地鐵專用無線通信網絡覆蓋及場強計算

中國鐵建電氣化局集團有限公司，北京 100043

地鐵工程由很多分項組成，既包括最基礎的土建施工、線路建設、給排水設計、供電保障，也包括無線通信網絡的規劃與建設。由于地鐵具有修建在地面以下這一特殊性，無線網絡信號經常面臨傳輸不夠順暢、遭遇障礙物降低傳輸功率等問題，這些問題如果處理不當，就會影響地鐵車輛行駛的安全性、地鐵線路的運營效率，因此研究地鐵工程中無線網絡的設計、建設與維護，提升無線網絡傳輸的帶寬、速率和容量具有重要的意義。文章以石家莊市軌道交通1號線二期工程建設為例，分析了地鐵專用無線通信網絡覆蓋及場強計算方法，并有針對性地提出了改進策略，旨在為相關工作的從業者提供借鑒和參考。

1 工程概況

石家莊市軌道交通1號線二期工程連接正定高新區，沿新城大道和秦嶺大街敷設，線路全長約13km，其中，換乘站2座，設停車場1座，位于東洋站西側，設車輛段和車輛綜合基地1座，位于西莊站東側。該工程線路專用無線通信網絡需要完成連接供電系統、綜合監控系統、信號系統、控制中心、監控中心等分系統和部門的重要任務，保證各個系統之間信號的可靠傳遞，使其共同為地鐵線路的安全可靠運營提供保障。

2 地鐵專用無線通信網絡的構成

在該工程項目中，地鐵專用無線通信網絡主要由固定基站、列車車載臺、移動人員便攜臺、調度臺、信號發射設備、連接電纜等組成。各個設備具有不同的功能，固定基站相互連接并且和控制中心連接（通過光纖），發揮著信號中轉傳送的作用；移動人員便攜臺由地鐵車站相關管理人員隨身攜帶，用于接收無線控制信號；調度臺主要用來發布調度信息，通告列車運行情況，還可以協調各個接收端之間的頻段占用情況，確保不發生頻段沖突；信號發射設備固定在地鐵車站內部，通過大功率設備向外發射無線信號，傳送地鐵車輛運行相關信息；無線通信系統為軌道交通內部固定工作人員與流動工作人員以及流動工作人員之間提供可靠的話音和數據通信服務，設置行車調度、工程維護、防災、車輛段設施以及綜合基地管理、停車場管理等用戶群。系統既要滿足正線列車運行指揮以及沿線工作人員進行日常運營、設備維護、事故維修的通信要求，還需要在災害或事故情況下，滿足搶險救災對通信的需求。總之，地鐵專用無線通信網絡各個設備之間相互連接和配合，共同構成了一個發送和接收信息、連接不同設備確保互聯互通、保障地鐵線路順利運行的有機環境。無線通信施工流程圖如圖1所示。

圖1 無線通信施工流程圖

3 地鐵專用無線通信網絡場強覆蓋計算

3.1 地鐵專用無線通信網絡覆蓋指標

石家莊市軌道交通1號線二期工程建設標準中，對該工程地鐵專用無線通信網絡覆蓋范圍等相關指標參數提出了具體要求，如表1所示。

表1 該工程地鐵專用無線通信網絡覆蓋指標

3.2 車站場強覆蓋方案

為了確保地鐵車站無線通信網絡信號的覆蓋范圍盡可能大，減少覆蓋區域死角面積，石家莊市軌道交通1號線二期工程建設施工方案中對車站無線網絡場強覆蓋方式進行了規定。按照規定，站臺層的通信網絡采用同軸電纜進行連接，確保站臺層可靠通信；站廳層、設備機房、出入及換乘通道采用隱蔽天線進行無線信號的傳輸，確保這些區域實現通信網絡全面覆蓋。

3.3 車輛段場強覆蓋方案

車輛段一般采取隱蔽天線發射和接受的方式實現無線網絡信號的傳輸，同時車輛上安裝有調制解調器，確保接收信號的安全與準確。

3.4 場強覆蓋計算

在電磁學中，一般采用Okumura-Hata模型對某區域無線信號場強覆蓋進行計算，具體計算公式如下：

式中：Lp為無線信號空間傳輸損耗均值，dB；f為信號工作頻率，MHz；hb為基站天線有效高度，m；hm為移動天線有效高度，m；d為移動天線與基站之間的距離，km；α為移動天線高度補償因數。

在石家莊市軌道交通1號線二期工程建設施工方案中規定了以上參數的取值，如表2所示。

表2 該工程地鐵專用無線通信網絡覆蓋參數

利用該工程中的相關參數，可以計算得到基站天線有效高度與無線信號空間傳輸損耗均值之間的關系，如圖2所示。

圖2 無線信號空間傳輸損耗變化

由圖2可知，當基站天線有效高度以5m的標準進行增加時，無線信號空間傳輸損耗均值逐漸減小。因此，在實際建設過程中，可以根據需要選擇合適的基站天線高度，確保無線信號空間衰減取得理想的效果。

在計算得到無線信號空間衰減的基礎上，可以估計出基站天線高度與無線信號傳輸距離之間的關系，如表3所示。

表3 該工程無線信號傳輸距離變化

由表3可知，無線信號傳輸距離與基站天線高度的變化關系是非線性的，因此無線通信網絡覆蓋場強屬于非線性變化量，需要在實際工程建設中根據需要進行靈活選擇。

4 結束語

地鐵工程建設過程中，為了確保指揮控制信號的準確實時傳輸，需要建立專用的無線通信網絡，對地鐵車站及相關區域實現無線網絡的全覆蓋。文章結合石家莊某地鐵工程項目建設實際情況，分析了地鐵專用無線通信網絡的構成及場強覆蓋計算方法，得出了經驗數據，希望對進一步提升該工程及類似工程項目無線網絡建設水平提供理論指導和借鑒。