基于城市軌道交通通信無線系統(tǒng)的覆蓋及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

曾南海?鄧軍敏

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化建設(shè)進程的不斷加快，在軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，無線通信系統(tǒng)正在逐步完善。本文著重介紹了無線通信系統(tǒng)在城市軌道交通上的應(yīng)用覆蓋情況，以及后期優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：軌道交通；無線通信系統(tǒng)；優(yōu)化；覆蓋

1 序言

城市軌道交通的絕大部分線路及車站均設(shè)置在地下，無線信號主要在隧道內(nèi)傳播。由于隧道的直線距離較短、彎曲路段多，造成無線電波直線傳播較難，同時隧道會大量吸收無線信號，產(chǎn)生嚴重多徑衰落，造成無線信號的極化紊亂，增加信號衰減。隨著信息的需求迅猛增長以及國家的大力支持，公眾網(wǎng)已經(jīng)從2G時代發(fā)展到3G時代，選擇又進入到4G時代了，無線通信的應(yīng)用日趨綜合化，無線通信技術(shù)向?qū)拵Щ瑢拵Щ?，IP化的方向發(fā)展，各種通信制式趨于融合，電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)、廣電網(wǎng)融合趨勢明顯，將匯聚功能強大的多渠道，多媒體綜合信息平臺，信息網(wǎng)絡(luò)將覆蓋各類終端。

2 城市軌道交通通信系統(tǒng)的組成

城市軌道交通通信系統(tǒng)主要由專用通信、公安通信和公網(wǎng)通信3個通信系統(tǒng)組成。公網(wǎng)通信系統(tǒng)應(yīng)滿足城市軌道交通公眾通信服務(wù)，將電信運營商移動通信系統(tǒng)覆蓋到城市軌道交通全程地下空間。公網(wǎng)通信系統(tǒng)由傳輸系統(tǒng)、移動通信引入系統(tǒng)、集中監(jiān)測警告系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等組成。

3 城市軌道交通無線系統(tǒng)的覆蓋

城市軌道交通的主要形式是地鐵。地鐵地下站有“站臺”“站廳”“商業(yè)層”和“設(shè)備層”之分?！罢九_層”為上下列車點，和隧道同層；“設(shè)備層”為地鐵專網(wǎng)和公網(wǎng)設(shè)備的安裝地點，一般在“站廳層”和“站臺層”之間；“商業(yè)層”則通常和“站廳層”同層。

在對地鐵地下車站進行無線覆蓋時需要考慮地下站的結(jié)構(gòu)對信號覆蓋的影響，行人出入地鐵站時和列車在隧道內(nèi)行駛時以及列車進出隧道洞口時移動通信網(wǎng)絡(luò)小區(qū)信號切換的影響。

為滿足移動運營商公共無線信號在地鐵內(nèi)的延伸和覆蓋，在地下車站設(shè)置了公網(wǎng)通信機房。各運營商的信源設(shè)備與配套的傳輸、電源設(shè)備等，均安裝在各地下車站的通信機房內(nèi)。

3.1 覆蓋的方式

由于地鐵覆蓋范圍變得更為廣泛，因此實現(xiàn)信號覆蓋的方式也有多樣。

（1）隧道漏纜覆蓋：地鐵90%的區(qū)段是在地下，采用漏纜覆蓋的方式非常普遍。通常從設(shè)備房的基站或直放站內(nèi)通過功分器接出一定類型的射頻電纜（一般有1/2、7/8、5/4、13/8型號幾種），再通過跳線接入不同類型的漏纜。漏纜按尺寸可以劃分為7/8、5/4、13/8三種規(guī)格。在實際工程中，一般依據(jù)區(qū)間的長短來選擇：通常13/8型號的漏纜應(yīng)用在2.2 km左右的區(qū)間，5/4型號的漏纜應(yīng)用在1.5 km左右的區(qū)間，7/8型號的漏纜應(yīng)用在0.8 km以內(nèi)的區(qū)間。

（2） 定向天線、八木天線與極柱天線：在隧道或聯(lián)絡(luò)線處，往往需要對無線信號進行補強，因此采用定向天線的居多，在廣州地鐵一號線大量采用偶極天線，作為車站站廳及停車庫的信號覆蓋。八木天線與極柱天線一般安裝在車輛段，覆蓋該地區(qū)的空曠區(qū)域。

（3） 站廳低廓全向天線覆蓋：在各車站，一般將設(shè)備房內(nèi)的基站或直放站信號饋出到站廳處，以方便車控室的車站電臺的信號接收，同時便于站務(wù)人員在站廳值班及巡查。按照目前的覆蓋要求，一般在一個典型車站需要5-7副天線（站廳3副，設(shè)備區(qū)2副，長通道2副）。一般基站的典型輸出功率為10 W（40 dBm），而且信號優(yōu)先保證覆蓋隧道，因此，一般在設(shè)備房采用20 dB或30 dB的耦合器，耦合出信號作為上述天線的輸出。

4 城市軌道交通通信無線系統(tǒng)的現(xiàn)狀

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，越來越多的應(yīng)用對無線系統(tǒng)提出了更高的要求，然而由于技術(shù)，歷史等原因，我國城市軌道交通無線通信系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，種類繁多。城市軌道交通的無線通信系統(tǒng)分為專用無線通信系統(tǒng)和公共無線通信系統(tǒng)。專用無線通信系統(tǒng)包含無線調(diào)度通信系統(tǒng)，列控信息車地無線傳送系統(tǒng)，移動電視系統(tǒng)，公安無線，消防無線應(yīng)急系統(tǒng)，導乘信息及視頻監(jiān)控車地無線傳輸?shù)取３鞘熊壍澜煌ǖ膶Ｓ脽o線通信系統(tǒng)還停留在第二代和無線局域網(wǎng)的技術(shù)水平上。其中只有無線調(diào)度通信系統(tǒng)使用的TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)被業(yè)界認可，其他各種無線寬帶技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域還沒有形成標準，同樣的應(yīng)用在不同城市甚至不同線路都可能采用不同的技術(shù)。

從目前軌道交通對于通信的實際需求來看，TETRA系統(tǒng)屬于第二代移動通信的技術(shù)，其帶寬有限，無法傳輸大量寬帶數(shù)據(jù)，從而無法實現(xiàn)移動電視，視頻監(jiān)控等寬帶數(shù)據(jù)應(yīng)用，WLAN，WIMAX等寬帶接入技術(shù)因為延遲，VOIP效率不高等原因，無法提供可靠語音業(yè)務(wù)，這些現(xiàn)有的寬帶接入技術(shù)都很難單獨發(fā)展成一個完整，通用的城市軌道交通無線通信系統(tǒng)。在穩(wěn)定快速的接入基礎(chǔ)上，同時能夠提供語音業(yè)務(wù)和更寬的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就成為我們下一代城市軌道交通無線通信系統(tǒng)的目標。隨著無線技術(shù)的迅速發(fā)展，這一目前的實現(xiàn)肯定可以。

5 城市軌道交通通信無線系統(tǒng)的優(yōu)化

為了實現(xiàn)城市軌道交通通信無線通信的優(yōu)化，下列關(guān)鍵技術(shù)是必不可少的：大容量寬帶技術(shù)，語音集群通信技術(shù)，切換優(yōu)化，分布式基站及載波聚合技術(shù)等。

新一代寬帶移動通信技術(shù)以正交頻分復用技術(shù)和多輸入多輸出技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合了混合自動重傳請求，自適應(yīng)調(diào)制編碼，功率控制，同步技術(shù)，動態(tài)信道分配等先進技術(shù)，而正交頻分多址則是在正交頻分復用技術(shù)的基礎(chǔ)上來實現(xiàn)多用戶的接入，相比其他多址方式，正交頻分多址具有頻譜效率高，接受信號處理簡單，支持靈活的寬帶擴展，易于與多天線技術(shù)結(jié)合，易于與鏈路自適應(yīng)技術(shù)結(jié)合，易于多媒體業(yè)務(wù)的傳輸?shù)葍?yōu)勢。

城市軌道交通無線通信系統(tǒng)必須向下兼容，繼承現(xiàn)有數(shù)字集群調(diào)度系統(tǒng)的所有功能，實現(xiàn)調(diào)度員，死機，車站值班員之間的語音通信和短數(shù)據(jù)傳送，具備單呼，組呼，廣播，回憶，PTT話權(quán)搶占，遲后進入，動態(tài)重組，通話組掃描，優(yōu)化級呼叫，強插，強拆，限時通話，端狀態(tài)呈現(xiàn)，監(jiān)聽錄音，禁話等功能。為了語音和數(shù)據(jù)更好地結(jié)合，城市軌道交通無線通信系統(tǒng)必須有服務(wù)質(zhì)量保證。按照不同業(yè)務(wù)類型，劃分不同服務(wù)質(zhì)量等級，語音數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化級數(shù)據(jù)，視頻監(jiān)控及電視直播等數(shù)據(jù)因為實時性不高，可劃分為最低優(yōu)先級，通信系統(tǒng)的介質(zhì)訪問控制層調(diào)度算法將優(yōu)先發(fā)送語音數(shù)據(jù)，然后是高優(yōu)先級數(shù)據(jù)，最后是低優(yōu)先級數(shù)據(jù)。

目前一般語音業(yè)務(wù)對無線傳輸速率要求很低最高只需13 kbit/s就可以保證清晰穩(wěn)定的通信效果，但該速度對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來說是十分低的。隨著各專業(yè)技術(shù)發(fā)展，地鐵列車監(jiān)控數(shù)據(jù)、信號控制數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等一系列數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也會通過專用無線傳輸通道進入各自的中央設(shè)備，屆時這些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對無線覆蓋的要求將進一步加強。

作為無線覆蓋的延伸設(shè)備，直放站類產(chǎn)品的特點是補充網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不足，廣泛使用在各無線覆蓋領(lǐng)域。但該設(shè)備目前需要專業(yè)的技術(shù)人員進行現(xiàn)場安裝、調(diào)試和維護，大大增加了直放站使用的局限性和成本。隨著未來大量使用和低成本化要求。直放站將更為微型化、低成本化和更易于安裝，以此帶動延伸覆蓋的簡易性、便捷性。

隨著覆蓋技術(shù)的發(fā)展，將區(qū)間隧道信號系統(tǒng)無線覆蓋、民用無線覆蓋、PIDS無線寬帶傳輸系統(tǒng)覆蓋、公安無線集群覆蓋等渠道統(tǒng)一，通過外圍設(shè)備整合饋入信號，使區(qū)間無線信號可以從同一根漏纜饋出，實現(xiàn)覆蓋資源共享。

隨著4G技術(shù)大規(guī)模對智能天線的利用，地鐵無線集群通信系統(tǒng)也應(yīng)廣泛引進此類設(shè)備。不但精確控制下行發(fā)射功率，降低功耗，同時也能進一步優(yōu)化各值班點、辦公樓等區(qū)域的信號覆蓋。

6 結(jié)語

城市軌道交通無線通信發(fā)展如果能在穩(wěn)定，可靠地實現(xiàn)傳統(tǒng)語音度基礎(chǔ)上，提供更寬的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)列控信息可靠傳輸，電視直播，乘客信息服務(wù)，視頻監(jiān)控等寬帶應(yīng)用，將極大節(jié)約頻譜資源，簡化系統(tǒng)設(shè)備，以最新無線技術(shù)為基礎(chǔ)，兼容現(xiàn)有城市軌道交通無線通信技術(shù)的多通道綜合通信平臺，將是城市軌道交通無線通信系統(tǒng)的發(fā)展目標。

參考文獻

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