地铁隧道间漏泄无线通信越区切换问题的研究（精品论文） .pdf

通信 信号 地铁隧道问漏泄无线通信越区切换问题的研究 薛伟1 刘晓娟2 1 兰州交通大学自动化与电气工程学院 兰州7 3 0 0 7 0 2 兰州交通大学电子与信息工程学院 兰州7 3 0 0 7 0 摘要 介绍地铁隧道间漏泄无线通信的越区切换区域设置和 漏泄电缆的连接方式 通过对不同速度等级的地铁列车在隧 道问漏泄无线通信越区切换区域设置方案和漏泄电缆连接方 式的分析 从工程经济性 实施性 可靠性等不同方面进行多方 案的比选研究 使用漏泄电缆的地铁移动通信系统解决了车一 地间双向大容量信息的安全传输及其高效切换问题 为列车安 全运行和乘客提供优质的无线通信服务 关键词 越区切换 漏泄电 无线通信 地铁隧道 中图分类号 u 2 3 1 7文献标识码 a 文章编号 1 0 0 4 2 9 5 4 2 0 0 9 0 6 一o l l 6 0 3 1 概述 目前 随着我国经济社会的快速发展 我国地铁交 通也迎来了建设大高潮 已有几十个城市相继提交了 地铁建设规划 与此同时移动通信的日益发展使得地 铁列车控制系统和乘客对隧道问移动通信的要求成为 现实 而漏泄电缆的特性无疑是实现地铁隧道间移动 通信的一种有效途径 但地铁移动通信网络内越区切 换存在诸多的问题 特别是在隧道环境 由于多种因素 产生的信号快速衰落现象 使切换区域的设置和漏泄 电缆的尾端连接方式对越区切换的效果影响很大 直 接关系到无线网络的服务质量 地铁移动通信系统与地面移动通信系统之间的最 大区别是全部在地下 而且大部分在隧道里面 这样 一来 在隧道里面 在运行的车辆l 二保证越区切换的顺 利进行就成了一个蓖要问题 由于地铁隧道区间是链 状覆盖网 一般基站频率复用都采用隔站复用 因此列 车行进方向的切换 本小区与邻小区 位于区间中部 而此时列车的车速也达到最高 同时列车又是金属外 壳 此外 与地面移动通信网不同的是 地铁交通沿线 小区的蕈叠区域非常单一 不会出现在一个地理位置 上存在众多小区的覆盖 这些都给切换带来了困难 因此 在这种情况下 尤其要注意重叠小区的规划 一般情况下 地铁无线通信进行正常切换需要6s 对于切换区应取单次成功切换时间的2 倍为1 2s 即保 证一次切换不成功还叮以再次进行成功切换 因此 漏泄无线通信一般选取下列隧道内越区切换参数 1 启动越区切换测量计算门限电平 高于移动 收稿日期 2 0 0 8 1 2 1 6 作者简介 薛伟 1 9 8 3 一 男 兰州交通大学在读硕士研究生 1 1 6 台最低允许接收电平l o 1 5d b 2 本小区与相邻小区信号质量差值c 一c 5 一 l od b 3 本小区与相邻小区信号质量单次计算总时 间 5 1 08 0 由于地铁隧道是一个封闭的地下圆柱形空间 隧 道效应使高频信号衰减很快 为了保证隧道内的信号 均匀分布 隧道内都使用漏泄同轴电缆 l c x 保证 在隧道内漏泄无线信号的顺利切换的一个有效手段就 是正确设计场强的覆盖 也就是要从以下两方面考虑 选用系统及设备的参数旧o 1 合理设置越区切换区域以保证9 8 以上区域 各信号的最弱电平为一8 5d b 也就是说保证移动通信 可通率大于等于9 8 2 隧道区间中点的漏泄电缆尾端联通 使两边 基站来的信号尽量形成较多的重叠区 1 2 切换机制 切换是指将正在进行的移动台与基站之间的通信 链路从当前基站转移到另一个基站的过程 该过程也 称为自动链路转移 越区切换通常发生在移动台从一 个基站覆盖小区进入到另一个基站覆盖小区的情况 下 为了保持通信的连续性 将移动台与当前基站之间 的链路转移到移动台与新基站之问的链路 切换发生 的门限值是在系统安装时进行初调的 且初始参数设 置取决于系统性能要求 不能随意改变 在分析漏泄无线通信系统越区时 采用具有滞后 余量和门限规定的相对信号强度准则 仅允许移动用 户在当前基站的信号电平低于规定门限 且新基站的 信号强度高于当前基站一个滞后余量时 进行越区切 换 以及移动台辅助的越区切换控制策略 每个移动 台监测从周围漏缆基站中接受到的信号能量 包括功 率 距离和话音质量 这三个指标决定切换的门限 并 将这些检测数据报告给旧基站进行计算且与切换门限 值进行比较 然后再决定何时进行越区切换以及切换 到哪一个基站 因此 选用四个门限电平值h s s f f 当移动台处在空闲状态 其接收到的本基站 信号低于可用电平s 且相邻基站的信号高出一个预 定值s 这时移动台可以重选基站 当移动台处在通 话状态 其接收到的本基站信号低于可用电平f 且 铁道标准设计r a i l w a ys t a n d a r dd e s i g n2 0 0 9 6 万方数据 薛伟 刘晓娟一地铁隧道间漏泄无线通信越区切换问题的研究 相邻基站的信号比本基站的信号高出一个预定值 这时移动台必须重选 选择四个门限电平 是为了使 正在通话状态中的移动台尽量减少切换次数 在信号 仍可用的前提下尽量保持在当前基站中 3 切换区域设置分析 合理规划切换区域 就是满足无线通信覆盖可通 率大于等于9 8 目前 漏泄电缆市场上 厂家提供 的产品指标只有9 5 接收概率的耦合损耗值 要得到 9 8 接收概率的耦合损耗值 应先正确选用漏泄电缆 9 5 接收概率的耦合损耗值 该值与漏泄电缆的型号 和频段有关 再加一定的余量 采用分别考察9 5 9 8 与5 0 接收概率时的系 统耦合损耗余量关系 进而得到9 8 与9 5 接收概率 时的系统耦合损耗余量关系 9 8 的时间 地点通信概率与5 0 相比较 系统 耦合损耗余量的计算如下 p m i n 矧警 0 9 8 式中p 髫 p 接收信号大于接收机输入端要 求的最低保护功率电平p 响的 通信概率 m 通信概率为9 8 时接收机输 入端要求的中值信号电平 盯 位置分布和时间分布的标准偏 差 2 由式 1 可得 e 叫警 2 8 一 0 9 6 查概率积分表 误差函数表 可得 丝 鱼 1 4 5 2 3 叮0 2 故m d p 1 4 5 2 2 盯 p i 2 0 5 0 p i n 2 0 5 7 5 p i 1 5 4d b 其中 盯为7 5d b 9 0 0m h z 城市 混合路径标准 偏差 由此可见 为满足9 8 的时间 地点通信概率 系 统耦合损耗余量应在5 0 的概率上增加1 5 4d b 同理 9 5 与5 0 的时间 地点通信概率的系统 耦合损耗余量关系也采用上述计算方法可知 为满足 9 5 的时间 地点通信概率 系统耦合损耗余量应在 5 0 的概率上增加1 4d b 综上所述 在漏泄电缆覆盖的隧道区段 为达到 9 8 的时间 地点概率 系统耦合损耗余量应在9 5 概率值下增加1 5 4 1 4 1 4d b 此理论数据值与在 铁道标准设计r a i l w a ys t a n d a r dd e s i g n2 0 0 9 6 通信 信号 深圳地铁竹子林隧道实测的漏泄电缆9 5 与9 8 接 收概率耦合损耗差值 0 8 2 3d b 非常接近 根据国内外地铁移动通信工程设计经验 地铁无 线通信进行单次正常切换需要6f l 对于切换区应取单 次成功切换时间的2 倍为1 2s 保证一次切换不成功 再进行2 次切换 列车最高速度为8 0k m m h 1 2s 内 行进的距离为 l 8 00 0 0 36 0 0 1 2 2 6 6m 在理 想情况下 本小区与相邻小区的信号在l c x 中传输损 耗是相同的 故它们的场强衰减特性曲线相对于它们 的交点是对称的 所以l c x 的越区切换损耗余量可由 本小区与相邻小区各负担一半 即1 2 2 6 6m 1 3 3 m 对应于l c x 传输损耗2 4d b k m 越区切换损耗余 量为2 4 1 10 0 0 1 3 3 3 1d b 所以 要保证隧道 中的切换区长度超过2 6 6i n 根据漏缆指标计算得 知 9 0 0m h z 信号在1 3 3i n 的漏缆中共衰减3 1d b 所 以在最坏情况下原小区的9 0 0m h z 信号将衰减到 一8 0 3 1 一8 3 1d b 将驶入小区的9 0 0m h z 信号 强度增强到一8 0 3 1 一7 6 9d b 信号强度相差超 过6d b 可通过场强比较的方式进行切换 我们只要 保证切换区长度达到2 6 6n l 即可达到移动台良好无 间断的切换要求 见图1 注 o 点一移动台启动越区切换测量计算 b 点一移动台进行快速越区 切换 y 一移动台最低允许接收电平 图1隧道内越区切换余量示意 在地铁隧道间运行列车上的移动台通过来自不同 基站信号的交会处时将会发生信号切换 如图2 所示m 列车运行方向 骥 烬 7 9 d b m 8 2d b m 8 5d b m a 切换区间h 图2 隧道内越区切换示意 1 1 7 一热一 万方数据 通信 信号 薛伟 刘晓娟一地铁隧道问漏泄无线通信越区切换问题的研究 切换成功率 包括切入和切出 是越区切换的关 键问题之一 而切换区域的设置是保证切换成功率的 关键 一般最小切换区域为 s j v t 式中s i 最小切换区间长度 m 卜列车运行速度 m s t 切换时间 s 故不同速等级下地铁列车的最小切换区域如表1 所示 表1不同速等级下地铁列车最小切换区域计算 趔尼 喜s z 鹾s l f l 列车运行方向 旺u a 断开方式 隧间加负载 理f 2 喜 醛s i f l 列车运行方向 1 z x 二一 飞 7r 2 x 7n n 珏一矗 乃 4 漏缆连接方式分析 实现各小区间的平滑切换 还必须在隧道间做好 泄漏电缆的尾端连接 控制好信号重叠区域 即让隧道 间的漏泄电缆 l c x 联通 使两边基站来的信号尽量 形成较多的重叠区 保证在列车高速运行下的切换顺 利进行 实际中站间隧道较长 出于系统设计及漏缆 性能等方面的考虑 漏缆敷设普遍采用从两端车站向 隧道中间敷设的方式 就产生了隧道间漏缆连接方式 的问题 而隧道间漏缆的连接方式又直接影响漏泄无 线通信系统越区切换的性能h 目前 主要有以下4 种隧间漏缆的连接方式 图 3 为了寻找隧间漏缆的最佳连接方式 下面对这4 种方案的切换性能进行比较 1 断开方式 隧间加负载 l 四尼 喜是 些两 一 l 列车运行方向 l 二 e j 之 l c x 二 一 一一 一一一蛀 f t 4 膏 i q 嘞贯通方式 隧间直通 c 贯通方式 隧i 日j 加衰减器 注 t l t 2 1 r 3 t 4 t 5 为可选择的切换区域 图34 种漏缆连接方案示意 隧间加负载的方式为在隧道中间两根漏缆末端分 别加负载 以断开信号传输 使各漏缆中只单独传输1 个基站的信号 此种方案的优点在于 可以使移动台 在隧道中间迅速完成越区切换 切换点可控 缺点在 于 隧道中间点信号较差 无论移动台通话与否必须立 即完成越区切换 影响通话质量 北京地铁1 3 号线即采用此种连接方式 2 隧问直通 此种方案的优点在于 在越区切换前后信号均较 强 越区切换平稳 缺点在于 切换点不可控 北京地 铁5 号线即采用此种连接方式 5 号线曾出现移动台 在下一站车站进行越区切换的现象 经研究发现因隧 道区间较短 上一站信号经直通漏缆传输至下一站车 站后才降低至切换门限电平以下 最终采用降低基站 发射功率 调高切换门限电平r s t 值的方式将切换点 调整至隧道中部 除信号传输距离造成同一类型移动 台切换点不可控外 对于不同类型的移动台切换点的 范围也难以控制 3 隧间加衰减器 考虑到隧间直通方式存在的一些问题 在实际工程 1 1 8 趔f 2 童未 r f i 列 i 运行方向 i 马 j d 交叉方式 隧问交叉 设计中倾向于采用在隧道中间漏缆连接处加衰减器以 控制越区切换点的位置 此种方案是在隧间直通方式 网络优化的基础上 用衰减器缩短有效覆盖交叠的范 围 此种方案的难点是衰减器取值问题 如果衰减值过 大会造成隧道中间点信号较差 如果衰减过小则不能有 效缩短有效覆盖交叠范围 由于衰减器取值工作将大 大增加网络优化工作 在对越区切换点没有严格要求的 项目中 往往不采用隧间加衰减器的漏缆连接方式 因 业主单位对越区切换点要求严格 目前正在建设的成都 地铁1 号线采用隧i 日j 加衰减器的连接方式 摩托罗拉公司建议相邻两个车站的漏缆应采用贯 通方式进行敷设 以保证两个基站的射频信号在整根 漏缆中具备有效长度的交叠区 4 隧间交叉 由于采用隧道中间漏缆断开方式时漏缆断开点信 号较差 而采用漏缆贯通方式时网络优化较复杂 提出 了一种新的方案 隧间交叉 即在隧道中间使两条 漏缆互相交叉 产生1 7 0m 左右的重叠敷设区 这样 既可以保证移动台在漏缆重叠敷设区末尾平滑切换 下转第1 2 6 页 铁道标准设计r a i l w a ys t a n d a r dd e s i g n2 0 0 9 6 万方数据 给水排水 史义雄 蒋金辉一铁路中小站生活污水生态塘处理工艺研究展望 2 生态塘底泥沉积降解模型 在生态塘系统的运行过程中 生态塘底泥沉积不 仅影响塘的水力流态 也使其有效容积减小 水力停留 时间缩短 并最终影响出水水质 塘底泥主要有三个来源 进水中的悬浮物 水 体中死亡生物体的沉积 天然或人为的外来物 如风 沙 扬尘等 塘底泥的组成可分为2 部分 可生物降解部分 不可生物降解部分 前者可通过厌氧分解过程转变 为c o c h 等气体 小分子可溶性有机物 有机酸 醇 等 以及生物残渣 生物残渣难以继续降解 将累积于 塘底 而其余物质最终会通过各种途径离开底泥层 进 人大气或返溶于塘水体 重新参与塘内的各种变化过 程 后者只能在塘底不断积累 塘底泥的蓄积包括可 生物降解部分的蓄积和不可生物降解部分的蓄积 通过试验研究 建立反映稳定塘底泥蓄积规律的 公式 反映进水水质 水量 温度及塘的运行状况等因 素对底泥蓄积的影响 3 污染物质n h 一n 去除的研究 在污水生态处理系统中 氨氮主要是通过有机氮固 定 释放以及硝化反硝化脱氮等机制得以去除 其中 有机氮固定 释放主要是通过水生植物的生长消耗 受 外界环境的影响 硝化反硝化脱氮主要是依靠硝化细菌 及反硝化细菌在不用环境下的优势作用 通过研究不 同外界环境的影响 如水温 p h 值 d o 以及生物量等因 素 分析n h 一n 去除机制 确保出水稳定达标 4 结语 在分析铁路中小站生活污水特征及污水处理现状 的基础上 贯彻国家 铁道部节能减排的方针 开发适 合铁路站区特点的污水处理技术是铁路给排水工作者 的首要任务 针对传统稳定塘处理技术在铁路污水处 理中存在的不足 从节约占地和提高效率上进行创新 将污水处理和综合利用相结合 发展生态塘工艺 是我 国铁路节能减排需采取的有效措施之一 该工艺具有 基建投资省 运行费用低 管理维护方便以及处理效果 稳定等优点 具有良好的运用前景 参考文献 1 陈俊杰 付永胜 房景燕 铁路中小站段生活污水特征及匹配处理 技术研究 j 铁道标准设计 2 0 0 7 3 8 8 8 9 2 金建军 铁路综合污水处理工艺研究 j 铁道标准设计 2 0 0 2 1 0 5 0 5 2 3 赵月霞 水春雨 侯世全 处理铁路中小站区污水的生态塘工艺 j 中国铁道科学 2 0 0 6 2 7 4 1 3 3 1 3 6 4 t m a n i o s e 1 s t e n t i f o r d p m i l l n e r t h er e m o v a lo fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n df r o mp r i m a r y t r e a t e dd o m e s t i cw a s t e w a t e ri ns u b s u r f a c e f l o wr e e db e d su s i n gd i f f e r e n ts u b s t r a t e s j w a t e re n v i r o n m e n tr e s e a r c h 2 0 0 3 7 5 4 3 3 6 3 4 1 5 j h u a n g r b r e n e a uj r c h a g e d o m n i t r o g e nr e m o v a li nc o n s t r u c t e dw e t l a n d se m p l o y e dt ot r e a td o m e s t i cw a s t e w a t e r j w a t e r r e s e a r c h 2 0 0 0 3 4 9 2 5 8 2 2 5 8 8 6 t b u l c a s a j ns l a k p e r f o r m a n c eo fc o n s t r u c t e dw e t l a n df o rh i g l i w a yr u n o f ft r e a t m e n t j w a t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y 2 0 0 3 4 8 2 3 1 5 3 2 2 上接第l1 8 页 又可以减少网络优化工作 但是 由于漏缆价格昂贵 采用隧间交叉的方式将大大增加工程建设成本 目前 尚未有任何工程采用此种方案 此种方案尚处于理论 阶段 未经过实际工程检验 4 种漏缆尾端连接方式的越区切换性能比较如表 2 所示 表24 种漏缆连接方式的越区切换性能 切换性能藤i 两而订f 面压而i 喜芎未言翥聂面溽丽 5 结论 地铁交通系统中由于有相当部分的线路位于地下 隧道中 确保地铁移动通信的顺利切换 是保证地铁移 动通信信号连续 稳定的基础 关系到列车的安全运行 1 2 6 和能否为乘客提供优质通信服务 地铁隧道间漏泄无线通信越区切换是隧道漏缆信 号覆盖的一项重点工作 而隧道间切换区域的设置和 漏缆的连接方式将直接影响越区切换效果 以上介绍 的切换区域设置方案和漏缆连接方式能够较好的解决 基于漏泄无线通信的移动台在隧道问的越区切换问 题 各种方式有其各自的优点和适用的场所 应按工程 实际需要考虑选取最优方案 或者是各个方案的组合 使用 以满足地铁漏泄无线通信系统在隧道间的顺利 切换 为列车控制系统提供大容量 安全的车一地双向 通信和其他各种非安全相关信息的实时高效传输 参考文献 1 李栋 丁国鹏 隧道内移动通信越区切换区域设置方案的比较 研究 j 铁道工程学报 2 0 0 7 1 1 5 6 5 8 2 龚小聪 地铁移动通信系统切换设计思考 j 都市快轨交通 2 0 0 6 1 9 l 一9 3 3 周杭 地铁民用无线通信系统切换分析和解决对策 j 现代城 市轨道交通 2 0 0 8 2 1 8 2 0 4 黄庆祝 冉德兴 数字集群系统越区切换与隧间漏缆连接 j 科 技信息 2 0 0 8 4 6 4 7 铁道标准设计r a 儿w a ys t a n d a r dd e s i g n2 0 0 9 6 万方数据 地铁隧道间漏泄无线通信越区切换问题的研究地铁隧道间漏泄无线通信越区切换问题的研究 作者 薛伟 刘晓娟 作者单位 薛伟 兰州交通大学自动化与电气工程学院 兰州 730070 刘晓娟 兰州交通大学电子与信 息工程学院 兰州 730070