軌道交通無線通信系統研究

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軌道交通通信與控制中，無線通信信號穩定性一直是難以攻克的課題，無線通信系統的網絡覆蓋和抗干擾能力是軌道交通無線通信系統服務質量的重要保證。研究軌道交通無線通信系統網絡覆蓋及其干擾問題，應用科學的方法和先進的技術，確保軌道交通無線通信暢通，保證列車穩定、安全運行具有非常重要的現實意義。

一、軌道交通無線通信系統網絡覆蓋

1.1覆蓋率

軌道交通無線通信網絡覆蓋率是指軌道交通專用無線電波覆蓋情況，其與時間環境和地理空間環境具有必然的聯系。在無線網絡質量控制中，無線信號基站之間的距離設置是保證無線信號覆蓋的關鍵因素，因為無線信號功率距離發射設備越遠則越小，計算無線信號功率隨距離的增加而衰減的公式可以表達為：，其中d為無線基站之間的距離，d0=1，為近地參考距離，n為路徑損耗指數。在以基站為中心的無線網絡覆蓋，計算基站覆蓋率公式為：，其中，γ為接收信號閾值，R為覆蓋區域半徑，P為接收信號電平。

1.2覆蓋特性

根據無線通信電波傳播規律，軌道交通通信系統無線網絡覆蓋特性在不同環境下具有明顯的差異性。可利用Hata模型對無線網絡覆蓋特性建立預測模型，Hata模型公式為L=A+B×log(d)，其中，L為路徑損耗，A為截距，B為斜率，d為距離。不同環境下的無線通信路徑損耗因子不同，譬如城市無線通信路徑損耗修正因子為：3.2×（log11.75H）2-4.97；郊區無線通信路徑損耗修正因子為：()2[log(f/28)]-5.42L市區；鄉村無線通信路徑損耗修正因子為：()-4.78(logf)18.33(logf)-40.942L市區×+；城市無線傳播路徑損耗公式可表達為：L(dB)=69.55+26.16logf－13.82log(Hb)+[44.9-6.55log(Hb)]logd－α(Hm)其中，Hb為基站高度，Hm為移動臺高度。由此可知，無線通信路徑損耗取決于截距的無線信號頻率、基站高度和移動臺高度。在軌道交通無線通信系統覆蓋范圍中，隧道作為特殊環境無線通信電波在傳播過程中受到列車、隧道洞壁構造、隧道界面及曲面等因素的影響，可利用Motley模型計算無線電波路徑損耗，計算公式為：PL=PL0(37dB)+10nlog(d)+Fwall+Ffloor，其中PL為1m范圍內損耗參照點，n為衰減因子n=2，d為收發器距離，Fwall為基站與移動臺之間墻壁引起信號衰減總值，Ffloor為基站與移動臺之間地面衰減總值。

二、軌道交通通信系統干擾問題與應對策略

2.1干擾問題

軌道交通無線通信網絡采用IEEE802.11標準無線局域網技術，該標準技術具有廣泛的應用性和開放性，其中IEEE802.11a工作頻段為5.8GHz，傳輸速率54Mbps，IEEE802.11b工作頻段為2.4GHz，傳輸速率可達11Mbps，IEEE802.11g工作頻段為2.4GHz，傳輸速率54Mbps。在軌道交通無線通信系統中，普遍采用IEEE802.11g標準的WLAN，頻率范圍在2412-2484MHz之間，信道有1-14個，平均帶寬為22MHz。在無線通信系統工作中，經常出現各系統間相互干擾和爭搶信道的問題，總結無線通信干擾源主要來源于同頻干擾和鄰道干擾。同頻干擾問題是軌道交通通信系統所采用的通信頻率與外界其他系統通信頻率相同相互之間產生干擾現象。在同一信道上每次只允許發送一個數據幀，當來自不同系統信道同時發送請求時，會產生數據延時發送，并且在延時過程中數據幀之間發生碰撞會出現丟包問題。鄰道干擾問題是相鄰信道功率之間會產生信道頻率干擾，譬如信道與信道之間產生重疊現象，導致通信串頻現象。

2.2應對策略

在面對軌道交通通信系統通信干擾問題時可采取合理規劃軌道交通周邊基站設施建設、正確選擇無線頻段、提高有效信號發生頻率、降低干擾信號發射頻率等方法予以應對。在軌道交通通信基站的建設中，通過合理規劃與布局，禁止架設其他類型的通信發射和接收設備，以確保軌道交通無線通信不受干擾；在軌道交通無線通信標準的選擇上，采取與公用IEEE802.11g系統開放2.4GHz頻段不同的頻段，如5.8GHz頻段，增強軌道交通無線通信頻段的專屬性；為保證軌道交通通信信道不受干擾，在軌道交通運行時適當降低其他通信源的發射功率，并增強軌道交通無線通信的發射功率。

三、結語

無線通信應用于軌道交通通信系統已經成為一種未來普及的發展趨勢，為保證軌道交通無線通信信號穩定，確保軌道交通安全運行，在軌道交通無線基站建設上要以建設標準為依托，充分考慮實際環境因素的影響合理布局通信基站，并針對無線通信所面臨的干擾問題予以進行治理。在未來相信隨著技術的不斷發展與成熟，將會有更加先進的措施提高軌道交通通信抗干擾能力，確保軌道交通無線通信暢通的新措施，這還需要我們進行不斷的努力繼續研究下去。

作者：于振 單位：中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司