城市軌道交通信號系統頻率規劃與覆蓋探討

文華

摘 要：隨著3G業務的發展，個人無線熱點自由組建，給城市軌道交通控制信號系統帶來不少干擾。列車因信號干擾，啟動自動防護功能，導致列車無法高速行駛。本文著重介紹移動閉塞系統CBTC、乘客信息顯示系統PIS以及移動車廂民用WiFi系統頻率規劃和實現，保證城市軌道交通正常運行為首要任務，為乘客提供民用車廂WiFi業務。

關鍵詞：干擾；頻率規劃；覆蓋規劃

1 引言

隨著無線通信技術的飛速發展，城市軌道交通在車輛控制信號系統方面研究出基于無線通信的列車自動控制系統CBTC。目前國內部分城市軌道交通CBTC使用2.4GHz頻段信號，此頻段屬于公眾開放頻率，個人便攜式WiFi由用戶依托手機終端3G網絡承載自行組建，其呈現隨時變動的特性，產生干擾，影響地鐵正常運行。為了滿足無線高速業務需求，在移動車廂部署PIS系統和民用WiFi網絡。本文主要探討如何統籌規劃城市軌道交通WiFi頻率，避免各系統間相互干擾。

2 頻率規劃

2.1 優先等級

CBTC：基于無線通訊的移動閉塞控制信號系統，它承擔列車的調度和安全運行保障作用，其優先級別為最高級。

PIS：乘客信息顯示系統，PIS系統的功能除了在車廂內顯示乘車須知、列車時刻等文本信息外，還可播放媒體新聞、廣告等信息，調度指揮和協同應對。其優先等級為次重要。

民用車廂WiFi系統，是為乘客提供高速率上網、移動特性的互聯網業務，其優先等級為最低級。

2.2 頻率資源

2.4GHz頻段802.11b/g的信道每隔5MHz一個，每個信道寬度是22MHz，實際只有3個互不干擾的信道（1，6，11）。

5.8GHz頻段802.11n是目前最新標準，物理層采用的關鍵技術有MIMO、MIMO-OFDM、40MHz信道、Short GI、FEC、MRC等。中國區域該頻率允許使用5個不交叉20MHz的帶寬頻點，分別為149、153、157、161、165。

2.3 頻率需求

CBTC系統在列車兩邊的車頭分別放置一個車載AP，用以與軌旁AP建立通信連接。車載子系統通過采用先進的無線視頻傳輸技術，實現列車與地面之間的雙向高速實時通信。列車兩端司機室設置功能相同的車載設備，以雙機熱備方式運行，當一臺出現故障時，另一臺能夠及時接管系統，系統仍能正常運行，且不會導致丟幀、誤幀等。因此，CBTC系統需要配置2個頻點。PIS系統在整個車廂中只需要占用1個頻點即可。

車廂民用wifi系統，需求根據容量模型進行核算，其頻點數需求為2個。具體容量模型如下：單節車廂承載旅客：150人（車廂限載150人）、WIFI用戶數（按50%）：75人、并發用戶數（30%）：23人（WIFI用戶數×30%）、單AP支持同時并發用戶數：15人（工程經驗值）、AP數用戶數：2個（roundup（目標覆蓋區域調整系數1.1×并發用戶數/15，）；802.11n（2×2）AP吞吐量：74 Mbps、AP數吞吐量：1個（roundup（目標覆蓋區域調整系數1.1×[用戶體驗系數1.2×（wifi用戶數×每用戶平均使用帶寬330kbps）/吞吐量（工程取值）]）。權衡AP數：AP總數吞吐量= MAX（∑AP數吞吐量，∑AP數用戶數）。綜上所述，CBTC系統、PIS系統和車廂民用Wifi系統分別需配置2、1、2個頻點。

2.4 頻率分配

802.11b/g的信道每隔5MHz一個，每個信道寬度是22MHz，實際只有3個互不干擾的信道（1，6，11），縱觀整個WiFi系統的頻點總需求為5個，需要引用其他頻率。根據三張網絡的安全等級，從長遠角度考慮，建議建議CBTC系統申請專用頻率，與民用頻率分開，避免同頻干擾；或CBTC系統和PIS協同并網合建一張網絡，申請使用5.8GHz頻率。車廂民用WiFi系統使用2.4GHz頻率，與用戶終端保持一致。

3 覆蓋規劃

3.1 車地交互通信系統

建設基于WiFi2.4G/5.8GHz點對點的組網的MESH網絡，采用多射頻無線AP模式，內含4個無線模塊，其中3個5.8GHz回傳模塊，1個2.4GHz接入模塊，適合多媒體業務。列車上的MP基于軌旁MP的RSSI值與某些軌旁MP建立Mesh鏈路。這些鏈路包含兩種類型：活躍鏈路，休止鏈路。在一個時間點，一個車載MP只有一條活躍鏈路，可以有多條休止鏈路。數據只在活躍鏈路上傳遞。

3.2 車廂民用wifi系統

根據車廂民用WiFi容量模型測算，一個車廂需要配置2個AP。單節車廂長度約為20米：單點放裝AP，在車廂兩端。鏈路衰耗計算如下：Pt發射機功率27dbm、Gt發射天線增益為0、Gr接收天線增益為3db、LD（d）空間路徑損耗為67.6db、Ls：電纜及各類器件的損耗為0、Ls：人體阻擋損耗為20db，合計-57.6dbm。

室內空間路徑損耗公式： 。其中d：距離（m）；n：路徑損耗指數取同層2.76。綜上所述，車廂內兩端單點放裝AP，距離AP最遠處即車廂中部位置，接收電頻為-57.6dbm，滿足“接收電頻強度大于-75dbm”要求，覆蓋方案合理。

目前三種融合方式：獨立新建、CBTC/PIS合一系統+民用WiFi系統、CBTC+PIS/民用WiFi合一系統。不論哪種組合方式，其根本應遵循頻率合理、有序使用的原則。

[參考文獻]

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[2]《H3C公司軌道交通行業PIS系統解決方案》.杭州華三通信技術有限公司，2008年6月.

[3]《802.11n技術交流》.中太數據，2010年7月.