中低速磁浮交通無線通信覆蓋研究及應用

劉海建

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251）

中低速磁懸浮制式作為城市軌道交通系統中的一種新型形式，以其爬坡能力強、轉彎半徑小、能耗低、運行噪聲小、運行安全舒適、低污染、采用高架方式占地少的特點而著稱，近年來正越來越受國內外各大城市關注及歡迎。中低速磁懸浮列車是一種采用常導電磁懸浮、導向和驅動系統的列車。由于列車在牽引運行時與軌道之間無機械接觸，從根本上克服了傳統列車輪軌粘著限制，消除了機械噪聲和輪軌滾動噪聲，消除了機械磨損，從而降低了相應的維護成本，更符合城市軌道交通的運營需求。所以，作為傳統城軌的一種補充，中低速磁懸浮列車將來有望成為一種低噪聲、中小運量的新型城市軌道交通工具。

中低速磁懸浮線路無線通信系統通常采用TETRA數字集群移動通信系統作為無線列車調度通信解決方案，該系統安全性與行車安全密切相關。由于城市高樓林立，遮擋多，因此本系統無線覆蓋原則上在區間線路沿線采用漏泄同軸電纜方式覆蓋。

1 研究必要性

考慮中低速磁懸浮制式的固有特點，其區間線路多采用高架橋形式，且高架橋上立設漏纜支撐桿困難的情況，如何既要滿足中低速磁懸浮線路區間無線漏泄同軸電纜安裝位置合理、可行，又要保證磁浮環境下無線通信信號不受磁浮系統的電磁干擾，最終滿足磁浮列車安全可靠運行的需求，是工程實施過程中不可避免的研究課題。通過必要的仿真試驗研究及數據分析，獲得科學客觀的實驗結果數據，進而指導工程項目實施。

2. 主要研究內容

本次研究是以北京市中低速磁浮交通示范線（簡稱北京S1線）工程為背景，依托唐山磁懸浮試驗線基地進行了必要的模擬仿真試驗測試。首先通過對北京S1線沿線區間土建具體形式及無線漏泄同軸電纜可能的安裝位置進行研究分析，主要有以下兩方面研究內容。

1）中低速磁懸浮線路區間無線漏泄同軸電纜安裝位置的研究。

2）中低速磁懸浮線路區間無線漏泄同軸電纜安裝位置不同時，磁浮系統對無線通信系統的電磁干擾測試。

2.1 仿真測試

本次研究以唐山磁懸浮試驗線基地為依托，在試驗線上最大化全景仿真了北京 S1線工程正線區間的各種環境條件，其中包括軌旁漏纜安裝位置、車載天線的安裝位置及數量等。

本次仿真測試研究按照分部分項、由簡至繁的原則進行實施，不僅提高了仿真測試效率，還保證了測試內容全面。

1）測試方案

仿真測試分項分為靜態測試和動態測試，其中動態測試又分為40 km/h、60/h和80 km/h 3種速度下的動態測試。主要測試內容包括無線系統功能及相關技術指標。本次仿真測試研究同時進行單車載天線和雙車載天線情況的測試。測試系統構成如圖1所示。

本次研究對無線漏纜4種不同安裝高度進行了仿真測試，分別為距軌面上方4.5 m、距軌面上方1.5 m、距軌面上方0.4 m和距軌面下方0.4 m。車載天線安裝及無線漏纜安裝位置如圖2所示。

在測試基地機房設置TETRA基站1套，在試驗線軌旁設置1條約700 m無線漏纜，該無線漏纜分別依次在上述4種規定位置安裝；TETRA基站通過衰減器與無線漏纜相連，無線漏纜末端加裝終端負載設備，使末端的場強符合系統要求；設置相應移動終端，如1套車載電臺及5套手持臺等；試驗列車在試驗線路上運行過程中，對該無線通信系統進行相關的測試。

2）測試內容

對于 TETRA 系統的抗干擾能力，國家標準《數字集群移動通信系統體制》（SJ/T11228-2000）做出了明確規定，其主要指標如下。

共道抗擾性：載波電平 C 與共道干擾電 Ic 之比優于19 dB。

鄰道抗擾性：載波電平 C 與鄰道干擾電 Ia 之比優于-45 dB。

阻塞電平要求如表1所示。

表1 阻塞電平要求表

如表1所示，國家標準《數字集群移動通信系統體制》（SJ/T11228-2000）對 TETRA系統的抗干擾性已有明確描述。以上指標為系統的特性指標，不會因系統的安裝環境和使用條件的不同而改變。

在磁懸浮環境里，單車載天線（車頂）或雙車載天線（車頂與車底）的情況下，地面無線漏纜安裝在不同高度、列車在不同運行速度下，為獲得車載無線通信系統運行情況，本次測試研究將從系統的使用角度驗證磁懸浮是否對TETRA系統存在影響，主要進行接收場強、通話質量和呼叫接通率等3方面指標進行測試驗證，該3個指標最直觀體現了系統的使用狀況，其結果將表明專用無線通信系統的正常工作情況。

接收場強：需要在列車分別在靜態/動態運行時，通過場強測試設備對沿線場強進行評測。

通話質量：需要在列車分別在靜態/動態運行時，通過移動臺之間的呼叫進行測試， 測試雙方對實際語音效果進行評測。

呼叫接通率：需要在列車分別在靜態/動態運行時，通過使用移動臺進行上線呼叫， 測試呼叫接通率。在進行呼叫接通率的測試時，采樣數量應不少于 100 次。

3）測試結果

在不同環境里，車載電臺進行測試記錄如表2所示。

表2 車載臺測試記錄表

由以上測試數據可知，單車載天線方式和雙車載天線方式均能滿足列車接收場強要求，但車頂車地雙天線方式接收場強值更優。

在不同無線漏纜安裝高度、不同列車運行速度下，接收場強值、通話質量和呼叫接通率等各項數據經過多次測試匯總、統計分析后，測試結果如表3所示。

表3 測試結果表

2.2 研究分析結論

通過以上各項測試數據可知，以上4種無線漏纜安裝高度均可滿足磁懸浮列車系統運行需求，且磁懸浮環境對無線通信系統電磁干擾有限，基本不影響無線通信系統在磁懸浮線路中正常使用。

3 工程應用

3.1 工程現狀條件

北京S1線正線區間大部分采用高架方式，高架區間橋面剖面結構形式如圖3所示。

結合北京S1線正線高架區間實際情況，并結合本次仿真測試數據及結果，在正線高架區間安裝無線漏纜位置非常有限，可選擇疏散平臺下方以及橋梁欄桿上安裝兩個位置。其中，在疏散平臺下方安裝時，無線漏纜安裝位置高出軌面約0.4 m，如圖4所示；橋梁欄桿內側安裝時，無線漏纜安裝位置低于軌面約0.4 m，如圖5所示。

3.2 工程實施方案

1）無線通信網絡覆蓋方式

根據有無道岔情況，北京S1線正線區間可以分為道岔區間和無道岔區間兩種情況，其中，有道岔區域內無疏散平臺設施。因此，正線區間中有道岔區間無線通信覆蓋方式可采用在橋梁欄桿內側安裝無線漏纜方式；無道岔區間無線通信覆蓋方式可采用在疏散平臺下方安裝無線漏纜方式，可滿足全線區間無線通信場強覆蓋需求。其中，疏散平臺下安裝高度為高出軌面約0.4 m，橋梁欄桿內側安裝高度為低于軌面約0.4 m。

由于正線車站站臺內軌行區既無疏散平臺設施，又無橋梁欄桿設施，因此車站站臺無線通信覆蓋方式可采用站臺吸頂天線覆蓋方式。

由于車輛段范圍內軌行區既無疏散平臺設施，又無橋梁欄桿設施，軌行區范圍較大，因此車輛段內無線通信覆蓋方式可采用定向或全向天線空間波覆蓋方式。

2）車載天線安裝方式

為更好滿足列車在車輛段、車站站臺、正線區間不同區域內無線通信覆蓋場強要求，建議車載天線安裝方式采用車頂車地雙車載天線方式。

4 結束語

通過對本次測試研究內容及過程的總結歸納，得出對中低速磁浮無線通信系統漏泄同軸電纜安裝位置的結論，提高今后中低速磁浮線路中無線通信系統設計的工作效率，為我國中低速磁浮無線通信系統設計提供參考及依據。北京S1線工程中無線通信網絡覆蓋方式和車載天線安裝方式采用本文中的實施方案，沿線各區域內無線場強、無線通話質量等各項性能指標均能滿足中低速磁懸浮列車安全運行、日常運營維護等要求，順利通過無線通信系統的各項功能驗收，并已投入正常載客運營。

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