南京地鐵2號線無線Wi-Fi覆蓋方案探討

李玉斌

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南京地鐵2號線無線Wi-Fi覆蓋方案探討

李玉斌

南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210012

地鐵由于環境特殊，其無線Wi-Fi覆蓋要求較高，信號控制、車地傳輸、車廂無線覆蓋等是建設Wi-Fi的關鍵問題。基于此，對南京地鐵2號線的無線Wi-Fi覆蓋方案進行了探討。

地鐵；無線WiFi；信號覆蓋；車地傳輸

引言

為了提供更好的服務于南京地鐵乘客對信息的需求；改善乘客乘坐時的寬帶數據通信體驗；提高南京地鐵總體信息服務的滿意度；計劃在南京地鐵2號線地鐵站廳、站臺和列車的進行無線Wi-Fi覆蓋；除了乘客享受到的實時無線接入、軌道交通Wi-Fi無線互聯網應用；還可以實現南京地鐵日常運營管理所需要的列車視頻監控信號、車輛狀態數據實時上傳和緊急運營信息下發功能；增強軌道交通通信信息系統的競爭力。

1 現場環境

南京地鐵2號線，從油坊橋站至經天路站，共計26個車站，37.82公里，35輛A型車，由南京浦鎮車輛廠制造。地鐵車站及線路深埋地下，一般分為站廳層和站臺層兩層，站廳層主要以車站控制室、設備用房、售/檢票區為主，站臺層主要為候車區和設備房等。地鐵車站采用混凝土結構，相對于其他的公共場所來說要狹長一些，狹長的空間使得無線信號入射角度小，信號分布不均勻，局部會出現快衰落。在地鐵站的站臺、站廳層有較多立柱支撐，對信號傳播形成了遮擋。同時，站臺的混凝土材料以及車體的鋁制結構對信號具有吸收損耗和穿透損耗，所以要綜合考慮各種復雜的環境因素，必須具備嚴格的抗干擾和穩定性才能達到相應的水準，并保留足夠的信號場強余量。

2 關鍵問題分析

在軌道交通運營環境下，如何保證列車的行車安全最首要問題，影響車地信號傳輸控制的條件，在無線層面主要是無線干擾問題。

2.1 基于超材料技術的Wi-Fi無線信號控制

基于超材料技術開發的波束賦形射頻設備，改善發射/接收的基于超材料技術開發的波束賦形射頻設備，改善發射/接收的信噪比，增強指向性。通過超材料定制天線控制電磁波Wi-Fi信號覆蓋區域，從根本上解決與CBTC的信號干擾的問題。使用超材料AP及天線實現車地數據傳輸。由于地鐵隧道環境的特殊性，需使用超材料AP及天線實現車地數據傳輸，系統采用定向MIMO天線技術，實現多個天線協同工作以及實現波束賦形功能，可以保證隧道內信號波形完整可用，同時通過MIMO技術，在多個信號中提取最強、最有用的資訊，能有效使用多徑傳輸的效果，減少干擾的產生，最終實現，列車在隧道內時高速數據傳送。超材料AP系統是將超材料和超材料定向MIMO天線技術應用于AP系統，在空間受限情況下，實現多個天線協同工作以及實現波束賦形功能，即基于超材料技術的波束賦形技術解決方案。

圖1 超材料天線波束賦形示意圖

2.2 車地傳輸技術

車地寬帶無線數據傳輸系統由部署在列車駕駛室頭部和尾部的寬帶無線設備，以及部署在列車軌道沿線寬帶無線設備構成，移動中的列車與軌道上的寬帶設備實現數據傳輸。軌道沿線的寬帶無線設備間距200米部署一臺，通過電纜與網絡集中控制系統實現數據傳輸。除了可以滿足乘客高速無線上網的要求，還可以實現南京地鐵運營管理所需要的車載視頻監控信號、車輛監測的實時數據上傳和運營信息的下發功能[1]。

2.3 車廂內覆蓋方案選擇

從覆蓋可行性來看，采用2.4/5.8GHz頻段信源輸出的設備在車廂內覆蓋，由于車廂內人員變化比較大，車載系統比較多，各系統之間存在一定的關聯性。同時在Wi-Fi協議下，乘客切換，較難控制，僅當AP信號無法滿足需求時才尋找新的AP嘗試關聯，因此在車廂內乘客在高速行駛的列車中，采用車內AP無線網絡服務是最優的選擇。車廂內用802.11n 無線AP加超材料天線為車廂內乘客提供服務；車地間使用5.8G超材料AP加超材料天線的車地傳輸設備進行連接，使得地鐵列車即便在行使中，仍能為車上乘客提供網絡服務。

3 總體網絡架構

整個系統采用3層網絡結構：核心層，匯聚層、接入層。核心層：由核心節點及相關鏈路組成，用于線路間的數據交換、地鐵商業及公網的數據出口。匯聚層：由匯聚節點及相關鏈路組成的網絡層面，匯接入網內的各站臺及沿線的商業地產間的數據流量。接入層：由車站、商業地產及相關鏈路組成的網絡層面，接入車站或商業地產的數據流量，實現乘客、商戶的終端設備接入。

圖2 系統網絡架構圖

4 覆蓋方案

4.1 站臺層覆蓋方案

站臺的覆蓋規劃（不含列車軌道部分），覆蓋環境一般較為復雜，阻擋比較嚴重，實際的天線、AP位置根據施工難度情況進行調整，盡量避免直視信號近距阻擋。通常站臺采用“小功率、多天線”方式。站臺層從機房引光纖或網線連接到設計的點位上進行無線設備的安裝。

4.2 站廳層覆蓋方案

站廳層較為空曠，人流量較大，主要為乘客購票、進站、出站行為，考慮到地鐵站內站廳部分面積大、覆蓋容量小的特點，因此放裝型+室分組合的方式建設較為經濟。因此站廳層的Wi-Fi系統建設方式需要以實際的布線系統結構為基礎進行評估，對于系統結構受限的情況則只能進行獨立布點的方式建設[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，為乘客提供無線網絡服務。

圖3 車廂覆蓋示意圖

4.4 車地傳輸覆蓋方案

車地傳輸實現隧道與列車之間的數據傳輸，實現移動的列車與地面之間的實時雙向數據傳輸。車地傳輸系統設備包括無線控制器、超材AP、超材料天線、車載無線單元和超材料天線。由于全向天線本身增益不高，而且覆蓋距離相對于定向天線小，所以在地鐵隧道內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，在隧道內根據實際環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米布設一個，在彎道或高架地面根據實際情況每間隔100～150米布設一個，AP采用定向天線。在沿軌旁設置無線AP和天線，在每輛列車車頭和車尾分別布設車載無線單元和天線。

5 結束語

系統建成后，將會在南京地鐵2號線所有列車、站廳、站臺實現Wi-Fi覆蓋，讓乘客從進地鐵到出地鐵的Wi-Fi全覆蓋。由于系統有200M以上的傳輸帶寬，在滿足地鐵乘客訪問互聯網的同時，還可以為南京地鐵其他業務數據需求做了預留：滿足車載視頻監控數據實時上傳傳輸需求；滿足車輛信息實時傳送的需求；滿足南京地鐵運營及應急信息處理，主動向地鐵乘客發布運營和應急信息。實現一個全覆蓋的軌道交通綜合數字化信息運營平臺。

[1]唐雄燕. 寬帶無線接入技術及應用[M].北京：電子工業出版社，2007.

[2]赫爾利.無線網絡安全[M]. 北京：科學出版社， 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.南京地鐵運營有限責任公司，工程師。