淺析EUHT在地鐵無線中的應(yīng)用

摘 要：EUHT是我國自主研發(fā)的全球首個(gè)能夠解決“移動(dòng)寬帶一體化”的通信技術(shù)系統(tǒng)，被稱作超高速移動(dòng)通信技術(shù)。與現(xiàn)有主流通信技術(shù)對高速傳輸與寬帶互聯(lián)難以兼顧且響應(yīng)慢、不穩(wěn)定、耗費(fèi)流量多的情況相比，EUHT同時(shí)具備了“三高三低”的優(yōu)勢特性，即“高速度、高帶寬、高穩(wěn)定性，低延時(shí)、低成本、低功耗”。2016年初，EUHT在廣州地鐵6號(hào)線1期工程中做了網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)承載的測試，文章將從EUHT的鏈路模型、應(yīng)用方案、區(qū)間布置建議、現(xiàn)場測試幾方面進(jìn)行簡要論述。

關(guān)鍵詞：EUHT；軌道交通；無線通信

1 鏈路預(yù)算模型

EUHT的鏈路預(yù)算模型主要經(jīng)過COST 231-hata 模型和WINNER 信道模型推導(dǎo)。通過對COST 231-hata 模型相應(yīng)應(yīng)用頻點(diǎn)的衰減修正以及WINNER 信道模型天線高度的修正，得到適合于高架路基環(huán)境和隧道環(huán)境的鏈路模型。

1.1 COST 231-hata 模型

Okumura-hata可以通過頻率相關(guān)的自由空間衰耗修正后應(yīng)用到5GHz頻點(diǎn)上。設(shè)定基站天線高度：ht=30m；車載天線高度：hr=4m工作頻率取2000（MHz），模型適用頻率為 1.5G～2GHz，得到：

L2GHZ=35.22lg（d[km]）+130.45（dB）

當(dāng)頻點(diǎn)從2GHz 到5GHz時(shí)，衰減應(yīng)修正20lg（5/2）=7.96（dB），得到鄉(xiāng)村場景路徑損耗為：

L=35.22lg（d[km]）+115.41（dB）

1.2 WINNER 信道模型

該模型在測試采集數(shù)據(jù)時(shí)，基站天線高度相對較矮，因此相對于基站天線高30m的情況，公式計(jì)算結(jié)果偏高。為此，對鄉(xiāng)村場景修正2dB，得到鄉(xiāng)村場景（D1，Rural，d=35m～10km，ht=19～25m）無直射徑（NLOS）情況的結(jié)果如下：

L=25.1lg（d[km]）+129.1（dB）

高架路基環(huán)境路徑損耗在開闊環(huán)境實(shí)際測試的結(jié)果介于COST231-hata模型（鄉(xiāng)村）和WINNER模型（鄉(xiāng)村NLOS）之間。即：

L=30.16g（d[km]）+122.255（dB）

1.3 隧道環(huán)境鏈路模型

由于隧道環(huán)境對無線信號(hào)傳輸有波導(dǎo)效應(yīng)，基站小區(qū)的中遠(yuǎn)區(qū)信號(hào)衰減規(guī)律近似線性衰減。根據(jù)5GHz無線通信設(shè)備在隧道環(huán)境實(shí)際測試的結(jié)果，隧道環(huán)境直線段的路徑損耗采用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

L=37.5×（d[km]）+86.625（dB）

2 應(yīng)用方案

在城市軌道交通無線通信應(yīng)用中，EUHT系統(tǒng)可承載視頻監(jiān)視系統(tǒng)、PIDS系統(tǒng)、車載WiFi等業(yè)務(wù)信息，主要由區(qū)間內(nèi)的基站和列車上的車載單元構(gòu)成，在列車的首尾安裝定向天線、路由器和車載單元，來直連地鐵視頻監(jiān)控設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)。車載wifi系統(tǒng)主要是面對乘客，在車站及列車上為乘客提供互聯(lián)網(wǎng)信息、娛樂等，為乘客帶來更好、更舒適的乘車體驗(yàn)，基本構(gòu)架分為：中心、分線中心、車站以及車載。中心級(jí)主要負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)的接入、認(rèn)證、以及與骨干網(wǎng)互聯(lián)，下發(fā)信息等。分線中心級(jí)主要負(fù)責(zé)接收中心所下發(fā)的信息，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)下發(fā)傳送到各線路車站、移動(dòng)寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)基站。車站主要負(fù)責(zé)從分線中心接收信息，通過站內(nèi)無線設(shè)備對站內(nèi)進(jìn)行wifi覆蓋，為站內(nèi)乘客提供無線上網(wǎng)功能。車載設(shè)備主要通過移動(dòng)寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)與區(qū)間wifi無線設(shè)備基站接收信息，再經(jīng)車載wifi無線設(shè)備對車廂內(nèi)進(jìn)行wifi覆蓋，為車廂乘客提供無線上網(wǎng)功能。

系統(tǒng)方案如圖1所示。

在隧道、高架等不同環(huán)境下的設(shè)備安裝如圖2、圖3所示。

車載設(shè)備如圖4所示。左側(cè)為EAT天線，右側(cè)為EAU和交換設(shè)備。

3 區(qū)間EBU布置建議

根據(jù)以上鏈路模型得出EUHT系統(tǒng)基站在實(shí)際區(qū)間的布站方案建議大致如下：高架上直道覆蓋距離：400m～450m；隧道內(nèi)直道覆蓋距離：600m～700m；站臺(tái)區(qū)段布點(diǎn)、隧道、高架遇到站臺(tái)，覆蓋距離減少50m；彎道區(qū)段布點(diǎn)隧道內(nèi)遇到R>=500m的彎道，覆蓋距離減少100m。隧道內(nèi)遇到R<500m的彎道，覆蓋距離修正值減少200m。

4 現(xiàn)場測試

2016年初，EUHT在廣州地鐵6號(hào)線做了網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)承載的現(xiàn)場測試，測試線路長約5公里，其中高架段月2.7公里，過渡段月0.3公里，地下段月1.9公里，包含了地鐵線路中較為典型的幾種環(huán)境。

測試方案為在EUHT中心設(shè)置EDC、ECC和交換機(jī)，在各個(gè)車站設(shè)置EDU設(shè)備，車站的EDU設(shè)備和區(qū)間的EBU設(shè)備相連，EBU接AAU提供無線信號(hào)，列車首尾安裝AAU，以及EAU和ESU設(shè)備。

測試中，EUHT設(shè)備在典型的交通環(huán)境下表現(xiàn)出良好的信號(hào)覆蓋質(zhì)量，車載通信設(shè)備終端能夠順利入網(wǎng)，小區(qū)漫游切換延遲在95ms以下，切換成功率100%，端到端傳輸時(shí)延在7ms以下，數(shù)據(jù)丟包率不超過3%。

在列車運(yùn)行情況下，系統(tǒng)峰值吞吐率為147Mbps，均值吞吐率為60Mbps，邊緣吞吐率為22Mbps。

相比于當(dāng)前無線通信技術(shù)，EUHT技術(shù)突破了“移動(dòng)寬帶一體化”的技術(shù)瓶頸，具有更好的高速移動(dòng)適應(yīng)性、更大的數(shù)據(jù)傳輸帶寬、更低的空口接入時(shí)延和更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)漫游切換性能。有希望為軌道交通無線通信發(fā)展增添新的動(dòng)力。