1、1基于城市轨道交通通信无线系统的覆盖及网络优化摘 要：随着社会经济的快速发展，城市化建设进程的不断加快，在轨道交通网络建设中，无线通信系统正在逐步完善。本文着重介绍了无线通信系统在城市轨道交通上的应用覆盖情况，以及后期优化。 关键词：轨道交通；无线通信系统；优化；覆盖 1 序言 城市轨道交通的绝大部分线路及车站均设置在地下，无线信号主要在隧道内传播。由于隧道的直线距离较短、弯曲路段多，造成无线电波直线传播较难，同时隧道会大量吸收无线信号，产生严重多径衰落，造成无线信号的极化紊乱，增加信号衰减。随着信息的需求迅猛增长以及国家的大力支持，公众网已经从 2G 时代发展到 3G 时代，选择又进入到4G
2、 时代了，无线通信的应用日趋综合化，无线通信技术向宽带化，宽带化，IP 化的方向发展，各种通信制式趋于融合，电信网、计算机网、广电网融合趋势明显，将汇聚功能强大的多渠道，多媒体综合信息平台，信息网络将覆盖各类终端。 2 城市轨道交通通信系统的组成 城市轨道交通通信系统主要由专用通信、公安通信和公网通信 3 个通信系统组成。公网通信系统应满足城市轨道交通公众通信服务，将电信运营商移动通信系统覆盖到城市轨道交通全程地下空间。公网通信系统由传输系统、移动通信引入系统、集中监测警告系统和电源系统等组2成。 3 城市轨道交通无线系统的覆盖 城市轨道交通的主要形式是地铁。地铁地下站有“站台” “站厅”“商
3、业层”和“设备层”之分。 “站台层”为上下列车点，和隧道同层；“设备层”为地铁专网和公网设备的安装地点，一般在“站厅层”和“站台层”之间；“商业层”则通常和“站厅层”同层。 在对地铁地下车站进行无线覆盖时需要考虑地下站的结构对信号覆盖的影响，行人出入地铁站时和列车在隧道内行驶时以及列车进出隧道洞口时移动通信网络小区信号切换的影响。 为满足移动运营商公共无线信号在地铁内的延伸和覆盖，在地下车站设置了公网通信机房。各运营商的信源设备与配套的传输、电源设备等，均安装在各地下车站的通信机房内。 3.1 覆盖的方式 由于地铁覆盖范围变得更为广泛，因此实现信号覆盖的方式也有多样。 （1）隧道漏缆覆盖：地铁
4、 90%的区段是在地下，采用漏缆覆盖的方式非常普遍。通常从设备房的基站或直放站内通过功分器接出一定类型的射频电缆（一般有 1/2、7/8、5/4、13/8 型号几种） ，再通过跳线接入不同类型的漏缆。漏缆按尺寸可以划分为 7/8、5/4、13/8 三种规格。在实际工程中，一般依据区间的长短来选择：通常 13/8 型号的漏缆应用在2.2 km 左右的区间，5/4 型号的漏缆应用在 1.5 km 左右的区间，7/8 型号的漏缆应用在 0.8 km 以内的区间。 3（2） 定向天线、八木天线与极柱天线：在隧道或联络线处，往往需要对无线信号进行补强，因此采用定向天线的居多，在广州地铁一号线大量采用偶极
5、天线，作为车站站厅及停车库的信号覆盖。八木天线与极柱天线一般安装在车辆段，覆盖该地区的空旷区域。 （3） 站厅低廓全向天线覆盖：在各车站，一般将设备房内的基站或直放站信号馈出到站厅处，以方便车控室的车站电台的信号接收，同时便于站务人员在站厅值班及巡查。按照目前的覆盖要求，一般在一个典型车站需要 5-7 副天线（站厅 3 副，设备区 2 副，长通道 2 副） 。一般基站的典型输出功率为 10 W（40 dBm） ，而且信号优先保证覆盖隧道，因此，一般在设备房采用 20 dB 或 30 dB 的耦合器，耦合出信号作为上述天线的输出。 4 城市轨道交通通信无线系统的现状 随着城市轨道交通的快速发展，
6、越来越多的应用对无线系统提出了更高的要求，然而由于技术，历史等原因，我国城市轨道交通无线通信系统缺乏统一规划，种类繁多。城市轨道交通的无线通信系统分为专用无线通信系统和公共无线通信系统。专用无线通信系统包含无线调度通信系统，列控信息车地无线传送系统，移动电视系统，公安无线，消防无线应急系统，导乘信息及视频监控车地无线传输等。城市轨道交通的专用无线通信系统还停留在第二代和无线局域网的技术水平上。其中只有无线调度通信系统使用的 TETRA 数字集群系统被业界认可，其他各种无线宽带技术在轨道交通领域还没有形成标准，同样的应用在不同城市甚至不同线路都可能采用不同的技术。 4从目前轨道交通对于通信的实际
7、需求来看，TETRA 系统属于第二代移动通信的技术，其带宽有限，无法传输大量宽带数据，从而无法实现移动电视，视频监控等宽带数据应用，WLAN，WIMAX 等宽带接入技术因为延迟，VOIP 效率不高等原因，无法提供可靠语音业务，这些现有的宽带接入技术都很难单独发展成一个完整，通用的城市轨道交通无线通信系统。在稳定快速的接入基础上，同时能够提供语音业务和更宽的宽带数据业务就成为我们下一代城市轨道交通无线通信系统的目标。随着无线技术的迅速发展，这一目前的实现肯定可以。 5 城市轨道交通通信无线系统的优化 为了实现城市轨道交通通信无线通信的优化，下列关键技术是必不可少的：大容量宽带技术，语音集群通信技
8、术，切换优化，分布式基站及载波聚合技术等。 新一代宽带移动通信技术以正交频分复用技术和多输入多输出技术为基础，综合了混合自动重传请求，自适应调制编码，功率控制，同步技术，动态信道分配等先进技术，而正交频分多址则是在正交频分复用技术的基础上来实现多用户的接入，相比其他多址方式，正交频分多址具有频谱效率高，接受信号处理简单，支持灵活的宽带扩展，易于与多天线技术结合，易于与链路自适应技术结合，易于多媒体业务的传输等优势。 城市轨道交通无线通信系统必须向下兼容，继承现有数字集群调度系统的所有功能，实现调度员，死机，车站值班员之间的语音通信和短数据传送，具备单呼，组呼，广播，回忆，PTT 话权抢占，迟后
9、进入，动5态重组，通话组扫描，优化级呼叫，强插，强拆，限时通话，端状态呈现，监听录音，禁话等功能。为了语音和数据更好地结合，城市轨道交通无线通信系统必须有服务质量保证。按照不同业务类型，划分不同服务质量等级，语音数据服务质量优化级数据，视频监控及电视直播等数据因为实时性不高，可划分为最低优先级，通信系统的介质访问控制层调度算法将优先发送语音数据，然后是高优先级数据，最后是低优先级数据。 目前一般语音业务对无线传输速率要求很低最高只需 13 kbit/s 就可以保证清晰稳定的通信效果，但该速度对数据业务来说是十分低的。随着各专业技术发展，地铁列车监控数据、信号控制数据、视频数据等一系列数据业务，
10、也会通过专用无线传输通道进入各自的中央设备，届时这些数据业务对无线覆盖的要求将进一步加强。 作为无线覆盖的延伸设备，直放站类产品的特点是补充网络覆盖的不足，广泛使用在各无线覆盖领域。但该设备目前需要专业的技术人员进行现场安装、调试和维护，大大增加了直放站使用的局限性和成本。随着未来大量使用和低成本化要求。直放站将更为微型化、低成本化和更易于安装，以此带动延伸覆盖的简易性、便捷性。 随着覆盖技术的发展，将区间隧道信号系统无线覆盖、民用无线覆盖、PIDS 无线宽带传输系统覆盖、公安无线集群覆盖等渠道统一，通过外围设备整合馈入信号，使区间无线信号可以从同一根漏缆馈出，实现覆盖资源共享。 随着 4G
11、技术大规模对智能天线的利用，地铁无线集群通信系统也应6广泛引进此类设备。不但精确控制下行发射功率，降低功耗，同时也能进一步优化各值班点、办公楼等区域的信号覆盖。 6 结语 城市轨道交通无线通信发展如果能在稳定，可靠地实现传统语音度基础上，提供更宽的数据通信，实现列控信息可靠传输，电视直播，乘客信息服务，视频监控等宽带应用，将极大节约频谱资源，简化系统设备，以最新无线技术为基础，兼容现有城市轨道交通无线通信技术的多通道综合通信平台，将是城市轨道交通无线通信系统的发展目标。 参考文献 1.数字集群移动通信系统 郑祖辉 电子工业出版社 2005 年 2.城市轨道交通车地宽带移动通信技术选择分析 李春 城市轨道交通研究 2009 年 3.基于通信的列车控制在轨道交通中应用的关键技术 林海香 城市轨道交通研究 2010 年
