李玉斌

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南京地鐵2號(hào)線無(wú)線Wi-Fi覆蓋方案探討

李玉斌

南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210012

地鐵由于環(huán)境特殊，其無(wú)線Wi-Fi覆蓋要求較高，信號(hào)控制、車地傳輸、車廂無(wú)線覆蓋等是建設(shè)Wi-Fi的關(guān)鍵問(wèn)題。基于此，對(duì)南京地鐵2號(hào)線的無(wú)線Wi-Fi覆蓋方案進(jìn)行了探討。

地鐵；無(wú)線WiFi；信號(hào)覆蓋；車地傳輸

引言

為了提供更好的服務(wù)于南京地鐵乘客對(duì)信息的需求；改善乘客乘坐時(shí)的寬帶數(shù)據(jù)通信體驗(yàn)；提高南京地鐵總體信息服務(wù)的滿意度；計(jì)劃在南京地鐵2號(hào)線地鐵站廳、站臺(tái)和列車的進(jìn)行無(wú)線Wi-Fi覆蓋；除了乘客享受到的實(shí)時(shí)無(wú)線接入、軌道交通Wi-Fi無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；還可以實(shí)現(xiàn)南京地鐵日常運(yùn)營(yíng)管理所需要的列車視頻監(jiān)控信號(hào)、車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳和緊急運(yùn)營(yíng)信息下發(fā)功能；增強(qiáng)軌道交通通信信息系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

南京地鐵2號(hào)線，從油坊橋站至經(jīng)天路站，共計(jì)26個(gè)車站，37.82公里，35輛A型車，由南京浦鎮(zhèn)車輛廠制造。地鐵車站及線路深埋地下，一般分為站廳層和站臺(tái)層兩層，站廳層主要以車站控制室、設(shè)備用房、售/檢票區(qū)為主，站臺(tái)層主要為候車區(qū)和設(shè)備房等。地鐵車站采用混凝土結(jié)構(gòu)，相對(duì)于其他的公共場(chǎng)所來(lái)說(shuō)要狹長(zhǎng)一些，狹長(zhǎng)的空間使得無(wú)線信號(hào)入射角度小，信號(hào)分布不均勻，局部會(huì)出現(xiàn)快衰落。在地鐵站的站臺(tái)、站廳層有較多立柱支撐，對(duì)信號(hào)傳播形成了遮擋。同時(shí)，站臺(tái)的混凝土材料以及車體的鋁制結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)具有吸收損耗和穿透損耗，所以要綜合考慮各種復(fù)雜的環(huán)境因素，必須具備嚴(yán)格的抗干擾和穩(wěn)定性才能達(dá)到相應(yīng)的水準(zhǔn)，并保留足夠的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)余量。

2 關(guān)鍵問(wèn)題分析

在軌道交通運(yùn)營(yíng)環(huán)境下，如何保證列車的行車安全最首要問(wèn)題，影響車地信號(hào)傳輸控制的條件，在無(wú)線層面主要是無(wú)線干擾問(wèn)題。

2.1 基于超材料技術(shù)的Wi-Fi無(wú)線信號(hào)控制

基于超材料技術(shù)開發(fā)的波束賦形射頻設(shè)備，改善發(fā)射/接收的基于超材料技術(shù)開發(fā)的波束賦形射頻設(shè)備，改善發(fā)射/接收的信噪比，增強(qiáng)指向性。通過(guò)超材料定制天線控制電磁波Wi-Fi信號(hào)覆蓋區(qū)域，從根本上解決與CBTC的信號(hào)干擾的問(wèn)題。使用超材料AP及天線實(shí)現(xiàn)車地?cái)?shù)據(jù)傳輸。由于地鐵隧道環(huán)境的特殊性，需使用超材料AP及天線實(shí)現(xiàn)車地?cái)?shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)采用定向MIMO天線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)天線協(xié)同工作以及實(shí)現(xiàn)波束賦形功能，可以保證隧道內(nèi)信號(hào)波形完整可用，同時(shí)通過(guò)MIMO技術(shù)，在多個(gè)信號(hào)中提取最強(qiáng)、最有用的資訊，能有效使用多徑傳輸?shù)男Ч?，減少干擾的產(chǎn)生，最終實(shí)現(xiàn)，列車在隧道內(nèi)時(shí)高速數(shù)據(jù)傳送。超材料AP系統(tǒng)是將超材料和超材料定向MIMO天線技術(shù)應(yīng)用于AP系統(tǒng)，在空間受限情況下，實(shí)現(xiàn)多個(gè)天線協(xié)同工作以及實(shí)現(xiàn)波束賦形功能，即基于超材料技術(shù)的波束賦形技術(shù)解決方案。

圖1 超材料天線波束賦形示意圖

2.2 車地傳輸技術(shù)

車地寬帶無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由部署在列車駕駛室頭部和尾部的寬帶無(wú)線設(shè)備，以及部署在列車軌道沿線寬帶無(wú)線設(shè)備構(gòu)成，移動(dòng)中的列車與軌道上的寬帶設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。軌道沿線的寬帶無(wú)線設(shè)備間距200米部署一臺(tái)，通過(guò)電纜與網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。除了可以滿足乘客高速無(wú)線上網(wǎng)的要求，還可以實(shí)現(xiàn)南京地鐵運(yùn)營(yíng)管理所需要的車載視頻監(jiān)控信號(hào)、車輛監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳和運(yùn)營(yíng)信息的下發(fā)功能[1]。

2.3 車廂內(nèi)覆蓋方案選擇

從覆蓋可行性來(lái)看，采用2.4/5.8GHz頻段信源輸出的設(shè)備在車廂內(nèi)覆蓋，由于車廂內(nèi)人員變化比較大，車載系統(tǒng)比較多，各系統(tǒng)之間存在一定的關(guān)聯(lián)性。同時(shí)在Wi-Fi協(xié)議下，乘客切換，較難控制，僅當(dāng)AP信號(hào)無(wú)法滿足需求時(shí)才尋找新的AP嘗試關(guān)聯(lián)，因此在車廂內(nèi)乘客在高速行駛的列車中，采用車內(nèi)AP無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是最優(yōu)的選擇。車廂內(nèi)用802.11n 無(wú)線AP加超材料天線為車廂內(nèi)乘客提供服務(wù)；車地間使用5.8G超材料AP加超材料天線的車地傳輸設(shè)備進(jìn)行連接，使得地鐵列車即便在行使中，仍能為車上乘客提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

3 總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)采用3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：核心層，匯聚層、接入層。核心層：由核心節(jié)點(diǎn)及相關(guān)鏈路組成，用于線路間的數(shù)據(jù)交換、地鐵商業(yè)及公網(wǎng)的數(shù)據(jù)出口。匯聚層：由匯聚節(jié)點(diǎn)及相關(guān)鏈路組成的網(wǎng)絡(luò)層面，匯接入網(wǎng)內(nèi)的各站臺(tái)及沿線的商業(yè)地產(chǎn)間的數(shù)據(jù)流量。接入層：由車站、商業(yè)地產(chǎn)及相關(guān)鏈路組成的網(wǎng)絡(luò)層面，接入車站或商業(yè)地產(chǎn)的數(shù)據(jù)流量，實(shí)現(xiàn)乘客、商戶的終端設(shè)備接入。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4 覆蓋方案

4.1 站臺(tái)層覆蓋方案

站臺(tái)的覆蓋規(guī)劃（不含列車軌道部分），覆蓋環(huán)境一般較為復(fù)雜，阻擋比較嚴(yán)重，實(shí)際的天線、AP位置根據(jù)施工難度情況進(jìn)行調(diào)整，盡量避免直視信號(hào)近距阻擋。通常站臺(tái)采用“小功率、多天線”方式。站臺(tái)層從機(jī)房引光纖或網(wǎng)線連接到設(shè)計(jì)的點(diǎn)位上進(jìn)行無(wú)線設(shè)備的安裝。

4.2 站廳層覆蓋方案

站廳層較為空曠，人流量較大，主要為乘客購(gòu)票、進(jìn)站、出站行為，考慮到地鐵站內(nèi)站廳部分面積大、覆蓋容量小的特點(diǎn)，因此放裝型+室分組合的方式建設(shè)較為經(jīng)濟(jì)。因此站廳層的Wi-Fi系統(tǒng)建設(shè)方式需要以實(shí)際的布線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受限的情況則只能進(jìn)行獨(dú)立布點(diǎn)的方式建設(shè)[2]。

4.3 車廂覆蓋方案

車地超材料AP+超材料定向天線，在地鐵車廂兩頭部署，安裝車載AP，為乘客提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

圖3 車廂覆蓋示意圖

4.4 車地傳輸覆蓋方案

車地傳輸實(shí)現(xiàn)隧道與列車之間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的列車與地面之間的實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)傳輸。車地傳輸系統(tǒng)設(shè)備包括無(wú)線控制器、超材AP、超材料天線、車載無(wú)線單元和超材料天線。由于全向天線本身增益不高，而且覆蓋距離相對(duì)于定向天線小，所以在地鐵隧道內(nèi)采用方向性較好的定向天線。超材料AP+超材料天線，為了保證的良好的傳輸，在隧道內(nèi)根據(jù)實(shí)際環(huán)境天線安裝在與地鐵車頂高度。一般情況下軌旁AP在直線隧道平均每間隔200米布設(shè)一個(gè)，在彎道或高架地面根據(jù)實(shí)際情況每間隔100～150米布設(shè)一個(gè)，AP采用定向天線。在沿軌旁設(shè)置無(wú)線AP和天線，在每輛列車車頭和車尾分別布設(shè)車載無(wú)線單元和天線。

5 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)建成后，將會(huì)在南京地鐵2號(hào)線所有列車、站廳、站臺(tái)實(shí)現(xiàn)Wi-Fi覆蓋，讓乘客從進(jìn)地鐵到出地鐵的Wi-Fi全覆蓋。由于系統(tǒng)有200M以上的傳輸帶寬，在滿足地鐵乘客訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的同時(shí)，還可以為南京地鐵其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需求做了預(yù)留：滿足車載視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳傳輸需求；滿足車輛信息實(shí)時(shí)傳送的需求；滿足南京地鐵運(yùn)營(yíng)及應(yīng)急信息處理，主動(dòng)向地鐵乘客發(fā)布運(yùn)營(yíng)和應(yīng)急信息。實(shí)現(xiàn)一個(gè)全覆蓋的軌道交通綜合數(shù)字化信息運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

[1]唐雄燕. 寬帶無(wú)線接入技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2]赫爾利.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全[M]. 北京：科學(xué)出版社， 2009.

Discussion on Wireless Wifi Coverage of Nanjing Metro Line

Yubin Li

Nanjing Metro Co. Ltd. Nanjing 210012

Subway because of the special environment， the wireless Wi-Fi coverage requirements higher， signal control， transmission of car，car wireless coverage is Wi-Fi construction of key problems. In this paper，the wireless WiFi coverage scheme of Nanjing Metro Line 2 is discussed.

metro; wireless WiFi; signal coverage; vehicle transmission

U231

A

1009-6434(2016)09-0027-02

李玉斌.南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司，工程師。