軌道交通無(wú)線通信的精細(xì)化設(shè)計(jì)建設(shè)與優(yōu)化

楊咪

摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，現(xiàn)代城市的軌道交通發(fā)展越來(lái)越迅速，技術(shù)不斷提升，無(wú)線通信技術(shù)功能也隨之不斷改善，結(jié)構(gòu)向精細(xì)化方向發(fā)展，切實(shí)帶動(dòng)了城市的發(fā)展和進(jìn)步，提高了人們的生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 軌道交通;無(wú)線通信;精細(xì)化

引言

隨著科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，軌道交通的地位在城市化建設(shè)中與日俱增。軌道交通的建設(shè)為我國(guó)的發(fā)展提供了有利機(jī)會(huì)，但是由于我國(guó)的城市軌道交通發(fā)展起步較晚、技術(shù)落后，特別是在通信系統(tǒng)方面，通過長(zhǎng)期實(shí)踐探索才形成了一套將無(wú)線通信、電子監(jiān)控、公專電話、廣播系統(tǒng)等相結(jié)合的完整的城市軌道交通通信系統(tǒng)。這些基本功能的實(shí)現(xiàn)，為以后發(fā)展做了充足準(zhǔn)備。

1城市軌道交通發(fā)展概況

眾所周知，我國(guó)于1970年左右正式開始建設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)，整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展過程主要經(jīng)歷了初始起步階段和后續(xù)探索階段。其中，初始起步階段主要是指我國(guó)建造北京地鐵一期工程這一重要的標(biāo)志性城市軌道交通工程，工作人員從軌道交通系統(tǒng)工程藍(lán)圖、構(gòu)想、設(shè)計(jì)、施工甚至后續(xù)運(yùn)營(yíng)的全部過程，前后共經(jīng)歷大約11年時(shí)間。該工程的成功建設(shè)和運(yùn)營(yíng)不僅標(biāo)志著我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展正式起步，而且在極大程度上鼓勵(lì)和直接推動(dòng)了我國(guó)后續(xù)城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展[1]。

軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)，跟隨軌道交通和無(wú)線通信兩個(gè)領(lǐng)域近二三十年快速發(fā)展，從1G快速演進(jìn)到4G后實(shí)現(xiàn)由單一的系統(tǒng)應(yīng)用迅速演進(jìn)到多系統(tǒng)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻等多媒體應(yīng)用。從最初的模擬無(wú)線調(diào)度通信（廣州地鐵一號(hào)線）和地鐵公安模擬350MHz，到數(shù)字集群通信（TETRA），再到1.8GHz的TD-LTE數(shù)據(jù)通信網(wǎng)/寬帶調(diào)度綜合承載網(wǎng)，以及2.4GHz/5GHz頻段的基于802.11a/b/g/n/ac等系列WLAN軌旁車地?zé)o線數(shù)據(jù)網(wǎng)，為信號(hào)、PIS、車輛在線監(jiān)測(cè)、視頻回傳等提供了數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。城市軌道交通中所使用的無(wú)線通信技術(shù)，主要作用和目的是為了保障軌道交通的安全運(yùn)行，以此提供乘客的信息，具體涉及對(duì)軌道交通的監(jiān)控、調(diào)度等，例如車載CCTV、信號(hào)系統(tǒng)CBTC以及PIS技術(shù)等。

2軌道交通無(wú)線通信的精細(xì)化設(shè)計(jì)建設(shè)與優(yōu)化策略

結(jié)合國(guó)內(nèi)軌道交通建設(shè)的里程，無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展以及在軌道交通中的應(yīng)用，既有線路應(yīng)用最廣的軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)有800MHzTETRA集群調(diào)度系統(tǒng)、信號(hào)車地?zé)o線2.4GHz傳輸網(wǎng)絡(luò)和LTE無(wú)線系統(tǒng)。下面結(jié)合具體應(yīng)用，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化提出一些建議，這些措施在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中已得到實(shí)施或測(cè)試，各城市情況可能不盡相同，僅供參考。

（1）800MHzTETRA網(wǎng)絡(luò)，該頻段是授權(quán)頻段，城市地鐵可申請(qǐng)的頻段內(nèi)有200個(gè)頻點(diǎn)，同時(shí)城市應(yīng)急網(wǎng)、民航、企業(yè)專網(wǎng)也在該頻段內(nèi)，因此，頻率資源是相當(dāng)緊張的，尤其是在城市地鐵線網(wǎng)異常復(fù)雜、地下政務(wù)（應(yīng)急網(wǎng)）與地鐵專網(wǎng)共天饋的情況下，頻率短缺的問題尤為突出。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，減少頻點(diǎn)的整體需求，成為重要的解決方法。通過分析，我們充分認(rèn)識(shí)到軌道交通線網(wǎng)的頻率需求有最大區(qū)域，該區(qū)域也是線網(wǎng)的最大頻率需求數(shù)。同時(shí)，機(jī)場(chǎng)專網(wǎng)、企業(yè)專網(wǎng)的覆蓋是小面狀的覆蓋區(qū)域，可以考慮整體的頻率復(fù)用，而地下應(yīng)急網(wǎng)與地面的應(yīng)急網(wǎng)上下整體是一張網(wǎng)，終端從地下到地面或從地面到地下是一漫游過程，兩張網(wǎng)整體考慮頻率復(fù)用。再者，地鐵專網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)復(fù)用頻率時(shí)的同頻干擾，需考慮到地鐵出入口信號(hào)是從地下泄漏出來(lái)的弱信號(hào)，地面快速衰落?；谝陨显瓌t，某些地鐵聯(lián)合相關(guān)單位進(jìn)行測(cè)試、分析、優(yōu)化，累計(jì)節(jié)約44對(duì)頻點(diǎn)[2]。

可以看出，地面應(yīng)急網(wǎng)與軌道專網(wǎng)和地下應(yīng)急的覆蓋范圍基本一致，因此：①地下、地面應(yīng)急網(wǎng)的整體一張網(wǎng)復(fù)用，在地鐵出入口附近設(shè)置切換區(qū)域，類似運(yùn)營(yíng)商的GSM地鐵和地面網(wǎng)絡(luò)，將有效降低整體頻率需求。②軌道專網(wǎng)與地面應(yīng)急網(wǎng)的頻率復(fù)用屬于異網(wǎng)同頻復(fù)用，需充分考慮復(fù)用距離。民航機(jī)場(chǎng)專網(wǎng)是小面狀覆蓋，而軌道專網(wǎng)頻率需求與線網(wǎng)特征密切相關(guān)（換乘最復(fù)雜區(qū)域的頻率需求最大也是線網(wǎng)的最大頻率需求）。從而得知軌道專網(wǎng)的頻率需求最大的兩個(gè)區(qū)域距離機(jī)場(chǎng)覆蓋區(qū)域分別是15km和10km，滿足異網(wǎng)頻率復(fù)用的距離，具備復(fù)用的條件。同時(shí)，軌道交通專網(wǎng)泄露到地面出入口的信號(hào)小，在復(fù)用距離外，不會(huì)對(duì)民航機(jī)場(chǎng)專網(wǎng)造成同頻干擾。因此，可全面復(fù)用民航機(jī)場(chǎng)頻率，進(jìn)而降低整體頻率需求，提高頻率復(fù)用度，節(jié)約寶貴的頻率資源。

（2）由于歷史的原因，目前許多線路信號(hào)CBTC的車地通信采用基于2.4GHz的WLAN組網(wǎng)，2.4GHzWLAN是免費(fèi)頻段，在智能終端充分普及的今天極易受到干擾，尤其是在高架區(qū)段。

機(jī)場(chǎng)城際車地?zé)o線通信采用LTE通信系統(tǒng)，使用國(guó)家1.8G專用頻率，承載綜合業(yè)務(wù)多，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸移動(dòng)性能好，數(shù)據(jù)傳輸速率高，覆蓋范圍廣。LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)包括核心網(wǎng)設(shè)備、基站（采用分布式基站，由BBU+RRU組成）以及車載子系統(tǒng)中的TAU和車載天線等。

區(qū)間用漏泄同軸電纜進(jìn)行覆蓋，RRU采用兩通道設(shè)備，支持2T2R多天線技術(shù)，最大輸出功率80W（2×40W）。在實(shí)際的工程部署中，考慮一定的設(shè)計(jì)余量，RRU的間距可按照1Km設(shè)置。

WLAN系統(tǒng)雖然采用的是天線覆蓋，但是本系統(tǒng)采用的是漏纜覆蓋，抗干擾性強(qiáng)，并且WLAN系統(tǒng)采用的是2.4GHz或者5.8GHz的頻段，與所使用的1.8G頻段相距較遠(yuǎn)，相互之間的雜散和阻塞干擾完全可以通過各自系統(tǒng)的濾波器抑制掉[3]。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，軌道交通無(wú)線必將跟隨無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，把軌道交通帶入5G通信時(shí)代。正如5G通信不再是單一通信制式的更新，而是從人人通信、人物通信到萬(wàn)物互聯(lián)通信一樣，軌道交通的無(wú)線通信業(yè)更注重萬(wàn)物互聯(lián)通信，這將是多制式無(wú)線通信共存的局面。只有深入了解各專用業(yè)務(wù)需求，掌握各無(wú)線通信技術(shù)，并清晰還原各無(wú)線通信場(chǎng)景，才能設(shè)計(jì)建設(shè)緊密耦合軌道交通需求的軌道交通專網(wǎng)，也才能對(duì)既有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化和升級(jí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳沛吉.C-V2X技術(shù)在城市軌道交通協(xié)同駕駛中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2019.

[2] 王若昆，王錫奎.短距離無(wú)線通信技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018，26（31）：81.

[3] 陳利育.新時(shí)代背景下城市軌道交通通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀及前景研究[J].通訊世界，2018（6）：41-42.