地铁无线TETRA系统的覆盖与优化

周海春

随着近年来国内城市地铁建设的加快，地铁专用无线调度通信系统得到了越来越广泛的应用。由于TETRA标准具有技术开放、先进、频率利用率高、保密性强、语音质量好、呼叫建立时间快等优点，目前各城市新建的专用无线调度系统大都采用了该标准。本文结合深圳地铁TETRA系统的应用情况，重点介绍如何做好TETRA系统的覆盖及优化工作。

1 地铁无线场强覆盖考虑因素

1．地铁线路沿线无线场强主要覆盖在运营线路狭长的地带，其规划类似于线性、链状的无线网络覆盖系统，而车站内及车辆段 (停车场)内的无线场强规划与民用建筑内相类似。

2．地铁场强覆盖设计需参照土建环境，考虑地下、高架、站内及车辆段 (停车场)等不同的情况。

3．场强覆盖的最终目的应以满足地铁范围内对无线的需求，满足无线通信场强边缘接收电平及无线场强覆盖概率2大指标。

4．场强覆盖应满足电磁环境卫生要求。

地铁隧道区间或高架区间漏缆距列车车体边缘一般不超过6m，因此漏缆至车载台的无线传播为视距传播。传播路径损耗为漏缆耦合损耗+其他附加损耗。

站厅及出入通道，一般1个天线覆盖半径不超过50m，设备区不超过15m，因此天线至移动台的无线传播为视距传播。传播路径损耗为视距自由空间损耗+其他附加损耗。

2 专用无线场强覆盖设计步骤

1．根据设计余量，确定上、下行无线链路的最小接收电平。

2．按照链路计算能量需求，兼顾上、下行链路余量平衡，选取合适的基站发射功率，有利于节能及环保，延长设备的使用寿命。

3．选用不同参数的功分器及定向耦合器，以优化基站射频能量在不同覆盖区域内合理分配，确保运营车站、区间及列车司机与行车调度之间的无线信道质量。

4．通过对漏泄电缆、天线、射频电缆的优化选型 (各类损耗及增益)及安装设计，来达到场强覆盖面积最大化和节约资源的目的。

5．在满足移动台边缘场强的同时，满足电磁环境卫生的要求。

6．确定与核算满足移动台边缘场强，基站覆盖1/2区间漏缆末端电平，车站室内天线端口电平等。

7．确定末端电平余量预算后，只需计算从基站至漏缆末端，或天线端口的链路即可。

8．根据实际场强效果，无法通过直接覆盖实现的，可通过增加光纤直放站的数量来提高场强。

3 无线场强覆盖的计算

通过选取合适的设备及参数进行计算，可得到相关覆盖数据，为无线系统的覆盖及优化提供参考。以深圳地铁为例，最小接收电平－85dBm、覆盖概率95%、设计余量 6dB，分别计算 1-5/8″漏缆、1-1/4″漏缆及出站厅、出入口、换乘通道等覆盖范围。

3.1 区间采用1-5/8″漏缆

手持台满足100m连续区段内场强无缝覆盖时间及地点概率为95%的要求，1-5/8″漏缆区间长度计算方程:

其中，P为手持台发射功率，A为分布系统损耗，B为漏缆系统损耗，C为附加损耗。

已知 1-5/8″漏缆安装高度距轨面3.6m，1/2区间漏缆长度为 L/2(m)，基站输出功率为25W(44dBm)，最小接收电平为－90dBm，手持台输出功率为1W(30dBm)。相应参数值及链路计算见表1～表3。

对于基站 (手持台)上行链路，将相应参数值代入公式 (1)可得:30－12.7－ (B1*L/2+58)－15.5=－90dBm(B1=0.03，为漏缆传输损耗系数)，则L=2252m。

表1 A分布系统损耗表

表2 B漏缆系统损耗

表3 C附加损耗计算表

对于基站下行链路，将参数值代入公式 (1)可得:44－12.7－ (B1*L/2+58) －18.5=－85dBm，则L=2652m。实际计算中一般只考虑基站上行链路即可。

在不加直放站的情况下，车站区间1-5/8″漏缆覆盖的最大距离为2252m，对于区间超过此长度的应增加直放站。

3.2 区间采用1-1/4″漏缆

1-1/4″漏缆传输损耗系统为0.037dB/m，代入公式 (1)得L=1394m。在不加直放站的情况下，车站区间 1-1/4″漏缆覆盖的最大距离为1394m。因此在小于1394m的区间，可以考虑采用1-1/4″漏缆覆盖。

3.3 站厅、出入口通道、换乘通道等区域覆盖

以站厅中心设置一个天线为例，天线覆盖半径为50m，计算链路损耗时，采用自由空间模型，空间损耗计算公式为:

其中，F为频率 (MHz);D为距离 (km)。以F=850MHz为例，代入公式 (2)，可得50m空间损耗为64.97dB。手持台功率1W(30dBm)，双工器插入损耗1dB，耦合损耗30dB，功分器(1/4)损耗6.5dB，1/2同轴电缆100m损耗6.5dB，人体损耗2dB，这样移动台接收场强为

30－64.97－1－30－6.5－6.5－2=－80.97dBm

而基站接受灵敏度为－90dBm，满足室内天线端口功率小于10dBm的要求。

近年来随着国产漏缆的大量应用，越来越多的地铁车站站厅、出入口通道、换乘通道等区域采用漏缆覆盖，场强效果更好。

4 地铁线路之间的无线覆盖规划

无线规划和覆盖设计应能满足移动台在穿越地铁几条不同运营线路时，网间小区重选和越区切换要求，越区切换时移动台应能保持通话的连续性和语音质量。

深圳地铁1—5号线无线基站和交换机采用同一家供应商 (EADS公司)的设备。各线在无线交换机层面实现互联，2条线路交汇换乘站采用共用基站 (部分换乘站为分设基站，三期建设为共用基站模式)，减少了基站建设投资，节省使用频点。共用基站场强不仅覆盖了本网络线路区间，还覆盖了不同网络的线路区间，形成网间小区边缘场强的重叠区，满足移动台在换乘站区间的网间越区切换，实现了各条线路无线用户的互联互通。

在2条线路无线交换机不互联时 (或采用不同交换机暂时无法互联时)，在线路交汇换乘站可采用互联控制器的方式，实现车站范围内不同线路站务及维修人员的TETRA移动电话互通。在不同线路2个基站覆盖下，形成2条线路信号完全重叠的互联互通覆盖区。

深圳地铁原一、二期1—5号线专用无线交换设备为欧宇航DXTip，三期7、9、11号线目前已招标为海能达的ACCESSNET-TIP设备，由于厂家不同，设备差异很大，暂时无法完成中心级交换机互联。为此，一、二期与三期换乘站的无线规划为:原1—5号线无线专网信号延伸覆盖至7、9、11号线区域，而7、9、11号线也延伸覆盖至1—5号线区域，形成2个不同线路场强覆盖区完全重叠，换乘站的站务及维修人员无论在1—5号线区域或7、9、11号线区域发起呼叫，都可以先叫回归属网，再叫通互联互通服务器，由服务器进行中转，实现1—5号线与7、9、11号线的无线电话互通，有利于发生紧急情况时的联合应急指挥。

5 交换机小区重选参数的优化设置

在地铁无线网络规划中，小区重选是影响无线通信质量的重要问题之一。因为无线信号在地铁沿线隧道内或高架区间传播会造成信号的瑞利衰落，从而影响无线通信的质量。如果地铁无线网络覆盖设计或者小区重选参数设置不当，可能会引起掉话。下面以深圳地铁EADSDXTip交换机及TB3基站为例，分析对小区参数的优化设置。与小区重选关联的6个小区重选参数及基站的发射功率的优化选取见表4。

1．参数SRT及FRT。通常情况下，根据小区间无线信号重叠区、列车运行速度及无线环境情况，可将FRH和SRH设置为0～6dB。车载台最大发射功率为35dBm，NTXPWER设置为35dBm，NRXLEV设置为－105dBm，小区重选与切换见图1，计算条件参见表5。当SRT和FRT值被设置为0～30dB时，空闲状态与通话状态下触发电平可以设置在－105～－45dBm(空闲状态)和－105～－75dBm(通话状态)。根据经验，触发电平在空闲状态下设置为－59dBm，通话状态下设置为－75dBm比较理想，则参数优化设置为FRT=30dB，SRT=16dB。

图1 小区重选与切换图

2．参数SRH及FRH。车辆段、停车场在地面采用全向或定向天线实施覆盖，且列车在车辆段、停车场出入线运行时，速度较低，甚至可能停车进行呼叫通话。因此，应采用与正线区间不同的小区重选参数 (FRH及SRH应大于正线2～4dB)，以保证该区域小区重选时的通信质量要求。优化参数设置为:正线，SRH=FRH=2dB;车辆段，SRH=FRH=4dB。

3．参数POW。对于基站的发射功率选取要针对高架、地下、长短区间分别进行优化设置。考虑到地下区间相对封闭，漏缆安装高度相对较高，区间相对较短;而高架区间相对开放，漏缆安装相对较低，区间也普遍较长。因此，对于地下段 (或短区间)将基站功率优化调整为4W，则POW=36dBm;对于高架段 (或长区间)将基站功率调整为15W，则POW=42dBm。

6 覆盖重叠区的控制

为确保越区切换时移动台能保持通话的连续性和语音质量，按照规划设计要求，列车的越区切换应在区间完成，因为进、出站前后，司机与行调的通话机率较大。通常经漏缆选型及交换机参数优化，越区切换都能实现列车在区间内进行切换，但对于个别特别短的区间，如深圳地铁2号线的海上世界站—水湾站，区间长度560m，半区间长度280m，工程开通后经测试发现越区切换在站台，切换时手机显示电平较低，虽经网络小区重选、参数优化调整仍然不能满足要求。只能通过增加无线链路衰减的方法，使得覆盖重叠区移向列车出发的一端，成功地将越区切换位置拉回区间，实现了理想的越区切换，如图2所示。

表4 交换机小区参数优化设置表

表5 不同状态下小区重选触发条件表

图2 覆盖重叠区优化控制图

地铁专用无线覆盖设计还应重视干扰对TETRA网络无线信道的影响。

1．在满足移动台边缘场强的前提下，场强覆盖设计应尽可能采用无源射频设备，尽可能减少中继放大级数，一般不超过2级。中继放大器上行噪声对基站底噪的影响将导致基站接收灵敏度恶化。

2．规划设计应关注来自同一基站的直放站(中继器)与施主基站2个不同路径信号重叠区产生的同频干扰。为防止同频干扰对移动台的影响，二者之间的漏泄电缆应在中间断开，并间隔一定的距离。

3．在地铁隧道通信区域，为防止800～900MHz频段公众通信对TETRA800MHz调度专网的干扰，在设计、施工时，公众接收漏缆要求距专网漏缆0.5m以上，困难地段不得少于0.3m。

地铁专用无线TETRA系统是行车调度员与列车司机之间进行通信的惟一方式，也是公务联络和传递各种信息的重要手段。因此对TETRA系统的覆盖与优化进行研究尤为重要，合理的覆盖与优化设计将能达到很好地通信效果，实现专用无线通信安全、畅通。

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