常见的两种切换：

行人出入地下站通道的切换、地下站换乘通道的切换。

   1）行人出入地下站通道的切换

   乘客出入地铁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，考虑自动扶梯运动产生瑞利衰落、以及人群拥挤而产生的信号衰落，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相等后自动扶梯运行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：

   乘客出入地铁站的切换示意图

   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）地下站换乘通道的切换

   参考以上能量分布图，分析换乘通道的切换情况；

   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。

   3.2、隧道内切换

   隧道内两小区的切换通常有两种情况，信源共址以及信源不共址。

本文只分析信源不共址的情况。

针对以后的分区扩容，每站各系统可能扩容到两套信源。

   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。

   我们使两站间整个隧道中的漏缆保持接通状态，当机车经过隧道中段时，原小区信号逐渐减弱，切入小区的信号逐渐增强，没有信号突然消失的情况，避免了移动台因为切换时间不足造成掉话。

通过控制泄漏电缆末端的输出功率来保证平滑切换。

   隧道内切换示意图

   泄漏电缆末端输出功率：

XdBm

   切换重叠区间的长度：

切换时间为5S，列车的行驶速度为80km/h（22m/s），所以切换距离约为110米。

   以DCS1800为例，1-5/8″泄漏电缆，100米损耗约5dBm。

按照最低边缘场强-80dBm计算，在切换时间5秒时，a小区边缘场强约为-87dBm。

   由于隧道内无线信号较为纯净，-87dBm的信号电平完全可以满足通话质量。

   CDMA800在泄漏电缆中的传输损耗为2.2dBm/100m，其切换为软切换，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。

   对于WCDMA系统，当隧道中两个小区的Ec/Io相差3dB时，软切换申请将被触发，并且很快进入软切换状态，即WCDMA软切换的触发申请在隧道边缘场强临界点之前，而硬切换时间触发点在隧道边缘场强临界点之后。

   计算参考书目：

   ²《900MHzTDMA数字蜂窝通信系统设备总技术规范第二部分基站子系统（BSS）设备技术规范》

   ²信息产业部《关于800MHz频段CDMA系统基站和直放机杂散发射限值及与900MHz频段GSM系统邻频共用设台要求的通知》（信部无[2002]65号）

   ²YD/T1029-1999《800MHzCDMA数字蜂窝移动通信系统设备总技术规范：

基站部分》

   ²YD/T1047-2000《800MHzCDMA数字蜂窝移动通信网设备总测试规范：

基站部分》

ARIBRCRSTD-28.PersonalHandyphoneSystemARIBStandardVersion3.3.2000,3

   ²TSM11.21V310_CWTS_3Gdigitalcellulartelecommunicationssystem_BaseStationSystem（BSS）equipmentspecificationRadioaspects

   ²3GPPTS25.104.BaseStation（BS）radiotransmissionandreception（FDD）.2003,06

   ²《也谈WCDMA系统中无线接入网的测试》中国泰尔实验室无线通信部陈永欣

   ²《WCDMA与其他系统共址时隔离度的计算》江苏省邮件规划设计院有限责任公司赵超