論地鐵通信系統中的無線覆蓋與優化

王潮劍

【摘要】? ? 地鐵在城市交通系統中占有重要地位，是現代城市出行的主要方式之一，由于服務的個體較多，且地鐵中也有較多的網絡型設備需要使用，由此需要對地鐵中的網絡進行持續升級和優化，在地鐵中實現無線網絡的全面覆蓋，提高地鐵服務的質量。本文對地鐵無線覆蓋的功能需求進行探討，并闡述了地鐵通信系統無線覆蓋的基本組成與關鍵技術，最后從技術功能、穩定性和安全性三個方面提出優化措施。

【關鍵詞】? ? 地鐵通信? ? 無線覆蓋? ? 網絡優化

通訊技術和電子科技的發展，使得當前社會生活和工作中涉入了大量的網絡型設備，包括電腦、手機等一系列通信設備，為人們提供便捷的同時，也帶來了困擾——網絡問題。地鐵作為當代我國城市中的主流交通系統，又具有對外界信號的屏蔽性，要想滿足通信需求就必須要依靠內部網絡設備進行信號傳遞，實現無線網絡的覆蓋無疑是最佳方案。

一、地鐵通信系統無線覆蓋的功能需求

地鐵是目前城市的主要交通工具之一，而網絡也是人們生活和工作的必要因素。因此，地鐵通信系統無線覆蓋的范圍、地點等十分關鍵，一般而言，地鐵的通信無線系統應當能夠對整個地鐵網絡進行全方位的覆蓋，以滿足乘客在乘坐地鐵的過程中瀏覽信息或與外界通信的需求。具體來說，地鐵通信系統的覆蓋范圍應到包括地鐵站大廳、地鐵站臺以及列車隧道。在實際的環境中，不同路段的通信環境存在一定的差異，在一些通信環境較差的路段適當加強通信系統信號強度以減少信號干擾，在保證通信效果的同時減少通信系統無線覆蓋的建設成本。地鐵通信系統無線覆蓋最主要的應當充分覆蓋地鐵站臺、大廳等乘客候車等待的地點，避免不必要的資源浪費。在有的地鐵系統中，往往存在著不同網絡運營商同時覆蓋統一地點或路段，這種現象不但會造成資源浪費，更可能導致通信信號互相干擾而降低通信質量，且增加后期維護費用。地鐵通信系統的無線覆蓋的難點是在較為復雜的網絡條件下實現無線網絡信息的交互，因此減少無線網絡運營商的冗余覆蓋是必要的，對于優化無線通信網絡環境而言是一個有效的措施。地鐵通信系統的無線覆蓋目的是完成保障地鐵運行的相關信息的傳輸以及為乘客的生活與工作提供便利、提升人們對生活質量的滿意度，而通信質量則是其效果的體現。

二、地鐵通信系統無線覆蓋的構建思路

2.1基本組成

地鐵通信系統一般包含以下幾個基本組成部分：

①傳輸系統。地鐵傳輸系統能夠在控制中心與各車輛、各車站之間進行信息傳輸，傳輸功能具有快速、準確和可靠的特點，傳輸的信息種類包括音頻、視頻、數據及其他信息。傳輸系統還需要承擔傳輸各種調度電話、站間行車電話、區間軌旁電話、有線廣播、時鐘、電力監控等任務。

②無線集群系統。地鐵無線集群系統的用途是為控制中心的調度人員、車輛段調度人員與車站值班人員等固定用戶與列車司機、維修人員、公安和防災單位等移動用戶提供無線通信方式，最終作用是從通信途徑保障行車安全與應急搶險。

③公務電話系統。地鐵的公務電話系統用于地鐵系統各部門之間的電話聯系，為運營、管理及維修等工作的進行提供語言通信服務，亦可為地鐵用戶提供語音、數據及傳真等通信服務。

④電源系統。地鐵通信的電源系統用途是為整個地鐵系統中的通信設備提供穩定的電源供給，包括地鐵站大廳、候車站臺、隧道、停車場、運營中心等地的通信設備。在主用電源發生故障時，該系統也能夠確保這些通信設備能夠在一定時間內保持正常工作，直至主用電源恢復。

⑤乘客信息系統。乘客信息系統的作用是以計算機系統作為核心，依托多媒體網絡技術，以車站安裝或車載的顯示器終端作為媒介向乘客提供信息。乘客信息系統一般用于發布列車運行情況、管理者公告、政府公告、新聞節目、廣告節目等動態信息，在災害發生時亦可用于提供緊急疏散提示。

⑥綜合網管系統。地鐵通信系統中的綜合網管系統的功能是對通信設備以及各級子系統的運行情況進行監控，當某一設備或子系統出現故障時進行提示，以確保通信系統穩定運行。

2.2關鍵技術

地鐵通信無線系統的關鍵技術主要在于以下幾點：

①網絡信號。一般而言，要確保地鐵通信無線系統的通信質量穩定，則其信號電平與標準信號的電平需要與標準信號的電平保持一致，可以對系統中的網絡信號展開全面檢測來排除問題，對檢測數據進行記錄，以便在之后的使用過程中對網絡信號的檢測，確保信號的長期穩定。

②優化算法。目前，地鐵通信無線系統中根據信號不同有三種可選擇的優化算法類型，一是基站信號的優化算法;二是改變基站耦合器參數;三是技術參數的優化算法。

③通信架構。地鐵通信無線系統的使用需求要求其能夠具有通信便捷性，但在通信過程中，在固定區間內進行信號發射的基站一般不超過兩個，而用戶數量卻可能達到上千人，這一情形對于通信架構有著一定的要求，可以采用蛛網式通信架構，可以有效減少信號傳輸過程中所受的干擾，保證信號質量，但此種架構也存在著一定的不足之處，如建設成本高、運行與維護費用高等。

三、地鐵通信系統無線覆蓋的優化策略

3.1基礎功能優化

地鐵通信系統實現全場景無線覆蓋，加大了地鐵網絡的任務量，也因為對接了更多的用戶而需要更好的功能保障，其中基礎功能即是最為關鍵的一環。一方面是要保障場景的覆蓋，為終端網絡連接提供端口，另一方面則是要對整個無線系統的功能進行拓展。因此在建設系統時，需要多考慮基礎功能的完善。根據場景和功能需求，將無線網絡劃分為室內、公網、隧道三類，其中包含了地鐵專用、信號車、民用、消防無線系統等。當前普遍使用包括TETRA及LTE等技術完成對網絡的建設。

以TD-LTE技術為例，該技術基礎是4G通信技術，在數據傳輸、分組、延遲控制、廣域覆蓋、兼容性等方面都比較優秀，且能夠在20MHz的貸款條件下實現50Mbps/100Mbps的峰值速率，在5G技術尚未完全成型且推廣的情況下，依據具有較強的應用空間。在TD-LTE技術下，WLAN適用802.11系列標準，可實現包括2.4GHz、5GHz頻段的運行，具體性能比對如表1所示。在地鐵無線網覆蓋建設中，共計涉及使用了包括，WIMAX技術、McWill技術、移動數據字數、互聯網技術等，構成無線網絡基本功能技術集群，將無線網絡與行車管理、地鐵綜合服務、在線監控、設備監測、視頻通信、公眾無線信號使用等結合起來，提高了地鐵場景的整體功能效果。

3.2穩定性優化

根據以往地鐵通信無線網絡建設的經驗，對信號弱、斷連等情況，考慮使用功能性部件進行強化，無源器件組合為：耦合器、天線、合路器、功分器及其他器件，采購和使用時需要核對器件的功能，要求防護等級至少滿足IP65，平均功率應保證至少在300W以上，峰值功率應≥1000W，頻段一般選擇800-2700M，酌情更改參數要求。在行車區間內，地鐵在行進過程中快速通過不同區域，由此產生了越區信號切換問題，在常規技術標準下，LTE的切換耗時為300ms-350ms之間，CDMA的切換耗時則在600ms以上，而地鐵行車時速達到了70km以上，因此需要設置一個較長的信號交互段，并依靠基站和交互中心輔助，降低切換故障和過度延時幾率。

隧道行車區間內的無線信號和系統穩定性的控制最為困難，在選擇天線加強信號時，室內場所可選取全向吸天線，電梯井及長走廊狹長地帶，選取定向板狀天線，建筑物臨窗室內、外切換邊界位置，選取定向天線，特殊場合則應從覆蓋效果角度出發，進行天線定制，室外分布系統中天線需使用美化天線，還應當設計好有源設備配置的相關內容。

應將對各系統間干擾予以充分考量及對各系統業務容量予以充分滿足為前提，適當降低無線業務數量;系統可選用上下行分纜設計，對各下行系統干擾問題予以充分考慮，并將TDD系統僅接入上行漏纜;應對信號切換要求、信號覆蓋強度予以充分考慮。在出入口內布置切換點;應對系統信號覆蓋區間加以保障，并確保無外泄干擾存在。構建網絡系統時，應盡量實現無源系統，若區間車站間距離較長方可采用無源系統，力爭在充分滿足網絡覆蓋要求前提下，將器件數量降至較低.覆蓋隧道的GSM/GDS及覆蓋地鐵站臺的基礎可納入BSC管理范圍內;建設地鐵及隧道覆蓋網絡系統時，應留出適當空間，以供后續優化設計使用。各類設備覆蓋性能對比如表2所示。

四、總結

信息化技術的發展為社會帶來了便利，也對地鐵通信網絡建設提出了新的要求，在進行地鐵網絡覆蓋建設與優化時，不僅要做好相關的軟硬件設施匹配，同時還需要考慮到網絡技術再發展和網絡功能拓展準備，利用可靠的技術保證無線網絡穩定、安全的運行，保障使用者的切身利益。

參? 考? 文? 獻

[1]彭培培.地鐵無線網絡室內覆蓋工程[J].電信技術，2018（06）：36-38+42.

[2]唐忠杰.地鐵無線網絡覆蓋探討[J].信息通信，2016（09）：194-195.

[3]楊勇.地鐵5G無線網覆蓋方案探討[J].數字通信世界，2020（10）：84-85+108.