淺談軌道交通信號系統無線傳輸應用

文豪

摘 要：目前，國內的城市軌道交通建設處于迅猛發展時期，各大城市相繼開展線路施工建設。隨著越來越多的城市軌道交通建設規劃獲批，帶來更大規模的軌道交通建設工作。在通信信號領域，隨著無線電技術飛速發展后，各廠商開始孜孜不倦地研發一種基于無線通信的列車自動控制系統。該文簡單介紹軌道交通信號系統中無線傳輸應用情況。針對基于通信的列車控制系統的特點，分析目前主要使用的幾種車地無線傳輸實施方案，并與大家一同探討各方案的優劣。

關鍵詞：無線傳輸 CBTC 網絡 波導管 漏纜 電臺

中圖分類號：U231+.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（b）-0010-02

各大系統供應商都希望通過無線電傳輸系統減少軌旁信號線纜的鋪設以及線纜的日常維護工作從而進一步降低成本。這種期望得到了業界內廣泛的認可。但是，隨之而來的問題就是使用何種無線傳輸技術實現CBTC功能。

CBTC系統需要高度依賴列車、軌旁以及控制中心之間的高速雙向通信傳輸，因此，必須擁有一套可靠性、穩定性高的車地無線傳輸系統。組建一個無線通信系統必須充分考慮無線電波的傳播問題。下面將針對車地無線傳輸系統的實現方式展開探討。

1 漏纜

由于城市軌道交通的特點使得它必須是線性無線覆蓋，并且要在列車行駛的線路上均勻覆蓋。對于使用漏纜或漏泄波導管作為傳輸介質的網絡有先天性的優勢，因為它們的特性使它們非常容易在復雜的傳輸環境中與鋼軌形成一個平行的無線覆蓋網絡。

漏纜一般由內導體、絕緣介質和開有周期性槽孔的外導體三部分組成。電磁波從發射端通過同軸電纜傳至另一端。電磁波在漏纜中傳輸的同時通過槽孔向外界輻射電磁波；而外界的電磁場則通過漏纜上的槽孔感應到漏纜內部并傳送到接收端。漏纜的頻段覆蓋在450 MHz～2 GHz以上，能夠適應現有的各種無線通信體制。與傳統的天線系統相比，漏纜天線系統具有以下優點。

（1）適用頻率寬，場強覆蓋均勻穩定。

（2）漏纜衰減等傳輸參數更加均勻穩定，對安裝環境適應能力強。

2 漏泄波導管

目前，北京地鐵2號線就是利用此種方式來實現CBTC功能。波導管是一種用于傳導高頻電磁波的元件，是一種空心、內壁十分光潔的金屬導管或內敷金屬的管子，在其表面每隔一段距離刻有一條細微的裂縫，使無線電波從此裂縫中向外傳送超高頻電磁波。波導管物理特性和衰減性能很好，最大傳輸距離可達1 600 M，能夠呈現良好的方向性分布，可在隧道及彎曲通道中傳輸。通過它脈沖信號可以以極小的損耗被傳送到目的地。波導管具有以下優點。

（1）無線場強覆蓋均勻，抗干擾能力較強，衰耗小。

（2）傳輸速率大、傳輸距離長，可以減少列車在各AP之間進行漫游和切換。

3 無線電臺

目前，西安地鐵1、2號線、北京地鐵10號線均使用此種方式來實現CBTC功能。國內大多數地鐵都采用此類信號系統，工程投資少，列車運行間隔短，軌道交通運輸能力高，滿足了大客流和運能的需求。它是根據IEEE802.11無線局域網的標準建立起的一套寬帶通信系統。由軌旁、車載、骨干三部分網絡組成。無線傳播是目前使用最廣泛的一種傳播方式。它以無線信道作傳輸媒介的計算機局域網絡，是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統有線局域網的功能，能夠使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的寬帶網絡接入。它利用電磁波在空氣中從車載天線到軌旁天線雙向傳遞行車數據。這種空間自由傳播的方式能夠節省大量的軌旁設備，在軌道交通狹窄的隧道安裝上具有特殊的優勢。相對于有線網絡，具有安裝簡單、靈活性強、終端設備可移動和可擴展等優點，已成為幾乎所有行業網絡便攜式、固定式終端設備的接入標桿性應用。無線電臺具有以下優點。

（1）設備安裝位置限制較少，受其他因素影響小。

（2）AP數據傳播速率較高，可實現網絡冗余覆蓋。

（3）安裝、維護容易，成本較低。

4 交叉感應環線

由交叉感應環線構成的雙向通信系統主要用于車地設備之間的無線雙向通信。系統內包括環形電纜、車載設備及軌旁設備。環形電纜需要沿著鋼軌的中心對稱進行敷設，每隔一段進行一次交叉。車地間傳輸的數據通過直接數字頻率合成技術轉換為信號，在經過功率放大器的放大后輸送至環線上，與車載設備進行車地無線通信。交叉感應環線具有以下優點。

（1）使用經驗成熟，施工工藝成熟，環線使用壽命較長。

（2）環線設備及施工投資較少。

5 結語

眾所周知，電波在隧道中的傳播特性和自由空間不同。當隧道直線距離短、彎道多時，直射波傳播將受到環境因素的影響。另外，由于隧道內有吸收衰減和多徑效應，使傳播衰減大大增加。因此，空間自由傳播的方式在工程實施時必須提前進行勘察，設備布置的不確定性較大。在開放空間的區段（如高架橋，車輛段區域），因存在其他的民用WLAN，傳輸更加容易受到污染。該文僅從現有車地無線傳輸方式中進行比對，列舉了目前各信號系統供應商及投入使用的信號系統無線傳輸系統各自的優點，下面將這幾種方式的缺點統一列出。

（1）漏纜缺點：在地面和高架段施工安裝時工藝復雜、美觀效果差、漏纜采購價格較高。

（2）波導管缺點：工程施工難度較高，需全線安裝，安裝精度要求較高。設備造價較高，后期養護投入較大。

（3）無線電臺缺點：電波傳輸受彎道和坡度影響大，隧道內反射嚴重，容易受到無線環境影響。頻繁漫游切換，降低了無線傳輸連續性和可靠性。

（4）交叉感應環線的缺點：環線安裝在鋼軌的中間，安裝困難且不方便日后對鋼軌的維保工作。車地通信的速率低，環線交叉點距離比較小，在長線路鋪設時施工較為繁瑣。

CBTC列車控制系統能夠根據前行列車和前方線路情況，在確保安全的前提下緊追蹤前行列車運行，能有效縮短列車追蹤間隔，運輸效率也得到極大提高，因此在國內外能夠得到迅速推廣。目前各種無線傳輸系統均有著自身的優勢和不足，如何利用優點，并克服缺點，合理化的應用城市軌道交通，是需要探討并解決的問題。

參考文獻

[1]付兵，廖理明.城市軌道交通CBTC信號系統[M].西南交通大學出版社，2016.

[2]魏赟，魯懷偉，何朝暉.基于802.11協議的CBTC系統數據通信子系統的探討[J].鐵道學報，2013，35（4）：51-56.

[3]鄭瑩.基于無線通信的CBTC研究綜述[J].通信技術，2011（12）：137-138，141.