淺析EUHT在地鐵無線中的應用

摘 要：EUHT是我國自主研發的全球首個能夠解決“移動寬帶一體化”的通信技術系統，被稱作超高速移動通信技術。與現有主流通信技術對高速傳輸與寬帶互聯難以兼顧且響應慢、不穩定、耗費流量多的情況相比，EUHT同時具備了“三高三低”的優勢特性，即“高速度、高帶寬、高穩定性，低延時、低成本、低功耗”。2016年初，EUHT在廣州地鐵6號線1期工程中做了網絡性能和業務承載的測試，文章將從EUHT的鏈路模型、應用方案、區間布置建議、現場測試幾方面進行簡要論述。

關鍵詞：EUHT；軌道交通；無線通信

1 鏈路預算模型

EUHT的鏈路預算模型主要經過COST 231-hata 模型和WINNER 信道模型推導。通過對COST 231-hata 模型相應應用頻點的衰減修正以及WINNER 信道模型天線高度的修正，得到適合于高架路基環境和隧道環境的鏈路模型。

1.1 COST 231-hata 模型

Okumura-hata可以通過頻率相關的自由空間衰耗修正后應用到5GHz頻點上。設定基站天線高度：ht=30m；車載天線高度：hr=4m工作頻率取2000（MHz），模型適用頻率為 1.5G～2GHz，得到：

L2GHZ=35.22lg（d[km]）+130.45（dB）

當頻點從2GHz 到5GHz時，衰減應修正20lg（5/2）=7.96（dB），得到鄉村場景路徑損耗為：

L=35.22lg（d[km]）+115.41（dB）

1.2 WINNER 信道模型

該模型在測試采集數據時，基站天線高度相對較矮，因此相對于基站天線高30m的情況，公式計算結果偏高。為此，對鄉村場景修正2dB，得到鄉村場景（D1，Rural，d=35m～10km，ht=19～25m）無直射徑（NLOS）情況的結果如下：

L=25.1lg（d[km]）+129.1（dB）

高架路基環境路徑損耗在開闊環境實際測試的結果介于COST231-hata模型（鄉村）和WINNER模型（鄉村NLOS）之間。即：

L=30.16g（d[km]）+122.255（dB）

1.3 隧道環境鏈路模型

由于隧道環境對無線信號傳輸有波導效應，基站小區的中遠區信號衰減規律近似線性衰減。根據5GHz無線通信設備在隧道環境實際測試的結果，隧道環境直線段的路徑損耗采用如下經驗公式計算：

L=37.5×（d[km]）+86.625（dB）

2 應用方案

在城市軌道交通無線通信應用中，EUHT系統可承載視頻監視系統、PIDS系統、車載WiFi等業務信息，主要由區間內的基站和列車上的車載單元構成，在列車的首尾安裝定向天線、路由器和車載單元，來直連地鐵視頻監控設備傳遞數據。車載wifi系統主要是面對乘客，在車站及列車上為乘客提供互聯網信息、娛樂等，為乘客帶來更好、更舒適的乘車體驗，基本構架分為：中心、分線中心、車站以及車載。中心級主要負責互聯網的接入、認證、以及與骨干網互聯，下發信息等。分線中心級主要負責接收中心所下發的信息，通過傳輸網絡下發傳送到各線路車站、移動寬帶傳輸網絡基站。車站主要負責從分線中心接收信息，通過站內無線設備對站內進行wifi覆蓋，為站內乘客提供無線上網功能。車載設備主要通過移動寬帶傳輸網絡與區間wifi無線設備基站接收信息，再經車載wifi無線設備對車廂內進行wifi覆蓋，為車廂乘客提供無線上網功能。

系統方案如圖1所示。

在隧道、高架等不同環境下的設備安裝如圖2、圖3所示。

車載設備如圖4所示。左側為EAT天線，右側為EAU和交換設備。

3 區間EBU布置建議

根據以上鏈路模型得出EUHT系統基站在實際區間的布站方案建議大致如下：高架上直道覆蓋距離：400m～450m；隧道內直道覆蓋距離：600m～700m；站臺區段布點、隧道、高架遇到站臺，覆蓋距離減少50m；彎道區段布點隧道內遇到R>=500m的彎道，覆蓋距離減少100m。隧道內遇到R<500m的彎道，覆蓋距離修正值減少200m。

4 現場測試

2016年初，EUHT在廣州地鐵6號線做了網絡性能和業務承載的現場測試，測試線路長約5公里，其中高架段月2.7公里，過渡段月0.3公里，地下段月1.9公里，包含了地鐵線路中較為典型的幾種環境。

測試方案為在EUHT中心設置EDC、ECC和交換機，在各個車站設置EDU設備，車站的EDU設備和區間的EBU設備相連，EBU接AAU提供無線信號，列車首尾安裝AAU，以及EAU和ESU設備。

測試中，EUHT設備在典型的交通環境下表現出良好的信號覆蓋質量，車載通信設備終端能夠順利入網，小區漫游切換延遲在95ms以下，切換成功率100%，端到端傳輸時延在7ms以下，數據丟包率不超過3%。

在列車運行情況下，系統峰值吞吐率為147Mbps，均值吞吐率為60Mbps，邊緣吞吐率為22Mbps。

相比于當前無線通信技術，EUHT技術突破了“移動寬帶一體化”的技術瓶頸，具有更好的高速移動適應性、更大的數據傳輸帶寬、更低的空口接入時延和更穩定的網絡漫游切換性能。有希望為軌道交通無線通信發展增添新的動力。