城市軌道交通信號系統(tǒng)頻率規(guī)劃與覆蓋探討

文華

摘 要：隨著3G業(yè)務(wù)的發(fā)展，個人無線熱點自由組建，給城市軌道交通控制信號系統(tǒng)帶來不少干擾。列車因信號干擾，啟動自動防護功能，導(dǎo)致列車無法高速行駛。本文著重介紹移動閉塞系統(tǒng)CBTC、乘客信息顯示系統(tǒng)PIS以及移動車廂民用WiFi系統(tǒng)頻率規(guī)劃和實現(xiàn)，保證城市軌道交通正常運行為首要任務(wù)，為乘客提供民用車廂WiFi業(yè)務(wù)。

關(guān)鍵詞：干擾；頻率規(guī)劃；覆蓋規(guī)劃

1 引言

隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，城市軌道交通在車輛控制信號系統(tǒng)方面研究出基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)CBTC。目前國內(nèi)部分城市軌道交通CBTC使用2.4GHz頻段信號，此頻段屬于公眾開放頻率，個人便攜式WiFi由用戶依托手機終端3G網(wǎng)絡(luò)承載自行組建，其呈現(xiàn)隨時變動的特性，產(chǎn)生干擾，影響地鐵正常運行。為了滿足無線高速業(yè)務(wù)需求，在移動車廂部署PIS系統(tǒng)和民用WiFi網(wǎng)絡(luò)。本文主要探討如何統(tǒng)籌規(guī)劃城市軌道交通WiFi頻率，避免各系統(tǒng)間相互干擾。

2 頻率規(guī)劃

2.1 優(yōu)先等級

CBTC：基于無線通訊的移動閉塞控制信號系統(tǒng)，它承擔(dān)列車的調(diào)度和安全運行保障作用，其優(yōu)先級別為最高級。

PIS：乘客信息顯示系統(tǒng)，PIS系統(tǒng)的功能除了在車廂內(nèi)顯示乘車須知、列車時刻等文本信息外，還可播放媒體新聞、廣告等信息，調(diào)度指揮和協(xié)同應(yīng)對。其優(yōu)先等級為次重要。

民用車廂WiFi系統(tǒng)，是為乘客提供高速率上網(wǎng)、移動特性的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，其優(yōu)先等級為最低級。

2.2 頻率資源

2.4GHz頻段802.11b/g的信道每隔5MHz一個，每個信道寬度是22MHz，實際只有3個互不干擾的信道（1，6，11）。

5.8GHz頻段802.11n是目前最新標(biāo)準(zhǔn)，物理層采用的關(guān)鍵技術(shù)有MIMO、MIMO-OFDM、40MHz信道、Short GI、FEC、MRC等。中國區(qū)域該頻率允許使用5個不交叉20MHz的帶寬頻點，分別為149、153、157、161、165。

2.3 頻率需求

CBTC系統(tǒng)在列車兩邊的車頭分別放置一個車載AP，用以與軌旁AP建立通信連接。車載子系統(tǒng)通過采用先進的無線視頻傳輸技術(shù)，實現(xiàn)列車與地面之間的雙向高速實時通信。列車兩端司機室設(shè)置功能相同的車載設(shè)備，以雙機熱備方式運行，當(dāng)一臺出現(xiàn)故障時，另一臺能夠及時接管系統(tǒng)，系統(tǒng)仍能正常運行，且不會導(dǎo)致丟幀、誤幀等。因此，CBTC系統(tǒng)需要配置2個頻點。PIS系統(tǒng)在整個車廂中只需要占用1個頻點即可。

車廂民用wifi系統(tǒng)，需求根據(jù)容量模型進行核算，其頻點數(shù)需求為2個。具體容量模型如下：單節(jié)車廂承載旅客：150人（車廂限載150人）、WIFI用戶數(shù)（按50%）：75人、并發(fā)用戶數(shù)（30%）：23人（WIFI用戶數(shù)×30%）、單AP支持同時并發(fā)用戶數(shù)：15人（工程經(jīng)驗值）、AP數(shù)用戶數(shù)：2個（roundup（目標(biāo)覆蓋區(qū)域調(diào)整系數(shù)1.1×并發(fā)用戶數(shù)/15，）；802.11n（2×2）AP吞吐量：74 Mbps、AP數(shù)吞吐量：1個（roundup（目標(biāo)覆蓋區(qū)域調(diào)整系數(shù)1.1×[用戶體驗系數(shù)1.2×（wifi用戶數(shù)×每用戶平均使用帶寬330kbps）/吞吐量（工程取值）]）。權(quán)衡AP數(shù)：AP總數(shù)吞吐量= MAX（∑AP數(shù)吞吐量，∑AP數(shù)用戶數(shù)）。綜上所述，CBTC系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)和車廂民用Wifi系統(tǒng)分別需配置2、1、2個頻點。

2.4 頻率分配

802.11b/g的信道每隔5MHz一個，每個信道寬度是22MHz，實際只有3個互不干擾的信道（1，6，11），縱觀整個WiFi系統(tǒng)的頻點總需求為5個，需要引用其他頻率。根據(jù)三張網(wǎng)絡(luò)的安全等級，從長遠(yuǎn)角度考慮，建議建議CBTC系統(tǒng)申請專用頻率，與民用頻率分開，避免同頻干擾；或CBTC系統(tǒng)和PIS協(xié)同并網(wǎng)合建一張網(wǎng)絡(luò)，申請使用5.8GHz頻率。車廂民用WiFi系統(tǒng)使用2.4GHz頻率，與用戶終端保持一致。

3 覆蓋規(guī)劃

3.1 車地交互通信系統(tǒng)

建設(shè)基于WiFi2.4G/5.8GHz點對點的組網(wǎng)的MESH網(wǎng)絡(luò)，采用多射頻無線AP模式，內(nèi)含4個無線模塊，其中3個5.8GHz回傳模塊，1個2.4GHz接入模塊，適合多媒體業(yè)務(wù)。列車上的MP基于軌旁MP的RSSI值與某些軌旁MP建立Mesh鏈路。這些鏈路包含兩種類型：活躍鏈路，休止鏈路。在一個時間點，一個車載MP只有一條活躍鏈路，可以有多條休止鏈路。數(shù)據(jù)只在活躍鏈路上傳遞。

3.2 車廂民用wifi系統(tǒng)

根據(jù)車廂民用WiFi容量模型測算，一個車廂需要配置2個AP。單節(jié)車廂長度約為20米：單點放裝AP，在車廂兩端。鏈路衰耗計算如下：Pt發(fā)射機功率27dbm、Gt發(fā)射天線增益為0、Gr接收天線增益為3db、LD（d）空間路徑損耗為67.6db、Ls：電纜及各類器件的損耗為0、Ls：人體阻擋損耗為20db，合計-57.6dbm。

室內(nèi)空間路徑損耗公式： 。其中d：距離（m）；n：路徑損耗指數(shù)取同層2.76。綜上所述，車廂內(nèi)兩端單點放裝AP，距離AP最遠(yuǎn)處即車廂中部位置，接收電頻為-57.6dbm，滿足“接收電頻強度大于-75dbm”要求，覆蓋方案合理。

目前三種融合方式：獨立新建、CBTC/PIS合一系統(tǒng)+民用WiFi系統(tǒng)、CBTC+PIS/民用WiFi合一系統(tǒng)。不論哪種組合方式，其根本應(yīng)遵循頻率合理、有序使用的原則。

[參考文獻(xiàn)]

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