軌道交通無線通信系統(tǒng)電波覆蓋特性研究

周谷鳴，馮偉明，錢 程

(1.無錫地鐵集團有限公司，江蘇 無錫 214023；2.江蘇航天大為科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215011)

0 引言

近年來，無線通信技術得到了迅速發(fā)展，并在社會實踐中得到了廣泛應用，其中一項重要的應用是在軌道交通的通信傳輸和控制調(diào)度方面。軌道交通中的通信傳輸和控制調(diào)度對軌道交通的穩(wěn)定和安全運行起著重要的作用，而要真正發(fā)揮無線通信技術的優(yōu)勢和價值，需要對其電波的覆蓋特性有全面的了解，因為只有在特性分析的基礎上應用具體技術或者手段，才會將先進技術的價值和優(yōu)勢發(fā)揮出來[1]?；诖?，總結軌道交通中無線通信系統(tǒng)的電波覆蓋特性便有了突出的現(xiàn)實意義。

1 無線通信系統(tǒng)電波覆蓋分析

對無線通信系統(tǒng)的電波覆蓋進行分析，可以明確無線電波覆蓋的具體內(nèi)容，這對無線通信系統(tǒng)的具體建設有突出的現(xiàn)實意義。以下是對無線通信系統(tǒng)電波覆蓋的具體介紹。

1.1 無線信號覆蓋方式

要想有效掌握無線通信電波覆蓋，首先，要對其覆蓋方式進行了解。就目前的軌道交通中無線通信系統(tǒng)的具體應用來看，無線信號的覆蓋方式主要有車站無線覆蓋和區(qū)間隧道無線覆蓋兩種。

車站無線覆蓋主要有兩種形式。(1)泄露電纜。在利用泄露同軸電纜時，需要重點強調(diào)通信質(zhì)量和信號的穩(wěn)定性，而且在保證質(zhì)量和穩(wěn)定性的前提下，需要對信號的分布進行更好的控制，這樣，其會對地面信號具有更強的抗干擾能力。簡單來看，這種方式的優(yōu)勢十分明顯，但是其工程的成本比較高，而且具體實施難度較大。(2)天線陣。在利用天線陣時，對其進行合理的布局能夠?qū)崿F(xiàn)對信號覆蓋區(qū)的有效控制。除此之外，需要在站廳等地點的裝修時選用金屬天花板，這樣裝修的效果會更加突出。

在隧道內(nèi)進行傳播的射頻信號強度會有明顯的減弱，信號的傳播質(zhì)量以及效率會大受影響。利用泄露同軸電纜進行輻射的貫通，信號衰減的情況可以得到有效規(guī)避，移動信號的質(zhì)量以及覆蓋范圍可以得到保證?；诖?，在隧道無線覆蓋中，泄露電纜是應用比較普遍的覆蓋方式[2]。

1.2 無線信號覆蓋分析

在無線通信系統(tǒng)電波覆蓋方面，不僅要了解無線信號的覆蓋方式，更要對無線信號的覆蓋進行準確的分析。目前的無線信號主要分為兩個系統(tǒng)中的無線信號。(1)專用無線通信系統(tǒng)中的無線信號。專用無線通信系統(tǒng)是以TETAR數(shù)字集群的系統(tǒng)方式進行組網(wǎng)的，其和行車安全以及運營的效率有直接關系。此系統(tǒng)信號使用的頻率段為800 MHz，具體的上行范圍為806～821 MHz，下行范圍為851～866 MHz。(2)民用無線通信系統(tǒng)中的無線信號。民用無線通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式為寬頻帶，頻帶的具體范圍為800～2 500 MHz。其主要目的是實現(xiàn)3 G和4 G移動通信系統(tǒng)信號的覆蓋。在實際應用中，在隧道左右兩邊各架設一條泄露同軸電纜，不同移動信號之間的干擾能夠得到有效的規(guī)避[1-5]。

我國目前全球移動通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communications，GSM)用戶的數(shù)量在持續(xù)性地上升，而且我國移動和聯(lián)通兩個不同的GSM系統(tǒng)工作頻段上的上下行高低端間隔明顯縮小，加上集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)工作頻段和3 G移動通信頻段的負荷，在應用同纜方式時，上下行的干擾會出現(xiàn)，而且在系統(tǒng)功率較大時，這種干擾會隨之加強?；趪鴥?nèi)外的經(jīng)驗可知，要減小干擾，分纜措施勢在必行。

2 覆蓋概率

在無線電波的覆蓋優(yōu)劣評價中，一個重要的指標是覆蓋率，其是統(tǒng)計意義上的覆蓋，與時間概率以及地點概率存在明顯的關系。就目前的資料總結結果來看，場強的時間分布標準偏差比較小，所以在一般情況下，時間概率對覆蓋的影響會被忽略。在無線網(wǎng)絡中，室內(nèi)以及室外信道平均接收信號的功率和距離的對數(shù)成反比[3]。

2.1 小區(qū)邊緣覆蓋概率

小區(qū)邊緣覆蓋概率具體指小區(qū)邊緣接受點平均超過某一特定數(shù)值r的概率。要計算此概率，需要明確概率密度函數(shù)，概率密度函數(shù)表達式為：

(1)

根據(jù)公式(1)可以獲得隨機變量x超過某一特定值后的概念P，確定d值。在以基站為圓心、以d為半徑的圓周上，當任何一個點所接受的信號的閾值比電平小時，覆蓋這個點的概率便可以稱為邊緣覆蓋概率。由此可知，邊緣覆蓋概率和閾值、邊緣平均接受電平以及標準差有非常顯著的關系[6]。

2.2 小區(qū)內(nèi)覆蓋概率

小區(qū)內(nèi)的覆蓋概率和小區(qū)邊緣的覆蓋概率存在非常明顯的差別，具體指小區(qū)內(nèi)的接收電平，高于貿(mào)易特定值的概率。如果小區(qū)的范圍比實際覆蓋區(qū)大，確定覆蓋區(qū)的半徑和接收信號的閾值，此時，服務區(qū)域的百分比即為覆蓋概率[4]。

3 覆蓋特性

對軌道交通系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)電波的覆蓋特性進行了解，這對無線通信系統(tǒng)的具體應用有突出意義。目前，基于宏小區(qū)環(huán)境中無線電波的傳播特性可以獲得多種傳播預測的模型。在900 MHz的條件下，主要的模型有Okumura模型、Hata模型、Cost231-Walfisch-Ikegami模型[5]。就多種模型的具體應用來看，Hata模型符合軌道交通通信系統(tǒng)的多方面環(huán)境要求，而且參數(shù)也比較容易獲得，利用該模型，地物地形能夠被詳細地描述，所以此模型在實踐中被廣泛應用。

在宏小區(qū)中，Hata模型的適用性比較強，其工作的頻率段在150～1 500 MHz。此模型的通信距離為1～2 km，具體的基站建設天線高度為30～200 m。移動臺天線的高度維持在1～10 m。總體上，在軌道交通無線通信系統(tǒng)中，利用Hata模型，電波的覆蓋范圍良好，信息傳播的穩(wěn)定性也比較突出[6]。

4 結語

軌道交通在目前的城市交通體系中發(fā)揮著重要的作用，所以重視城市軌道交通的建設有非常重要的價值。就軌道交通的具體建設來看，其通信的穩(wěn)定性對交通運行穩(wěn)定和安全有重要的價值，所以需要對軌道交通的通信系統(tǒng)建設進行研究。無線通信系統(tǒng)電波覆蓋方式、覆蓋模型等會影響具體的無線通信建設，所以文章對無線通信系統(tǒng)的電波覆蓋方式進行了分析，并就實踐資料研究討論了無線通信系統(tǒng)電波覆蓋的具體特點和應用模型，旨在為實踐提供幫助和指導。