軌道交通無線通信系統(tǒng)研究

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軌道交通通信與控制中，無線通信信號(hào)穩(wěn)定性一直是難以攻克的課題，無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和抗干擾能力是軌道交通無線通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的重要保證。研究軌道交通無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋及其干擾問題，應(yīng)用科學(xué)的方法和先進(jìn)的技術(shù)，確保軌道交通無線通信暢通，保證列車穩(wěn)定、安全運(yùn)行具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、軌道交通無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋

1.1覆蓋率

軌道交通無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋率是指軌道交通專用無線電波覆蓋情況，其與時(shí)間環(huán)境和地理空間環(huán)境具有必然的聯(lián)系。在無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量控制中，無線信號(hào)基站之間的距離設(shè)置是保證無線信號(hào)覆蓋的關(guān)鍵因素，因?yàn)闊o線信號(hào)功率距離發(fā)射設(shè)備越遠(yuǎn)則越小，計(jì)算無線信號(hào)功率隨距離的增加而衰減的公式可以表達(dá)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(shù)。在以基站為中心的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，計(jì)算基站覆蓋率公式為：，其中，γ為接收信號(hào)閾值，R為覆蓋區(qū)域半徑，P為接收信號(hào)電平。

1.2覆蓋特性

根據(jù)無線通信電波傳播規(guī)律，軌道交通通信系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋特性在不同環(huán)境下具有明顯的差異性。可利用Hata模型對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋特性建立預(yù)測(cè)模型，Hata模型公式為L(zhǎng)=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(huán)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(qū)無線通信路徑損耗修正因子為：()2[log(f/28)]-5.42L市區(qū)；鄉(xiāng)村無線通信路徑損耗修正因子為：()-4.78(logf)18.33(logf)-40.942L市區(qū)×+；城市無線傳播路徑損耗公式可表達(dá)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(dòng)臺(tái)高度。由此可知，無線通信路徑損耗取決于截距的無線信號(hào)頻率、基站高度和移動(dòng)臺(tái)高度。在軌道交通無線通信系統(tǒng)覆蓋范圍中，隧道作為特殊環(huán)境無線通信電波在傳播過程中受到列車、隧道洞壁構(gòu)造、隧道界面及曲面等因素的影響，可利用Motley模型計(jì)算無線電波路徑損耗，計(jì)算公式為：PL=PL0(37dB)+10nlog(d)+Fwall+Ffloor，其中PL為1m范圍內(nèi)損耗參照點(diǎn)，n為衰減因子n=2，d為收發(fā)器距離，F(xiàn)wall為基站與移動(dòng)臺(tái)之間墻壁引起信號(hào)衰減總值，F(xiàn)floor為基站與移動(dòng)臺(tái)之間地面衰減總值。

二、軌道交通通信系統(tǒng)干擾問題與應(yīng)對(duì)策略

2.1干擾問題

軌道交通無線通信網(wǎng)絡(luò)采用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)無線局域網(wǎng)技術(shù)，該標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)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(dá)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(tǒng)中，普遍采用IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)的WLAN，頻率范圍在2412-2484MHz之間，信道有1-14個(gè)，平均帶寬為22MHz。在無線通信系統(tǒng)工作中，經(jīng)常出現(xiàn)各系統(tǒng)間相互干擾和爭(zhēng)搶信道的問題，總結(jié)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(tǒng)所采用的通信頻率與外界其他系統(tǒng)通信頻率相同相互之間產(chǎn)生干擾現(xiàn)象。在同一信道上每次只允許發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀，當(dāng)來自不同系統(tǒng)信道同時(shí)發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)延時(shí)發(fā)送，并且在延時(shí)過程中數(shù)據(jù)幀之間發(fā)生碰撞會(huì)出現(xiàn)丟包問題。鄰道干擾問題是相鄰信道功率之間會(huì)產(chǎn)生信道頻率干擾，譬如信道與信道之間產(chǎn)生重疊現(xiàn)象，導(dǎo)致通信串頻現(xiàn)象。

2.2應(yīng)對(duì)策略

在面對(duì)軌道交通通信系統(tǒng)通信干擾問題時(shí)可采取合理規(guī)劃軌道交通周邊基站設(shè)施建設(shè)、正確選擇無線頻段、提高有效信號(hào)發(fā)生頻率、降低干擾信號(hào)發(fā)射頻率等方法予以應(yīng)對(duì)。在軌道交通通信基站的建設(shè)中，通過合理規(guī)劃與布局，禁止架設(shè)其他類型的通信發(fā)射和接收設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的選擇上，采取與公用IEEE802.11g系統(tǒng)開放2.4GHz頻段不同的頻段，如5.8GHz頻段，增強(qiáng)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(yùn)行時(shí)適當(dāng)降低其他通信源的發(fā)射功率，并增強(qiáng)軌道交通無線通信的發(fā)射功率。

三、結(jié)語(yǔ)

無線通信應(yīng)用于軌道交通通信系統(tǒng)已經(jīng)成為一種未來普及的發(fā)展趨勢(shì)，為保證軌道交通無線通信信號(hào)穩(wěn)定，確保軌道交通安全運(yùn)行，在軌道交通無線基站建設(shè)上要以建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為依托，充分考慮實(shí)際環(huán)境因素的影響合理布局通信基站，并針對(duì)無線通信所面臨的干擾問題予以進(jìn)行治理。在未來相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，將會(huì)有更加先進(jìn)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(jìn)行不斷的努力繼續(xù)研究下去。

作者：于振 單位：中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海工程局集團(tuán)有限公司