軌道交通無線通信系統電波覆蓋特性研究

周谷鳴，馮偉明，錢 程

(1.無錫地鐵集團有限公司，江蘇 無錫 214023；2.江蘇航天大為科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215011)

0 引言

近年來，無線通信技術得到了迅速發展，并在社會實踐中得到了廣泛應用，其中一項重要的應用是在軌道交通的通信傳輸和控制調度方面。軌道交通中的通信傳輸和控制調度對軌道交通的穩定和安全運行起著重要的作用，而要真正發揮無線通信技術的優勢和價值，需要對其電波的覆蓋特性有全面的了解，因為只有在特性分析的基礎上應用具體技術或者手段，才會將先進技術的價值和優勢發揮出來[1]。基于此，總結軌道交通中無線通信系統的電波覆蓋特性便有了突出的現實意義。

1 無線通信系統電波覆蓋分析

對無線通信系統的電波覆蓋進行分析，可以明確無線電波覆蓋的具體內容，這對無線通信系統的具體建設有突出的現實意義。以下是對無線通信系統電波覆蓋的具體介紹。

1.1 無線信號覆蓋方式

要想有效掌握無線通信電波覆蓋，首先，要對其覆蓋方式進行了解。就目前的軌道交通中無線通信系統的具體應用來看，無線信號的覆蓋方式主要有車站無線覆蓋和區間隧道無線覆蓋兩種。

車站無線覆蓋主要有兩種形式。(1)泄露電纜。在利用泄露同軸電纜時，需要重點強調通信質量和信號的穩定性，而且在保證質量和穩定性的前提下，需要對信號的分布進行更好的控制，這樣，其會對地面信號具有更強的抗干擾能力。簡單來看，這種方式的優勢十分明顯，但是其工程的成本比較高，而且具體實施難度較大。(2)天線陣。在利用天線陣時，對其進行合理的布局能夠實現對信號覆蓋區的有效控制。除此之外，需要在站廳等地點的裝修時選用金屬天花板，這樣裝修的效果會更加突出。

在隧道內進行傳播的射頻信號強度會有明顯的減弱，信號的傳播質量以及效率會大受影響。利用泄露同軸電纜進行輻射的貫通，信號衰減的情況可以得到有效規避，移動信號的質量以及覆蓋范圍可以得到保證。基于此，在隧道無線覆蓋中，泄露電纜是應用比較普遍的覆蓋方式[2]。

1.2 無線信號覆蓋分析

在無線通信系統電波覆蓋方面，不僅要了解無線信號的覆蓋方式，更要對無線信號的覆蓋進行準確的分析。目前的無線信號主要分為兩個系統中的無線信號。(1)專用無線通信系統中的無線信號。專用無線通信系統是以TETAR數字集群的系統方式進行組網的，其和行車安全以及運營的效率有直接關系。此系統信號使用的頻率段為800 MHz，具體的上行范圍為806～821 MHz，下行范圍為851～866 MHz。(2)民用無線通信系統中的無線信號。民用無線通信系統的組網方式為寬頻帶，頻帶的具體范圍為800～2 500 MHz。其主要目的是實現3 G和4 G移動通信系統信號的覆蓋。在實際應用中，在隧道左右兩邊各架設一條泄露同軸電纜，不同移動信號之間的干擾能夠得到有效的規避[1-5]。

我國目前全球移動通信系統(Global System for Mobile Communications，GSM)用戶的數量在持續性地上升，而且我國移動和聯通兩個不同的GSM系統工作頻段上的上下行高低端間隔明顯縮小，加上集散控制系統(Distributed Control System，DCS)工作頻段和3 G移動通信頻段的負荷，在應用同纜方式時，上下行的干擾會出現，而且在系統功率較大時，這種干擾會隨之加強。基于國內外的經驗可知，要減小干擾，分纜措施勢在必行。

2 覆蓋概率

在無線電波的覆蓋優劣評價中，一個重要的指標是覆蓋率，其是統計意義上的覆蓋，與時間概率以及地點概率存在明顯的關系。就目前的資料總結結果來看，場強的時間分布標準偏差比較小，所以在一般情況下，時間概率對覆蓋的影響會被忽略。在無線網絡中，室內以及室外信道平均接收信號的功率和距離的對數成反比[3]。

2.1 小區邊緣覆蓋概率

小區邊緣覆蓋概率具體指小區邊緣接受點平均超過某一特定數值r的概率。要計算此概率，需要明確概率密度函數，概率密度函數表達式為：

(1)

根據公式(1)可以獲得隨機變量x超過某一特定值后的概念P，確定d值。在以基站為圓心、以d為半徑的圓周上，當任何一個點所接受的信號的閾值比電平小時，覆蓋這個點的概率便可以稱為邊緣覆蓋概率。由此可知，邊緣覆蓋概率和閾值、邊緣平均接受電平以及標準差有非常顯著的關系[6]。

2.2 小區內覆蓋概率

小區內的覆蓋概率和小區邊緣的覆蓋概率存在非常明顯的差別，具體指小區內的接收電平，高于貿易特定值的概率。如果小區的范圍比實際覆蓋區大，確定覆蓋區的半徑和接收信號的閾值，此時，服務區域的百分比即為覆蓋概率[4]。

3 覆蓋特性

對軌道交通系統無線通信系統電波的覆蓋特性進行了解，這對無線通信系統的具體應用有突出意義。目前，基于宏小區環境中無線電波的傳播特性可以獲得多種傳播預測的模型。在900 MHz的條件下，主要的模型有Okumura模型、Hata模型、Cost231-Walfisch-Ikegami模型[5]。就多種模型的具體應用來看，Hata模型符合軌道交通通信系統的多方面環境要求，而且參數也比較容易獲得，利用該模型，地物地形能夠被詳細地描述，所以此模型在實踐中被廣泛應用。

在宏小區中，Hata模型的適用性比較強，其工作的頻率段在150～1 500 MHz。此模型的通信距離為1～2 km，具體的基站建設天線高度為30～200 m。移動臺天線的高度維持在1～10 m。總體上，在軌道交通無線通信系統中，利用Hata模型，電波的覆蓋范圍良好，信息傳播的穩定性也比較突出[6]。

4 結語

軌道交通在目前的城市交通體系中發揮著重要的作用，所以重視城市軌道交通的建設有非常重要的價值。就軌道交通的具體建設來看，其通信的穩定性對交通運行穩定和安全有重要的價值，所以需要對軌道交通的通信系統建設進行研究。無線通信系統電波覆蓋方式、覆蓋模型等會影響具體的無線通信建設，所以文章對無線通信系統的電波覆蓋方式進行了分析，并就實踐資料研究討論了無線通信系統電波覆蓋的具體特點和應用模型，旨在為實踐提供幫助和指導。