論地鐵通信系統(tǒng)中的無線覆蓋與優(yōu)化

王潮劍

【摘要】? ? 地鐵在城市交通系統(tǒng)中占有重要地位，是現(xiàn)代城市出行的主要方式之一，由于服務的個體較多，且地鐵中也有較多的網(wǎng)絡型設(shè)備需要使用，由此需要對地鐵中的網(wǎng)絡進行持續(xù)升級和優(yōu)化，在地鐵中實現(xiàn)無線網(wǎng)絡的全面覆蓋，提高地鐵服務的質(zhì)量。本文對地鐵無線覆蓋的功能需求進行探討，并闡述了地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋的基本組成與關(guān)鍵技術(shù)，最后從技術(shù)功能、穩(wěn)定性和安全性三個方面提出優(yōu)化措施。

【關(guān)鍵詞】? ? 地鐵通信? ? 無線覆蓋? ? 網(wǎng)絡優(yōu)化

通訊技術(shù)和電子科技的發(fā)展，使得當前社會生活和工作中涉入了大量的網(wǎng)絡型設(shè)備，包括電腦、手機等一系列通信設(shè)備，為人們提供便捷的同時，也帶來了困擾——網(wǎng)絡問題。地鐵作為當代我國城市中的主流交通系統(tǒng)，又具有對外界信號的屏蔽性，要想滿足通信需求就必須要依靠內(nèi)部網(wǎng)絡設(shè)備進行信號傳遞，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡的覆蓋無疑是最佳方案。

一、地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋的功能需求

地鐵是目前城市的主要交通工具之一，而網(wǎng)絡也是人們生活和工作的必要因素。因此，地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋的范圍、地點等十分關(guān)鍵，一般而言，地鐵的通信無線系統(tǒng)應當能夠?qū)φ麄€地鐵網(wǎng)絡進行全方位的覆蓋，以滿足乘客在乘坐地鐵的過程中瀏覽信息或與外界通信的需求。具體來說，地鐵通信系統(tǒng)的覆蓋范圍應到包括地鐵站大廳、地鐵站臺以及列車隧道。在實際的環(huán)境中，不同路段的通信環(huán)境存在一定的差異，在一些通信環(huán)境較差的路段適當加強通信系統(tǒng)信號強度以減少信號干擾，在保證通信效果的同時減少通信系統(tǒng)無線覆蓋的建設(shè)成本。地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋最主要的應當充分覆蓋地鐵站臺、大廳等乘客候車等待的地點，避免不必要的資源浪費。在有的地鐵系統(tǒng)中，往往存在著不同網(wǎng)絡運營商同時覆蓋統(tǒng)一地點或路段，這種現(xiàn)象不但會造成資源浪費，更可能導致通信信號互相干擾而降低通信質(zhì)量，且增加后期維護費用。地鐵通信系統(tǒng)的無線覆蓋的難點是在較為復雜的網(wǎng)絡條件下實現(xiàn)無線網(wǎng)絡信息的交互，因此減少無線網(wǎng)絡運營商的冗余覆蓋是必要的，對于優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡環(huán)境而言是一個有效的措施。地鐵通信系統(tǒng)的無線覆蓋目的是完成保障地鐵運行的相關(guān)信息的傳輸以及為乘客的生活與工作提供便利、提升人們對生活質(zhì)量的滿意度，而通信質(zhì)量則是其效果的體現(xiàn)。

二、地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋的構(gòu)建思路

2.1基本組成

地鐵通信系統(tǒng)一般包含以下幾個基本組成部分：

①傳輸系統(tǒng)。地鐵傳輸系統(tǒng)能夠在控制中心與各車輛、各車站之間進行信息傳輸，傳輸功能具有快速、準確和可靠的特點，傳輸?shù)男畔⒎N類包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)及其他信息。傳輸系統(tǒng)還需要承擔傳輸各種調(diào)度電話、站間行車電話、區(qū)間軌旁電話、有線廣播、時鐘、電力監(jiān)控等任務。

②無線集群系統(tǒng)。地鐵無線集群系統(tǒng)的用途是為控制中心的調(diào)度人員、車輛段調(diào)度人員與車站值班人員等固定用戶與列車司機、維修人員、公安和防災單位等移動用戶提供無線通信方式，最終作用是從通信途徑保障行車安全與應急搶險。

③公務電話系統(tǒng)。地鐵的公務電話系統(tǒng)用于地鐵系統(tǒng)各部門之間的電話聯(lián)系，為運營、管理及維修等工作的進行提供語言通信服務，亦可為地鐵用戶提供語音、數(shù)據(jù)及傳真等通信服務。

④電源系統(tǒng)。地鐵通信的電源系統(tǒng)用途是為整個地鐵系統(tǒng)中的通信設(shè)備提供穩(wěn)定的電源供給，包括地鐵站大廳、候車站臺、隧道、停車場、運營中心等地的通信設(shè)備。在主用電源發(fā)生故障時，該系統(tǒng)也能夠確保這些通信設(shè)備能夠在一定時間內(nèi)保持正常工作，直至主用電源恢復。

⑤乘客信息系統(tǒng)。乘客信息系統(tǒng)的作用是以計算機系統(tǒng)作為核心，依托多媒體網(wǎng)絡技術(shù)，以車站安裝或車載的顯示器終端作為媒介向乘客提供信息。乘客信息系統(tǒng)一般用于發(fā)布列車運行情況、管理者公告、政府公告、新聞節(jié)目、廣告節(jié)目等動態(tài)信息，在災害發(fā)生時亦可用于提供緊急疏散提示。

⑥綜合網(wǎng)管系統(tǒng)。地鐵通信系統(tǒng)中的綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的功能是對通信設(shè)備以及各級子系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)控，當某一設(shè)備或子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時進行提示，以確保通信系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.2關(guān)鍵技術(shù)

地鐵通信無線系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要在于以下幾點：

①網(wǎng)絡信號。一般而言，要確保地鐵通信無線系統(tǒng)的通信質(zhì)量穩(wěn)定，則其信號電平與標準信號的電平需要與標準信號的電平保持一致，可以對系統(tǒng)中的網(wǎng)絡信號展開全面檢測來排除問題，對檢測數(shù)據(jù)進行記錄，以便在之后的使用過程中對網(wǎng)絡信號的檢測，確保信號的長期穩(wěn)定。

②優(yōu)化算法。目前，地鐵通信無線系統(tǒng)中根據(jù)信號不同有三種可選擇的優(yōu)化算法類型，一是基站信號的優(yōu)化算法;二是改變基站耦合器參數(shù);三是技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化算法。

③通信架構(gòu)。地鐵通信無線系統(tǒng)的使用需求要求其能夠具有通信便捷性，但在通信過程中，在固定區(qū)間內(nèi)進行信號發(fā)射的基站一般不超過兩個，而用戶數(shù)量卻可能達到上千人，這一情形對于通信架構(gòu)有著一定的要求，可以采用蛛網(wǎng)式通信架構(gòu)，可以有效減少信號傳輸過程中所受的干擾，保證信號質(zhì)量，但此種架構(gòu)也存在著一定的不足之處，如建設(shè)成本高、運行與維護費用高等。

三、地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋的優(yōu)化策略

3.1基礎(chǔ)功能優(yōu)化

地鐵通信系統(tǒng)實現(xiàn)全場景無線覆蓋，加大了地鐵網(wǎng)絡的任務量，也因為對接了更多的用戶而需要更好的功能保障，其中基礎(chǔ)功能即是最為關(guān)鍵的一環(huán)。一方面是要保障場景的覆蓋，為終端網(wǎng)絡連接提供端口，另一方面則是要對整個無線系統(tǒng)的功能進行拓展。因此在建設(shè)系統(tǒng)時，需要多考慮基礎(chǔ)功能的完善。根據(jù)場景和功能需求，將無線網(wǎng)絡劃分為室內(nèi)、公網(wǎng)、隧道三類，其中包含了地鐵專用、信號車、民用、消防無線系統(tǒng)等。當前普遍使用包括TETRA及LTE等技術(shù)完成對網(wǎng)絡的建設(shè)。

以TD-LTE技術(shù)為例，該技術(shù)基礎(chǔ)是4G通信技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸、分組、延遲控制、廣域覆蓋、兼容性等方面都比較優(yōu)秀，且能夠在20MHz的貸款條件下實現(xiàn)50Mbps/100Mbps的峰值速率，在5G技術(shù)尚未完全成型且推廣的情況下，依據(jù)具有較強的應用空間。在TD-LTE技術(shù)下，WLAN適用802.11系列標準，可實現(xiàn)包括2.4GHz、5GHz頻段的運行，具體性能比對如表1所示。在地鐵無線網(wǎng)覆蓋建設(shè)中，共計涉及使用了包括，WIMAX技術(shù)、McWill技術(shù)、移動數(shù)據(jù)字數(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，構(gòu)成無線網(wǎng)絡基本功能技術(shù)集群，將無線網(wǎng)絡與行車管理、地鐵綜合服務、在線監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)測、視頻通信、公眾無線信號使用等結(jié)合起來，提高了地鐵場景的整體功能效果。

3.2穩(wěn)定性優(yōu)化

根據(jù)以往地鐵通信無線網(wǎng)絡建設(shè)的經(jīng)驗，對信號弱、斷連等情況，考慮使用功能性部件進行強化，無源器件組合為：耦合器、天線、合路器、功分器及其他器件，采購和使用時需要核對器件的功能，要求防護等級至少滿足IP65，平均功率應保證至少在300W以上，峰值功率應≥1000W，頻段一般選擇800-2700M，酌情更改參數(shù)要求。在行車區(qū)間內(nèi)，地鐵在行進過程中快速通過不同區(qū)域，由此產(chǎn)生了越區(qū)信號切換問題，在常規(guī)技術(shù)標準下，LTE的切換耗時為300ms-350ms之間，CDMA的切換耗時則在600ms以上，而地鐵行車時速達到了70km以上，因此需要設(shè)置一個較長的信號交互段，并依靠基站和交互中心輔助，降低切換故障和過度延時幾率。

隧道行車區(qū)間內(nèi)的無線信號和系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制最為困難，在選擇天線加強信號時，室內(nèi)場所可選取全向吸天線，電梯井及長走廊狹長地帶，選取定向板狀天線，建筑物臨窗室內(nèi)、外切換邊界位置，選取定向天線，特殊場合則應從覆蓋效果角度出發(fā)，進行天線定制，室外分布系統(tǒng)中天線需使用美化天線，還應當設(shè)計好有源設(shè)備配置的相關(guān)內(nèi)容。

應將對各系統(tǒng)間干擾予以充分考量及對各系統(tǒng)業(yè)務容量予以充分滿足為前提，適當降低無線業(yè)務數(shù)量;系統(tǒng)可選用上下行分纜設(shè)計，對各下行系統(tǒng)干擾問題予以充分考慮，并將TDD系統(tǒng)僅接入上行漏纜;應對信號切換要求、信號覆蓋強度予以充分考慮。在出入口內(nèi)布置切換點;應對系統(tǒng)信號覆蓋區(qū)間加以保障，并確保無外泄干擾存在。構(gòu)建網(wǎng)絡系統(tǒng)時，應盡量實現(xiàn)無源系統(tǒng)，若區(qū)間車站間距離較長方可采用無源系統(tǒng)，力爭在充分滿足網(wǎng)絡覆蓋要求前提下，將器件數(shù)量降至較低.覆蓋隧道的GSM/GDS及覆蓋地鐵站臺的基礎(chǔ)可納入BSC管理范圍內(nèi);建設(shè)地鐵及隧道覆蓋網(wǎng)絡系統(tǒng)時，應留出適當空間，以供后續(xù)優(yōu)化設(shè)計使用。各類設(shè)備覆蓋性能對比如表2所示。

四、總結(jié)

信息化技術(shù)的發(fā)展為社會帶來了便利，也對地鐵通信網(wǎng)絡建設(shè)提出了新的要求，在進行地鐵網(wǎng)絡覆蓋建設(shè)與優(yōu)化時，不僅要做好相關(guān)的軟硬件設(shè)施匹配，同時還需要考慮到網(wǎng)絡技術(shù)再發(fā)展和網(wǎng)絡功能拓展準備，利用可靠的技術(shù)保證無線網(wǎng)絡穩(wěn)定、安全的運行，保障使用者的切身利益。

參? 考? 文? 獻

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