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關(guān)于無(wú)線(xiàn)通信工程設計論文
摘要:在我國城市地鐵通信系統中,專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統是高速運行的地鐵列車(chē)與車(chē)站運營(yíng)管理人員之間唯一的通信手段,擔負著(zhù)提高運營(yíng)效率、確保行車(chē)安全及地鐵乘客生命安全的重要使命,為列車(chē)調度、維修調度、防災環(huán)控調度、車(chē)輛段調度等提供無(wú)線(xiàn)通信保障。本文結合工程經(jīng)驗,扼要介紹地鐵專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統的工程設計。
關(guān)鍵詞:地鐵;專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統;場(chǎng)強;漏泄電纜;天線(xiàn)
引言
目前國內地鐵專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統主要采用數字集群技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng),主要由設置在中心的集群中心交換設備和操作控制臺;設置在車(chē)站的集群基站、功分器和耦合器、天線(xiàn)和車(chē)站電臺,敷設在區間漏泄同軸電纜及配件;設置在車(chē)輛段等處的光纖直放站、操作控制臺;設置在機車(chē)上的機車(chē)臺以及為移動(dòng)工作人員配備的手持臺等設備組成。中心與沿線(xiàn)車(chē)站的設備間通過(guò)有線(xiàn)通信傳輸通道連接,實(shí)現全線(xiàn)場(chǎng)強的覆蓋。
1專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統功能要求
地鐵專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統具有選呼、組呼、全呼、緊急呼叫、呼叫優(yōu)先級權限等調度通信功能,并應具有存儲功能、監測功能等。
2頻段及頻點(diǎn)的選擇
地鐵無(wú)線(xiàn)通信系統采用的制式應符合國家有關(guān)技術(shù)標準,所采用的工作頻段及頻點(diǎn)應由當地無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)批準。
3專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統工程設計
3.1網(wǎng)絡(luò )結構
根據地鐵線(xiàn)路的特點(diǎn),數字集群通信系統按基站設置方式的不同可以有以下幾種系統結構:
小區制:在控制中心設置交換控制設備,在地鐵沿線(xiàn)各車(chē)站設置基站,交換控制設備與基站之間通過(guò)有線(xiàn)傳輸通道連接,地鐵沿線(xiàn)架設漏泄同軸電纜實(shí)現全線(xiàn)場(chǎng)強覆蓋。小區制缺點(diǎn)是投資較高,列車(chē)司機與行車(chē)調度員之間的通話(huà)存在較多越區切換;優(yōu)點(diǎn)是信道利用率高,系統的故障弱化能力較強,最大特點(diǎn)是能夠實(shí)現車(chē)站值班員與列車(chē)司機之間無(wú)須撥號即可建立通信聯(lián)系。
中區制:在控制中心設置交換控制設備,在地鐵沿線(xiàn)的重要車(chē)站設置基站,其它車(chē)站設置射頻放大設備,交換控制設備與基站之間通過(guò)有線(xiàn)傳輸通道連接,地鐵沿線(xiàn)架設漏泄同軸電纜實(shí)現全線(xiàn)場(chǎng)強覆蓋。中區制在設備投資、信道利用、越區切換頻次、故障弱化能力等方面均介于大區制與小區制之間,不具備小區制的小三角通信功能,也不存在大區制的車(chē)載設備在列車(chē)進(jìn)出車(chē)輛段時(shí)正線(xiàn)通話(huà)組與車(chē)輛段通話(huà)組不能自動(dòng)轉換的問(wèn)題。
大區制:在控制中心設置交換控制設備和基站,在地鐵沿線(xiàn)車(chē)站均設置射頻放大設備,地鐵沿線(xiàn)架設漏泄同軸電纜實(shí)現全線(xiàn)場(chǎng)強覆蓋。大區制的優(yōu)點(diǎn)是投資較小,列車(chē)司機與行車(chē)調度員之間的通話(huà)不存在越區切換;缺點(diǎn)是信道利用率不高,故障弱化能力較差,不能實(shí)現小三角通信,尤其是列車(chē)進(jìn)出車(chē)輛段時(shí)正線(xiàn)通話(huà)組與車(chē)輛段通話(huà)組不能自動(dòng)轉換。此外,大區制系統結構不易擴容也是其致命弱點(diǎn)。
綜合上述對大、中、小區制三種系統結構的分析比較,建議地鐵專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統采用中、小區制系統結構進(jìn)行組網(wǎng)。
3.2場(chǎng)強覆蓋
地鐵專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信系統信號場(chǎng)強覆蓋區域通常分為:隧道區間的覆蓋、車(chē)站站臺的覆蓋、車(chē)站站廳的覆蓋。
地鐵隧道區間內場(chǎng)強的覆蓋方式無(wú)外乎兩種:采用隧道天線(xiàn)作為輻射源空間波覆蓋方式及采用漏泄電纜作為傳輸線(xiàn)和分布天線(xiàn)的覆蓋方式。前者投資小,安裝工程量小,但場(chǎng)強覆蓋難以控制,會(huì )對隧道內的電磁環(huán)境產(chǎn)生不良影響,無(wú)法為控制越區切換、降低同頻干擾等具體問(wèn)題進(jìn)行針對性場(chǎng)強分布精確設計,實(shí)際使用先例很少;而后者投資較大,安裝工程量較大,但由于采用漏泄電纜能夠實(shí)現對電磁波傳播和輻射的嚴密控制(既保證了自身系統的抗干擾又能降低對其他無(wú)線(xiàn)系統干擾的可能性),因此在國內外地鐵的建設中均得到了廣泛的應用。所以推薦采用漏泄電纜解決隧道內的場(chǎng)強覆蓋。
采用漏泄電纜實(shí)現區間場(chǎng)強覆蓋時(shí),當區間太長(cháng)時(shí)需在漏纜中間加設放大器對射頻信號進(jìn)行放大。常用放大器有兩種類(lèi)型:射頻直放中繼器和光纖作為傳輸媒介的光纖直放站。兩種放大方式對比如下:
下行載噪比
采用射頻直放中繼器放大的是由基站獲得的信號,可以獲得較好的載噪比;光纖直放站由于光端機噪聲系數的增加,其信號的載噪比不及射頻直放中繼器。
上行噪聲
采用射頻直放中繼器的上行噪聲較小,對基站的影響較小;采用光纖直放站的上行噪聲較大,對基站的影響較大。
可靠性
由于射頻直放中繼器是一級有源設備,可靠性較好;光纖直放站包含近端射頻調制、光路傳輸、遠端射頻解調、射頻放大四個(gè)部分,這四個(gè)部分是串聯(lián)工作的,其中每一個(gè)部分出了故障,都會(huì )導致整條鏈路故障,可靠性較差。
★信號傳輸時(shí)延
在放大器不級聯(lián)的情況下,射頻直放中繼器對原射頻信號的附加時(shí)延小;光纖直放站附加時(shí)延大。
★延伸距離
射頻直放中繼器只能單向延伸覆蓋范圍;光纖直放站可以從中間向兩端延伸,因此后者的延伸距離長(cháng)。
★級聯(lián)放大互調影響
射頻直放中繼器級聯(lián)放大時(shí)互調影響較大;光纖直放站級聯(lián)放大時(shí)互調影響較小。
以上兩種方式各有利弊。但總的說(shuō)來(lái),當放大器不級聯(lián)時(shí),采用射頻直放中繼器比較合適;反之,當放大器需要多級級聯(lián)時(shí),則采用光纖直放站更為有利。
車(chē)站站臺場(chǎng)強覆蓋通過(guò)區間漏泄電纜或在弱場(chǎng)強區增加小天線(xiàn)方式來(lái)實(shí)現,站廳層采用吸頂全向天線(xiàn)來(lái)進(jìn)行站廳場(chǎng)強覆蓋。設計計算鏈路損耗時(shí)空間損耗采用自由空間模型公式。
根據無(wú)線(xiàn)信號傳輸模型,自由空間損耗計算公式為:
L=32.45+20log(F)+20log(D),其中F為頻率,單位為MHz,D為距離,單位為km,
天線(xiàn)覆蓋場(chǎng)強電平計算公式:
P(天線(xiàn)覆蓋場(chǎng)強電平)=天線(xiàn)口功率+天線(xiàn)增益-自由空間傳播損耗。
假設車(chē)站場(chǎng)強覆蓋設計指標為:專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)95%的地點(diǎn)及時(shí)間(概率),移動(dòng)終端接收信號的場(chǎng)強電平應不小于-85dBm;按瑞利衰落法進(jìn)行計算,基站、移動(dòng)終端接收端的比特誤碼率不超過(guò)4%(信噪比≥19dB)。
按照設計要求滿(mǎn)足場(chǎng)強覆蓋最小接收電平設計參數:覆蓋范圍邊緣場(chǎng)強的最小接收電平門(mén)限取決于:
�、俳邮諜C的動(dòng)態(tài)靈敏度:基站=-106dBm(上行),移動(dòng)手機=-103dBm(下行),車(chē)載臺=-103dBm(下行)
�、趫�(chǎng)強覆蓋瞬時(shí)瑞利衰落深度:衰落儲備取值=13dB
�、墼O計儲備余量:取值=5dB
邊緣場(chǎng)強取值=接收機靈敏度+衰落儲備+干擾余量
因此,在滿(mǎn)足信噪比≥19dB和可通率(時(shí)間、地點(diǎn)覆蓋概率為95%)的要求下,最小接收電平設計取值:
下行(基站至車(chē)臺):每載波≥-85dBm(車(chē)臺天線(xiàn)輸入端)
下行(基站至手機):每載波≥-85dBm(手機天線(xiàn)輸入端)
上行(車(chē)臺至基站):每載波≥-88dBm(基站接收端)
上行(手機至基站):每載波≥-88dBm(基站接收端)
專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信覆蓋的區域內同時(shí)并存商業(yè)移動(dòng)通信網(wǎng),因此工程的設計須考慮網(wǎng)間的相互干擾。經(jīng)理論分析和實(shí)踐證明:專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)和商業(yè)移動(dòng)通信網(wǎng)在隧道內漏泄電纜安裝間隔≥0.45米,其隔離度可達78dB,如公網(wǎng)POI和直放站設備相關(guān)指標符合國標的條件下如此可減輕或消除網(wǎng)間互調和帶外雜散發(fā)射干擾的影響。站廳內專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)天線(xiàn)和商業(yè)移動(dòng)通信網(wǎng)天線(xiàn)安裝間隔≥4.5米,可以減輕或消除網(wǎng)間帶外雜散干擾的影響。
4結束語(yǔ)
上述內容是本人參加地鐵工程建設以來(lái)積累的一些理論和經(jīng)驗,在此總結起來(lái)與同行交流學(xué)習,尚有不足之處,誠請各方同仁指教。
我國城市軌道交通工程已經(jīng)進(jìn)入飛速發(fā)展的階段,北京、上海、廣州、深圳等一批人口密集,公共交通擁擠的城市已經(jīng)有數條地鐵線(xiàn)路投入運營(yíng)使用,仍在加大地鐵工程建設,武漢、成都、重慶、沈陽(yáng)、西安等地也掀起了地鐵建設工程的高潮,地鐵已經(jīng)成為大型城市綜合經(jīng)濟文化實(shí)力的重要體現。隨著(zhù)城市軌道交通工程的繁榮發(fā)展,地鐵無(wú)線(xiàn)通信系統也將在地鐵工程中被廣泛應用,地鐵專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)也將不斷成熟完善。
參考文獻
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[2] 王壽國. 地鐵移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統的服務(wù)質(zhì)量研究. 南京航空航天大學(xué). 2008.01.01
[3] 徐林華. 地鐵中的移動(dòng)通信系統. 《郵電設計技術(shù)》 1999年第6期
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