地鐵通信系統(tǒng)中的無線覆蓋與優(yōu)化策略

劉知青 周琨 王召明 呂巍

【摘要】? ? 本文在分析的過程中，首先闡述了地鐵通信中的一些技術(shù)難點，對于現(xiàn)階段地鐵網(wǎng)絡(luò)通信中的實際問題進行探索。同時分析具體的組網(wǎng)策略，對目前地鐵網(wǎng)絡(luò)通信當(dāng)中的技術(shù)難關(guān)針對性的提出一些解決措施。希望能夠進一步的保證地鐵網(wǎng)絡(luò)通信的流暢，滿足人們的實際需求。

【關(guān)鍵詞】? ? 地鐵通信? ? 無線覆蓋? ? 優(yōu)化策略

引言：

為進一步的保障人們的正常通信，保證地鐵內(nèi)部的相關(guān)工作順利推進，還需要對地鐵的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進行深入分析。由于地鐵在地下幾十米深處，想要進行常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)通信還是比較困難的。因此在地下需要進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，保證內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)暢通。無論是地鐵工作人員還是正常的地鐵乘客，通話及上網(wǎng)都能夠得到一定的保障。

目前來看，由于地鐵內(nèi)部較為復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)的穿透能力比較差，且在地鐵正常運行的過程中，人流密度比較大，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信不夠順暢。在未來發(fā)展過程中，還需要進一步的優(yōu)化組網(wǎng)策略，進一步的降低干擾，保證網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的正常應(yīng)用，為地鐵內(nèi)部的通信帶來一定的幫助。

一、地鐵通信系統(tǒng)中的無線覆蓋問題分析

1.1地鐵通信系統(tǒng)中的無線覆蓋的必要性

為了更好的進行技術(shù)上的創(chuàng)新，滿足人們的通信需求，還需要對現(xiàn)階段地鐵網(wǎng)絡(luò)通信的實際需求，以及地鐵網(wǎng)絡(luò)通信的必要性進行相應(yīng)的分析。明確現(xiàn)階段的技術(shù)難點以及面臨的實際問題，針對性的提出改進措施，保障地鐵的正常網(wǎng)絡(luò)通信。地鐵內(nèi)部的通信系統(tǒng)和室外通信系統(tǒng)有著一定的區(qū)別，在人們正常生活當(dāng)中，可以通過建設(shè)基站等等方式實現(xiàn)相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。在正常的戶外，對于基站的要求比較低，即使在人口密度比較大的情況下，基本上是可以滿足人們的通信需求的。但是地鐵由于環(huán)境比較特殊，一般來說是在地下30米左右建設(shè)地鐵的。在如此深度的情況下，傳統(tǒng)的基站建設(shè)方式很難滿足人們的實際需求。人們無法通過連接外部信號的方式來實現(xiàn)正常的上網(wǎng)通話功能。那么就需要對地鐵內(nèi)部進行相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，以此來滿足人們的實際上網(wǎng)需求。由于在地鐵內(nèi)部人流量比較大，尤其是在早晚高峰的情況下，地鐵內(nèi)部的人比較多，人們對于上網(wǎng)需求和通信的需求也是比較大的。在面臨著如此高負(fù)載，大流量的情況下，如何保證通信網(wǎng)絡(luò)的順暢，如何避免給人們的正常上網(wǎng)造成障礙，這些都是現(xiàn)階段通信技術(shù)應(yīng)用過程中必須要考慮到的實際問題。由此可以看出，地鐵環(huán)境比較復(fù)雜，才使得現(xiàn)階段的通信技術(shù)面臨著一系列的問題。不僅如此，由于地鐵本身存在一定的特殊需要，在地鐵正常運行的過程中，需要避免通信網(wǎng)絡(luò)對地鐵本身造成干擾，避免出現(xiàn)交通事故等等，這些是要考慮到的實際問題。當(dāng)然對于地鐵內(nèi)部的工作人員而言，實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，保證其正常工作也是通信技術(shù)必須考慮到的一些技術(shù)問題。目前來看，在地鐵內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)通信基本上可以滿足人們的正常通行需求，但是在面臨人流量較大，氣候較為惡劣，情況較為特殊的場景，通信技術(shù)還是存在著一些不足之處，導(dǎo)致人們的正常上網(wǎng)受到了一定的限制。不僅如此，由于通信技術(shù)頻率的影響，容易對地鐵本身造成一定的干擾，影響了正常的交通工作，以上問題還需要進行進一步的考慮。

1.2地鐵通信系統(tǒng)中的無線覆蓋的難點

既然說通信網(wǎng)絡(luò)以及通信系統(tǒng)的技術(shù)革新，對于地鐵就有著很重要的現(xiàn)實意義。那么還需要對技術(shù)上的一些難點以及現(xiàn)階段的一些主要矛盾進行重點分析，針對性的提出解決措施，以此來保證地鐵內(nèi)部的正常網(wǎng)絡(luò)通信。經(jīng)過實際分析可以發(fā)現(xiàn)，在人流量較大的情況下，很難滿足人們的實際上網(wǎng)需求。會出現(xiàn)上網(wǎng)延遲較大，無法正常通話等等問題，這也體現(xiàn)出了現(xiàn)階段技術(shù)上的難題。如何滿足大流量的通信需求，在人口密度較大的情況下如何保證人們的上網(wǎng)通暢，還需要進一步的提出解決措施?？梢钥紤]基站的建設(shè)，也可以考慮到組網(wǎng)優(yōu)化等等技術(shù)手段。不僅如此，在實際應(yīng)用的過程中，需要通過光纜等等方式進行有線網(wǎng)絡(luò)傳輸，在建設(shè)的過程中需要配合相應(yīng)的地鐵建設(shè)工程。目前來看，如何避免光纜被破壞，如何保證光纜的正常應(yīng)用，屬于技術(shù)上一些問題。因為在長期應(yīng)用的過程中，很有可能降低光纜的使用壽命。而且在出現(xiàn)問題的時候，存在著檢修困難，維護困難等問題，會造成地鐵內(nèi)部大面積的網(wǎng)絡(luò)不通暢等等現(xiàn)象。在內(nèi)部組網(wǎng)的過程中，由于通訊信號本身的頻率和功率會影響到地鐵的正常運行，如果不進行更多的優(yōu)化，必然會導(dǎo)致地鐵在正常運轉(zhuǎn)受到嚴(yán)重的影響，造成一系列的交通事故，這也是目前地鐵建設(shè)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)過程中的沖突。未來發(fā)展過程中，還需要對通信網(wǎng)絡(luò)的頻率，地鐵的正常運行進行更多的處理。尤其是在降低干擾方面，進行更多技術(shù)上的創(chuàng)新，更好的滿足地鐵內(nèi)部通信的實際需求。

二、地鐵通信系統(tǒng)中的無線覆蓋優(yōu)化策略

2.1增強基站發(fā)射功率

為保障地鐵內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，滿足人們的實際上網(wǎng)需求和工作需求。在解決問題的過程中，可以考慮增大基站的發(fā)射功率。在正常的地面以及戶外通信網(wǎng)絡(luò)組件以及基站建設(shè)的過程中，基站的發(fā)射功率要求并不高。因為室外的環(huán)境較好，基本上可以滿足人們的實際需求。即使在人流量較大的情況下，也可以很好的保證人們的正常通話和正常上網(wǎng)。但是由于地鐵內(nèi)部比較特殊，干擾因素比較多，且在地下幾十米的情況下想進行更好的基站建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)組建工作還是比較困難的。相應(yīng)的增大基站的發(fā)射功率，能夠進一步的保證人們的正常上網(wǎng)。當(dāng)然基站的發(fā)射功率增大，也并不是盲目的。一方面是受基站本身的限制，因為功率本身是存在著一定的最大值的。在功率有限的情況下，盲目的增大基站的發(fā)射功率，會導(dǎo)致更多的損耗問題，同時也很難達(dá)到實際的效果，體現(xiàn)出了現(xiàn)階段技術(shù)上的難點。在未來發(fā)展的過程中，考慮到的是采用大功率的供電模式，保障基站發(fā)射功率能夠進一步的提升。當(dāng)然需要經(jīng)過實際測試，避免大功率所造成的安全隱患，影響了地鐵內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。與此同時，在基站發(fā)射功率提高的過程中，還受相關(guān)法律法規(guī)的限制。因為在發(fā)射功率較大的情況下，容易造成通信網(wǎng)絡(luò)的輻射增大，給人們的身體健康造成嚴(yán)重的影響，這也是現(xiàn)階段通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中必須要考慮到的實際問題。與此同時，發(fā)射功率還有可能給地鐵網(wǎng)絡(luò)的正常運行造成一定的破壞，產(chǎn)生不可預(yù)計的后果。由此可知，在未來的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，增大基站的發(fā)射功率是解決目前網(wǎng)絡(luò)通信不佳問題的的重要手段，但與此同時還會產(chǎn)生一些后果。如給人們的身體健康造成影響，產(chǎn)生較大的功耗，影響地鐵的正常運轉(zhuǎn)。需要進行實際測試，進行科學(xué)的分析，才能夠全面部署通信網(wǎng)絡(luò)。

2.2采用無源設(shè)備

在現(xiàn)階段的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，相關(guān)通信設(shè)備分為無源設(shè)備和有源設(shè)備兩種。對有源設(shè)備和無源設(shè)備的一些基本概念進行分析，能夠幫助我們更好的應(yīng)用相關(guān)設(shè)備，也能夠在地鐵內(nèi)部進行更好的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。首先，有源設(shè)備主要指的是在有電源供應(yīng)的情況下正常工作的一些設(shè)備，依賴電源作為基本工作條件來完成自身正常工作的設(shè)備均為有源器件，它主要是前端設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)中的放大器、過流分支分配器、饋電放大器和光發(fā)射機、接收機等。而無線設(shè)備主要指的是在沒有電源的情況下進行工作的一些設(shè)備，這個設(shè)備的應(yīng)用也是比較廣泛的給通信網(wǎng)絡(luò)的正常運轉(zhuǎn)帶來了一定的幫助。無源器件主要包括電阻，電容，電感，轉(zhuǎn)換器，漸變器，匹配網(wǎng)絡(luò)，諧振器，濾波器，混頻器和開關(guān)等。無源元件主要是電阻類、電感類和電容類器件，它們的共同特點是在電路中無需加電源即可在有信號時工作。在上文分析中可知，增大基站的發(fā)射功率，會帶來一系列的功耗問題。而通過無源網(wǎng)絡(luò)的使用，則能夠有效的避免功耗所帶來的一系列的影響。通過模塊化的建設(shè)方式，使得電阻，電容，電感，轉(zhuǎn)換器，漸變器等組成大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，能夠進一步的解決實際問題。當(dāng)然就目前來看，無源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常使用過程中還面臨著技術(shù)上一些難題，如何進行模塊化的設(shè)計，如何保證無源網(wǎng)絡(luò)的正常運行，這些還需要進行技術(shù)上的創(chuàng)新。與此同時，由于通信技術(shù)本身的性能存在著一定的瓶頸，在目前應(yīng)用的過程中，還很難滿足地鐵內(nèi)部的復(fù)雜情況。尤其是在人流量較大的情況下，如早高峰和晚高峰，無法確保人們的正常上網(wǎng)和正常的通信。對于地鐵工作人員的正常通信而言，也是有著一定的限制的。雖然說無源網(wǎng)絡(luò)具有較好的發(fā)展前景，本身的性能也較為優(yōu)越。但目前來看還需要進行材料上的創(chuàng)新，以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上的創(chuàng)新，對內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)改造才能夠有效的解決實際問題。

2.3優(yōu)化組網(wǎng)策略

5G技術(shù)的快速發(fā)展給我們的生活帶來了很大的改變，一方面依賴于5G的高傳輸速率和低延遲的特性，保證了人們的正常上網(wǎng)和正常通信，同時對于其他行業(yè)而言也注入了新的活力。那么在地鐵通信系統(tǒng)進行建設(shè)的過程中，進行5G網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)已經(jīng)成為了未來的主流發(fā)展趨勢，能夠進一步的解決人們的上網(wǎng)需求。在地鐵內(nèi)部進行工作的過程中，也可以為工作人員帶來極大的幫助。對5G網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)策略進行充分分析，能夠有效的攻克技術(shù)上一些難關(guān)，進一步的在地鐵內(nèi)部進行通信網(wǎng)絡(luò)的搭建。從技術(shù)角度進行分析，目前的5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)策略分為Option1、Option2、Option3、Option4、Option5、Option7，根據(jù)3Gpp的定義也可以看出，組網(wǎng)策略也是在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上建設(shè)無線接入網(wǎng)，所使用的接入制式包括LTE和NR （new radio），即5G無線接入網(wǎng)可以選擇4G的LTE作為無線接入或者選擇NR提供無線接入，核心網(wǎng)的組網(wǎng)選擇包括EPC和5GC，即5G核心網(wǎng)可以選擇EPC作為5G核心網(wǎng)或者選擇5GC作為5G核心網(wǎng)。具體的組網(wǎng)策略中，一是網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)option1，通過升級4G網(wǎng)絡(luò)，然后第一步在無線側(cè)引入NR基站，變?yōu)閛ption3;第二步，在核心網(wǎng)引入5GC，在option3的基礎(chǔ)上疊加option2;第三部，將LTE和5GC相連，逐步進行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移，支持演進方案5和7，LTE的業(yè)務(wù)逐漸搬遷到5GC。二是無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)升級，支持部分5G應(yīng)用，無線引入NR，支持option3;第二步，核心網(wǎng)過渡到5GC，從option3變?yōu)閛ption7，然后無線側(cè)再進行大規(guī)模覆蓋，以NR為主。最后，升級LTE，將LTE和5GC相連，組網(wǎng)方案變?yōu)閛ption4，無線側(cè)NR+LTE，核心網(wǎng)5GC.就目前來看，為了滿足實際需求，我國三大運營商選擇不同組網(wǎng)策略。尤其是在地鐵內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，合理的進行組網(wǎng)策略的優(yōu)化，能夠進一步的解決實際問題，保證正常的通信。在未來發(fā)展的過程中，調(diào)整相應(yīng)的組網(wǎng)策略，一方面要滿足通信協(xié)議的需求，另外一方面應(yīng)當(dāng)能夠進一步的應(yīng)對地鐵內(nèi)部的復(fù)雜場景。在人流量密度較大的情況下，在地鐵正常運轉(zhuǎn)的情況下，保證通信網(wǎng)絡(luò)的正常建設(shè)。

四、結(jié)束語

總而言之，在現(xiàn)階段地鐵網(wǎng)絡(luò)通訊過程中，由于覆蓋強度不足，相應(yīng)的負(fù)載較大，產(chǎn)生了一系列的問題，導(dǎo)致人們的正常網(wǎng)絡(luò)通信受到了嚴(yán)重的干擾。為了進一步的提升地鐵網(wǎng)絡(luò)通信的總體水平，既要加強基站的建設(shè)，保證其發(fā)射功率較強，能夠滿足人們的實際上網(wǎng)需求，也能夠滿足地鐵工作人員的工作需求。當(dāng)然還需要進一步的優(yōu)化組網(wǎng)策略，保證地鐵內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)通信科學(xué)合理，在未來發(fā)展過程中實現(xiàn)更好的通信技術(shù)。

參? 考? 文? 獻

[1]地鐵5G無線網(wǎng)覆蓋方案探討[J].楊勇.數(shù)字通信世界.2020（10）

[2]地鐵無線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋工程[J].彭培培.電信技術(shù).2018（06）