民用通信系統在城軌交通領域的應用

曲正

摘要：文章首先對于民用通信系統進行闡述，接著詳細分析了系統結構，最后對于系統功能實現進行研究。希望文章對于相關的工作者給予指導與參考的作用。

關鍵詞：民用通信系統；城軌交通；系統應用

1.系統概述

（1）目前應用于城市軌道交通的民用無線通信系統，由傳輸系統作為業務承載，結合移動通信引入系統，要求符合運營商制式標準。系統主要為移動運營商提供移動通信信號在如：車站、軌行區域地上及地下部分及商業區域等公共活動區域的覆蓋，并連同移動通信上層網絡，為使用手機的乘客提供無縫隙、無障礙、高質量的服務。保證乘客在享受城軌出行的同時擁有優質的通話及網絡質量，令其旅程實現真正的暢通無阻。

（2）在城軌建設項目中，移動通信運營商的基站設備由各運營商投資建設，放置于所屬民用通信設備室，基站的基帶信號通過民用傳輸網絡所提供的傳輸通道傳輸至城軌沿線各車站。在車站及其軌行區域等需要覆蓋的范圍內，由于人員密集、流動性大、話務量大，有多種移動通信需求，但設備安裝空間有限，而且在移動通信設備運行和維護檢修方面，不能影響軌道交通的運行安全。在這種情況下，不允許每家運營商自建一套無線接入覆蓋系統。根據城軌交通的這一特殊性，需要采用無線多網合路接人平臺（POI）方案，解決各運營商移動通信業務的綜合接入覆蓋。

2.系統結構

（1）城軌交通采用寬頻帶組網方式，頻率范圍為900MHz～2.6GHz（包含運營商4G網絡頻段），主要滿足中國移動、中國電信、中國聯通信號在車站、地上地下軌行區的延伸和覆蓋。

（2）各運營商的信源設備安裝在民用通信機房內，下行信號經多系統接入平臺（POI）合路后，經天饋系統（采用泄漏同軸電纜、天線和饋纜）的傳輸和輻射，完成對所有車站、軌行區、商業區的下行信號覆蓋。反之來自車站、軌行區、商業區的上行信號，通過POI合路后，再分別送至各運營商基站的上行信號接收端，完成射頻信號的上行傳輸。

（3）為避免多頻段系統之間的頻率干擾、增加系統間的隔離度，無線引入系統采用收、發分纜實現覆蓋。通常的做法是利用漏泄電纜將上行和下行鏈路分離，即不共用漏泄同軸電纜。在雙線雙隧道中，每條隧道收、發各使用一條漏泄同軸電纜，隧道電纜沿隧道壁掛設。

在車站設置相應的寬帶全頻段天線。天線的架設位置在現場勘測后確定（室內分布），以便保證場強的覆蓋和美觀，并避免在車站出入口等區域形成信號外溢。

縮略詞對照表：

①各運營商將基站收發信機（BTS）接引至城軌沿線的各車站民用通信機房，且規劃好各車站內基站之間、各車站內基站與地面基站之間的小區劃分與頻率配置。并根據業務量與覆蓋情況設置小區參數。

②各站的寬帶合路平臺（POI），與各運營商BTS射頻接口耦合聯接。

③下行POI對各運營商基站發射端下行信號進行合路后，由寬帶分路器分配到軌行區泄漏同軸電纜（LCX）和車站天饋，通過空中耦合送達到移動接收端（手機）c從LCX和天饋傳送來的移動臺（手機）發射的上行信號，由寬帶合路器合路后，通過上行P01分路后送到各運營商基站上行信號接收端。從而完成上、下行鏈路信號的傳送。

④手機移動用戶在列車內沿軌道線路運動時，相鄰基站的射頻信號在泄漏電纜（LCX）形成梯度分布，在兩個車站中點附近，LCX的兩側信號形成交疊區。當列車通過這一區域時，近端站的信號逐漸變強，遠端站的信號逐漸變弱，順利實現移動臺的小區平滑切換。同理，在車站出入口及換乘站處，亦可完成類似的切換。

3.系統功能實現

3.1無源部分介紹、原理及特點

（1）無源部分由POI、寬帶分，合路器、耦合器、DCX、LCX和天線等構成。

（2）各運營商下行射頻信號接至POI相應端口，通過POI濾波器濾除各運營商射頻信號之間的干擾信號，并完成信號合路。合路信號由寬帶分路器分配到不同的傳輸方向，如LCX、天線。地下軌行區一般由LCX進行信號的傳輸及輻射覆蓋。車站及進出口通道、商業區等一般由天線進行信號輻射覆蓋。從寬帶分路器至天線、LCX之間的信號傳輸由射頻同軸電纜（DCX）完成，信號經覆蓋網絡到達乘客手機終端。

（3）根據互易性原理，乘客手機發射信號的上行鏈路，亦通過LCX、天線、DCX等分布網絡支路匯至寬帶合路器。寬帶合路器將手機的上行信號輸入POI，由其完成濾波、分路，最終各運營商不同制式的手機上行信號，被分別送至相應基站（BTS）上行端口。

（4）無源部分由于其構成器件的特性，對信號具有影響小、失真小、時延小，除環境噪聲外無附加噪聲影響的特點。基本上是透明傳輸，所以穩定、可靠，不容易出現故障點。

3.2有源部分介紹、原理及特點

POI設備包含：POI上行單元、POI下行單元、光纖直放站、多頻分耦合器、電源單元、監控單元，每站點設置一套POI機柜即可滿足要求。

系統設備間的配線連接采用上部走線方式，電源線、地線、數據傳輸線等采用在防靜電地板下走線。

3.3有源部分工作原理及特點

有源部分是無源部分的補充，在城軌交通民用通信系統中兩者相輔相成。

從邏輯上講，無源部分既然有很大的優勢，理應是最大可能地使城軌交通民用通信系統無源化。但是無源部分的覆蓋受限于器件（天線）、纜線（漏纜）特性影響而容易產生衰耗。在需要更長距離的覆蓋時，則需要采取必要的信號中繼措施。因而引入了有源中繼傳輸部分。

基站（BTS）信號在地下長矩軌行區域不能滿足覆蓋指標要求時，就需要進行信號的中繼放大。放大后的信號在頻段合路器合成一路信號，由寬帶功分器分配至不同的方向的漏纜（LCX），用以傳輸覆蓋。

中繼站（直放站）的覆蓋補充了BTS利用無源部分覆蓋的不足，從而可以完成整個地下軌行區基站BTS至乘客手機之間的信號中繼傳輸。因此，城軌交通領域使用了光纖直放站這一中繼信號傳輸手段。

光纖直放站介紹：

（1）光纖直放站作為光纖中繼型直放站，利用光纖傳輸低損耗、低干擾、布線方便的特點，適合于遠距離傳輸。由靠近基站側的近端機及覆蓋區側的遠端機兩部分組成，一臺近端機可以帶多臺遠端機。光纖直放站通過光纖中繼，空間隔離度好，不產生同頻干擾，重發天線可全向覆蓋，因此在改善通信質量方面有比較好的效果。

（2）光纖直放站由開關電源、光收發模塊、雙工器、低噪聲放大器、選帶器、高功率放大器、監控系統等組成。無線信號從基站中耦合出來后，進入近端機，通過電光轉換，電信號轉變為光信號，從光近端機輸入至光纖，經過光纖傳輸到遠端機，遠端機把光信號轉為電信號，進入RF單元進行放大，信號經過放大后送人發射天線，覆蓋目標區域。上行鏈路的工作原理一樣，手機發射的信號通過接收天線至光遠端機，再到近端機，回到基站。

（3）乘客手機上行信號由漏纜（LCX）進人中繼器（直放站遠端機），經低噪聲放大器放大后送入LCX，進入光纖直放站近端機的光接收機，進行光信號解調，從不同遠端機送來的光信號有不同的光接收機進行同樣的信號處理，解調后的射頻信號進行合路后輸入上行POI，經POI處理分別送至不同的基站BTS相應上行端口，從而完成了乘客手機與基站之間的上行鏈路信號中繼傳輸。

（4）有源部分的延伸范圍依賴于無源部分的物理通道，受限于噪聲、互調（非線性）、功率、功耗等因素。

光纖直放站工作原理圖：

4.系統供電和接地

（1）民用通信設備為一級負荷供電。由低壓配電系統分別引接兩路獨立交流電源接至民用通信機房各雙電源切換箱，當主用電源發生故障時，能自動切換至備用電源，雙電源切換箱由相關低壓配電系統提供。

民用通信設備包括POI、傳輸設備、直放站設備、網管設備等，并根據實際需求配置不間斷電源。電源系統由UPS單元、交流配電屏、蓄電池組、發電機組等設備設施構成。

（2）接地系統采用綜合接地方式，由相關系統統一設置弱電綜合接地體，并在民用通信機房提供統一的接地母排，接地電阻值應≤1Ω。