淺談軌道交通信號系統(tǒng)無線傳輸應(yīng)用

文豪

摘 要：目前，國內(nèi)的城市軌道交通建設(shè)處于迅猛發(fā)展時期，各大城市相繼開展線路施工建設(shè)。隨著越來越多的城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃獲批，帶來更大規(guī)模的軌道交通建設(shè)工作。在通信信號領(lǐng)域，隨著無線電技術(shù)飛速發(fā)展后，各廠商開始孜孜不倦地研發(fā)一種基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)。該文簡單介紹軌道交通信號系統(tǒng)中無線傳輸應(yīng)用情況。針對基于通信的列車控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析目前主要使用的幾種車地?zé)o線傳輸實(shí)施方案，并與大家一同探討各方案的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：無線傳輸 CBTC 網(wǎng)絡(luò) 波導(dǎo)管 漏纜 電臺

中圖分類號：U231+.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（b）-0010-02

各大系統(tǒng)供應(yīng)商都希望通過無線電傳輸系統(tǒng)減少軌旁信號線纜的鋪設(shè)以及線纜的日常維護(hù)工作從而進(jìn)一步降低成本。這種期望得到了業(yè)界內(nèi)廣泛的認(rèn)可。但是，隨之而來的問題就是使用何種無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)CBTC功能。

CBTC系統(tǒng)需要高度依賴列車、軌旁以及控制中心之間的高速雙向通信傳輸，因此，必須擁有一套可靠性、穩(wěn)定性高的車地?zé)o線傳輸系統(tǒng)。組建一個無線通信系統(tǒng)必須充分考慮無線電波的傳播問題。下面將針對車地?zé)o線傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式展開探討。

1 漏纜

由于城市軌道交通的特點(diǎn)使得它必須是線性無線覆蓋，并且要在列車行駛的線路上均勻覆蓋。對于使用漏纜或漏泄波導(dǎo)管作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)有先天性的優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈兊奶匦允顾鼈兎浅Ｈ菀自趶?fù)雜的傳輸環(huán)境中與鋼軌形成一個平行的無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

漏纜一般由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣介質(zhì)和開有周期性槽孔的外導(dǎo)體三部分組成。電磁波從發(fā)射端通過同軸電纜傳至另一端。電磁波在漏纜中傳輸?shù)耐瑫r通過槽孔向外界輻射電磁波；而外界的電磁場則通過漏纜上的槽孔感應(yīng)到漏纜內(nèi)部并傳送到接收端。漏纜的頻段覆蓋在450 MHz～2 GHz以上，能夠適應(yīng)現(xiàn)有的各種無線通信體制。與傳統(tǒng)的天線系統(tǒng)相比，漏纜天線系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）適用頻率寬，場強(qiáng)覆蓋均勻穩(wěn)定。

（2）漏纜衰減等傳輸參數(shù)更加均勻穩(wěn)定，對安裝環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

2 漏泄波導(dǎo)管

目前，北京地鐵2號線就是利用此種方式來實(shí)現(xiàn)CBTC功能。波導(dǎo)管是一種用于傳導(dǎo)高頻電磁波的元件，是一種空心、內(nèi)壁十分光潔的金屬導(dǎo)管或內(nèi)敷金屬的管子，在其表面每隔一段距離刻有一條細(xì)微的裂縫，使無線電波從此裂縫中向外傳送超高頻電磁波。波導(dǎo)管物理特性和衰減性能很好，最大傳輸距離可達(dá)1 600 M，能夠呈現(xiàn)良好的方向性分布，可在隧道及彎曲通道中傳輸。通過它脈沖信號可以以極小的損耗被傳送到目的地。波導(dǎo)管具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）無線場強(qiáng)覆蓋均勻，抗干擾能力較強(qiáng)，衰耗小。

（2）傳輸速率大、傳輸距離長，可以減少列車在各AP之間進(jìn)行漫游和切換。

3 無線電臺

目前，西安地鐵1、2號線、北京地鐵10號線均使用此種方式來實(shí)現(xiàn)CBTC功能。國內(nèi)大多數(shù)地鐵都采用此類信號系統(tǒng)，工程投資少，列車運(yùn)行間隔短，軌道交通運(yùn)輸能力高，滿足了大客流和運(yùn)能的需求。它是根據(jù)IEEE802.11無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)建立起的一套寬帶通信系統(tǒng)。由軌旁、車載、骨干三部分網(wǎng)絡(luò)組成。無線傳播是目前使用最廣泛的一種傳播方式。它以無線信道作傳輸媒介的計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能，能夠使用戶真正實(shí)現(xiàn)隨時、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。它利用電磁波在空氣中從車載天線到軌旁天線雙向傳遞行車數(shù)據(jù)。這種空間自由傳播的方式能夠節(jié)省大量的軌旁設(shè)備，在軌道交通狹窄的隧道安裝上具有特殊的優(yōu)勢。相對于有線網(wǎng)絡(luò)，具有安裝簡單、靈活性強(qiáng)、終端設(shè)備可移動和可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已成為幾乎所有行業(yè)網(wǎng)絡(luò)便攜式、固定式終端設(shè)備的接入標(biāo)桿性應(yīng)用。無線電臺具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）設(shè)備安裝位置限制較少，受其他因素影響小。

（2）AP數(shù)據(jù)傳播速率較高，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余覆蓋。

（3）安裝、維護(hù)容易，成本較低。

4 交叉感應(yīng)環(huán)線

由交叉感應(yīng)環(huán)線構(gòu)成的雙向通信系統(tǒng)主要用于車地設(shè)備之間的無線雙向通信。系統(tǒng)內(nèi)包括環(huán)形電纜、車載設(shè)備及軌旁設(shè)備。環(huán)形電纜需要沿著鋼軌的中心對稱進(jìn)行敷設(shè)，每隔一段進(jìn)行一次交叉。車地間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過直接數(shù)字頻率合成技術(shù)轉(zhuǎn)換為信號，在經(jīng)過功率放大器的放大后輸送至環(huán)線上，與車載設(shè)備進(jìn)行車地?zé)o線通信。交叉感應(yīng)環(huán)線具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）使用經(jīng)驗(yàn)成熟，施工工藝成熟，環(huán)線使用壽命較長。

（2）環(huán)線設(shè)備及施工投資較少。

5 結(jié)語

眾所周知，電波在隧道中的傳播特性和自由空間不同。當(dāng)隧道直線距離短、彎道多時，直射波傳播將受到環(huán)境因素的影響。另外，由于隧道內(nèi)有吸收衰減和多徑效應(yīng)，使傳播衰減大大增加。因此，空間自由傳播的方式在工程實(shí)施時必須提前進(jìn)行勘察，設(shè)備布置的不確定性較大。在開放空間的區(qū)段（如高架橋，車輛段區(qū)域），因存在其他的民用WLAN，傳輸更加容易受到污染。該文僅從現(xiàn)有車地?zé)o線傳輸方式中進(jìn)行比對，列舉了目前各信號系統(tǒng)供應(yīng)商及投入使用的信號系統(tǒng)無線傳輸系統(tǒng)各自的優(yōu)點(diǎn)，下面將這幾種方式的缺點(diǎn)統(tǒng)一列出。

（1）漏纜缺點(diǎn)：在地面和高架段施工安裝時工藝復(fù)雜、美觀效果差、漏纜采購價格較高。

（2）波導(dǎo)管缺點(diǎn)：工程施工難度較高，需全線安裝，安裝精度要求較高。設(shè)備造價較高，后期養(yǎng)護(hù)投入較大。

（3）無線電臺缺點(diǎn)：電波傳輸受彎道和坡度影響大，隧道內(nèi)反射嚴(yán)重，容易受到無線環(huán)境影響。頻繁漫游切換，降低了無線傳輸連續(xù)性和可靠性。

（4）交叉感應(yīng)環(huán)線的缺點(diǎn)：環(huán)線安裝在鋼軌的中間，安裝困難且不方便日后對鋼軌的維保工作。車地通信的速率低，環(huán)線交叉點(diǎn)距離比較小，在長線路鋪設(shè)時施工較為繁瑣。

CBTC列車控制系統(tǒng)能夠根據(jù)前行列車和前方線路情況，在確保安全的前提下緊追蹤前行列車運(yùn)行，能有效縮短列車追蹤間隔，運(yùn)輸效率也得到極大提高，因此在國內(nèi)外能夠得到迅速推廣。目前各種無線傳輸系統(tǒng)均有著自身的優(yōu)勢和不足，如何利用優(yōu)點(diǎn)，并克服缺點(diǎn)，合理化的應(yīng)用城市軌道交通，是需要探討并解決的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]付兵，廖理明.城市軌道交通CBTC信號系統(tǒng)[M].西南交通大學(xué)出版社，2016.

[2]魏赟，魯懷偉，何朝暉.基于802.11協(xié)議的CBTC系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)的探討[J].鐵道學(xué)報，2013，35（4）：51-56.

[3]鄭瑩.基于無線通信的CBTC研究綜述[J].通信技術(shù)，2011（12）：137-138，141.