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        論地鐵通信系統(tǒng)中的無線覆蓋與優(yōu)化

        2021-06-08 13:58:39王潮劍
        中國新通信 2021年3期
        關(guān)鍵詞:無線網(wǎng)絡(luò)無線優(yōu)化

        王潮劍

        【摘要】? ? 地鐵在城市交通系統(tǒng)中占有重要地位,是現(xiàn)代城市出行的主要方式之一,由于服務(wù)的個體較多,且地鐵中也有較多的網(wǎng)絡(luò)型設(shè)備需要使用,由此需要對地鐵中的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)升級和優(yōu)化,在地鐵中實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋,提高地鐵服務(wù)的質(zhì)量。本文對地鐵無線覆蓋的功能需求進(jìn)行探討,并闡述了地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋的基本組成與關(guān)鍵技術(shù),最后從技術(shù)功能、穩(wěn)定性和安全性三個方面提出優(yōu)化措施。

        【關(guān)鍵詞】? ? 地鐵通信? ? 無線覆蓋? ? 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

        通訊技術(shù)和電子科技的發(fā)展,使得當(dāng)前社會生活和工作中涉入了大量的網(wǎng)絡(luò)型設(shè)備,包括電腦、手機(jī)等一系列通信設(shè)備,為人們提供便捷的同時,也帶來了困擾——網(wǎng)絡(luò)問題。地鐵作為當(dāng)代我國城市中的主流交通系統(tǒng),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(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行信號傳遞,實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋無疑是最佳方案。

        一、地鐵通信系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)也是人們生活和工作的必要因素。因此,地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋的范圍、地點等十分關(guān)鍵,一般而言,地鐵的通信無線系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)φ麄€地鐵網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(tǒng)的覆蓋范圍應(yīng)到包括地鐵站大廳、地鐵站臺以及列車隧道。在實際的環(huán)境中,不同路段的通信環(huán)境存在一定的差異,在一些通信環(huán)境較差的路段適當(dāng)加強(qiáng)通信系統(tǒng)信號強(qiáng)度以減少信號干擾,在保證通信效果的同時減少通信系統(tǒng)無線覆蓋的建設(shè)成本。地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋最主要的應(yīng)當(dāng)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(fèi)。在有的地鐵系統(tǒng)中,往往存在著不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商同時覆蓋統(tǒng)一地點或路段,這種現(xiàn)象不但會造成資源浪費(fèi),更可能導(dǎo)致通信信號互相干擾而降低通信質(zhì)量,且增加后期維護(hù)費(fèi)用。地鐵通信系統(tǒng)的無線覆蓋的難點是在較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)條件下實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)信息的交互,因此減少無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的冗余覆蓋是必要的,對于優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境而言是一個有效的措施。地鐵通信系統(tǒng)的無線覆蓋目的是完成保障地鐵運(yùn)行的相關(guān)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(zhì)量的滿意度,而通信質(zhì)量則是其效果的體現(xiàn)。

        二、地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋的構(gòu)建思路

        2.1基本組成

        地鐵通信系統(tǒng)一般包含以下幾個基本組成部分:

        ①傳輸系統(tǒng)。地鐵傳輸系統(tǒng)能夠在控制中心與各車輛、各車站之間進(jìn)行信息傳輸,傳輸功能具有快速、準(zhǔn)確和可靠的特點,傳輸?shù)男畔⒎N類包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)及其他信息。傳輸系統(tǒng)還需要承擔(dān)傳輸各種調(diào)度電話、站間行車電話、區(qū)間軌旁電話、有線廣播、時鐘、電力監(jiān)控等任務(wù)。

        ②無線集群系統(tǒng)。地鐵無線集群系統(tǒng)的用途是為控制中心的調(diào)度人員、車輛段調(diào)度人員與車站值班人員等固定用戶與列車司機(jī)、維修人員、公安和防災(zāi)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(yīng)急搶險。

        ③公務(wù)電話系統(tǒng)。地鐵的公務(wù)電話系統(tǒng)用于地鐵系統(tǒng)各部門之間的電話聯(lián)系,為運(yùn)營、管理及維修等工作的進(jìn)行提供語言通信服務(wù),亦可為地鐵用戶提供語音、數(shù)據(jù)及傳真等通信服務(wù)。

        ④電源系統(tǒng)。地鐵通信的電源系統(tǒng)用途是為整個地鐵系統(tǒng)中的通信設(shè)備提供穩(wěn)定的電源供給,包括地鐵站大廳、候車站臺、隧道、停車場、運(yùn)營中心等地的通信設(shè)備。在主用電源發(fā)生故障時,該系統(tǒng)也能夠確保這些通信設(shè)備能夠在一定時間內(nèi)保持正常工作,直至主用電源恢復(fù)。

        ⑤乘客信息系統(tǒng)。乘客信息系統(tǒng)的作用是以計算機(jī)系統(tǒng)作為核心,依托多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù),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(tǒng)一般用于發(fā)布列車運(yùn)行情況、管理者公告、政府公告、新聞節(jié)目、廣告節(jié)目等動態(tài)信息,在災(zāi)害發(fā)生時亦可用于提供緊急疏散提示。

        ⑥綜合網(wǎng)管系統(tǒng)。地鐵通信系統(tǒng)中的綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的功能是對通信設(shè)備以及各級子系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)某一設(shè)備或子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時進(jìn)行提示,以確保通信系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

        2.2關(guān)鍵技術(shù)

        地鐵通信無線系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要在于以下幾點:

        ①網(wǎng)絡(luò)信號。一般而言,要確保地鐵通信無線系統(tǒng)的通信質(zhì)量穩(wěn)定,則其信號電平與標(biāo)準(zhǔn)信號的電平需要與標(biāo)準(zhǔn)信號的電平保持一致,可以對系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)信號展開全面檢測來排除問題,對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,以便在之后的使用過程中對網(wǎng)絡(luò)信號的檢測,確保信號的長期穩(wěn)定。

        ②優(yōu)化算法。目前,地鐵通信無線系統(tǒng)中根據(jù)信號不同有三種可選擇的優(yōu)化算法類型,一是基站信號的優(yōu)化算法;二是改變基站耦合器參數(shù);三是技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化算法。

        ③通信架構(gòu)。地鐵通信無線系統(tǒng)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(qū)間內(nèi)進(jìn)行信號發(fā)射的基站一般不超過兩個,而用戶數(shù)量卻可能達(dá)到上千人,這一情形對于通信架構(gòu)有著一定的要求,可以采用蛛網(wǎng)式通信架構(gòu),可以有效減少信號傳輸過程中所受的干擾,保證信號質(zhì)量,但此種架構(gòu)也存在著一定的不足之處,如建設(shè)成本高、運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用高等。

        三、地鐵通信系統(tǒng)無線覆蓋的優(yōu)化策略

        3.1基礎(chǔ)功能優(yōu)化

        地鐵通信系統(tǒng)實現(xiàn)全場景無線覆蓋,加大了地鐵網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)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(chǔ)功能即是最為關(guān)鍵的一環(huán)。一方面是要保障場景的覆蓋,為終端網(wǎng)絡(luò)連接提供端口,另一方面則是要對整個無線系統(tǒng)的功能進(jìn)行拓展。因此在建設(shè)系統(tǒng)時,需要多考慮基礎(chǔ)功能的完善。根據(jù)場景和功能需求,將無線網(wǎng)絡(luò)劃分為室內(nèi)、公網(wǎng)、隧道三類,其中包含了地鐵專用、信號車、民用、消防無線系統(tǒng)等。當(dāng)前普遍使用包括TETRA及LTE等技術(shù)完成對網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

        以TD-LTE技術(shù)為例,該技術(shù)基礎(chǔ)是4G通信技術(shù),在數(shù)據(jù)傳輸、分組、延遲控制、廣域覆蓋、兼容性等方面都比較優(yōu)秀,且能夠在20MHz的貸款條件下實現(xiàn)50Mbps/100Mbps的峰值速率,在5G技術(shù)尚未完全成型且推廣的情況下,依據(jù)具有較強(qiáng)的應(yīng)用空間。在TD-LTE技術(shù)下,WLAN適用802.11系列標(biāo)準(zhǔn),可實現(xiàn)包括2.4GHz、5GHz頻段的運(yùn)行,具體性能比對如表1所示。在地鐵無線網(wǎng)覆蓋建設(shè)中,共計涉及使用了包括,WIMAX技術(shù)、McWill技術(shù)、移動數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等,構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)基本功能技術(shù)集群,將無線網(wǎng)絡(luò)與行車管理、地鐵綜合服務(wù)、在線監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)測、視頻通信、公眾無線信號使用等結(jié)合起來,提高了地鐵場景的整體功能效果。

        3.2穩(wěn)定性優(yōu)化

        根據(jù)以往地鐵通信無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的經(jīng)驗,對信號弱、斷連等情況,考慮使用功能性部件進(jìn)行強(qiáng)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(hù)等級至少滿足IP65,平均功率應(yīng)保證至少在300W以上,峰值功率應(yīng)≥1000W,頻段一般選擇800-2700M,酌情更改參數(shù)要求。在行車區(qū)間內(nèi),地鐵在行進(jìn)過程中快速通過不同區(qū)域,由此產(chǎn)生了越區(qū)信號切換問題,在常規(guī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到了70km以上,因此需要設(shè)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(qū)間內(nèi)的無線信號和系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制最為困難,在選擇天線加強(qiáng)信號時,室內(nèi)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(nèi)、外切換邊界位置,選取定向天線,特殊場合則應(yīng)從覆蓋效果角度出發(fā),進(jìn)行天線定制,室外分布系統(tǒng)中天線需使用美化天線,還應(yīng)當(dāng)設(shè)計好有源設(shè)備配置的相關(guān)內(nèi)容。

        應(yīng)將對各系統(tǒng)間干擾予以充分考量及對各系統(tǒng)業(yè)務(wù)容量予以充分滿足為前提,適當(dāng)降低無線業(yè)務(wù)數(shù)量;系統(tǒng)可選用上下行分纜設(shè)計,對各下行系統(tǒng)干擾問題予以充分考慮,并將TDD系統(tǒng)僅接入上行漏纜;應(yīng)對信號切換要求、信號覆蓋強(qiáng)度予以充分考慮。在出入口內(nèi)布置切換點;應(yīng)對系統(tǒng)信號覆蓋區(qū)間加以保障,并確保無外泄干擾存在。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時,應(yīng)盡量實現(xiàn)無源系統(tǒng),若區(qū)間車站間距離較長方可采用無源系統(tǒng),力爭在充分滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求前提下,將器件數(shù)量降至較低.覆蓋隧道的GSM/GDS及覆蓋地鐵站臺的基礎(chǔ)可納入BSC管理范圍內(nèi);建設(shè)地鐵及隧道覆蓋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時,應(yīng)留出適當(dāng)空間,以供后續(xù)優(yōu)化設(shè)計使用。各類設(shè)備覆蓋性能對比如表2所示。

        四、總結(jié)

        信息化技術(shù)的發(fā)展為社會帶來了便利,也對地鐵通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出了新的要求,在進(jìn)行地鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)與優(yōu)化時,不僅要做好相關(guān)的軟硬件設(shè)施匹配,同時還需要考慮到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)再發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)功能拓展準(zhǔn)備,利用可靠的技術(shù)保證無線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行,保障使用者的切身利益。

        參? 考? 文? 獻(xiàn)

        [1]彭培培.地鐵無線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋工程[J].電信技術(shù),2018(06):36-38+42.

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

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

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