莊煒銘

（佛山市鐵路投資建設(shè)集團有限公司，佛山　528000）

地鐵列車作為一個高速移動中的載體，必須利用無線傳輸網(wǎng)絡(luò)將列車和 PIDS 系統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)無縫的連接成一個整體，從而保證信息傳輸?shù)陌踩?、實時性。有時候城市軌道交通為了綜合考慮會把部分路段設(shè)置在地面上或者是高架橋上，因而無線傳輸需要解決過度路段、地下路段以及高架路段、停車場、車輛段等覆蓋率。不同的路段地理環(huán)境千差萬別，所以無線AP作為無線網(wǎng)絡(luò)接入點不僅需要利用定向的平板天線外置，而且安裝的位置也要根據(jù)實際情況進行考慮、確認。

1　無線AP在隧道安裝位置確定原則

在隧道中天線應(yīng)該在高于軌道3.3米的機箱上端進行安裝鋪設(shè)，方向是向隧道兩側(cè)，每個AP都要設(shè)置雙外置的天線，且呈現(xiàn)背靠背的方向?；谲壍浪淼辣旧碛泻軓?fù)雜的地理面貌，所以必須依靠精密的計算從而對AP分布的施工間隙做出判斷。接收器的輸入端得到的信號強度是：

計算公式里：Gr是接收天線增益；Gt是發(fā)射天線增益；Pt是發(fā)射功率；Lp是傳輸路徑損耗；Lf是整體饋線損耗。

而對于存在在自由空間里的在傳輸路線中發(fā)生的無線電損耗的計算公式如下：

然而實際環(huán)境不像理論環(huán)境那么簡單，實際環(huán)境中必須考慮到隧道地理的墻壁、地面和軌道本身旁邊的設(shè)備的吸收、阻擋以及反射效果存在，全部考慮在內(nèi)并且結(jié)合實際實驗數(shù)據(jù)來計算，最終有下列計算的模型存在：

頻率f單位為GHz（2.45GHz），距離d單位為米。

在實際環(huán)境中，無線設(shè)備的最大發(fā)射功率為20dBm，發(fā)射天線的增益為15dBm，接收天線的增益為8dBm，假設(shè)收發(fā)設(shè)備兩端饋線總損耗為2dBm，列車玻璃損耗為6dBm，則可以得出實際環(huán)境中信號接收強度的分布，如表1所示。

基于理論計算的基礎(chǔ)上，在地鐵實際隧道中也獲得了相關(guān)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)（通過下圖所示的測試框架獲得），實際隧道環(huán)境下距離與信號接收強度的對應(yīng)關(guān)系見后圖1所示。

表1　計算的信號接收強度分布圖

圖1中，從AP1到AP2是一個直線隧道段，AP布置情況如下：AP1與AP2之間的距離為270米，AP2與AP3之間的距離為270米。

圖1　隧道無線網(wǎng)絡(luò)測試框架

地鐵列車從AP1駛向AP3，過程中車頭和車尾無線網(wǎng)橋接收到的信號強度不斷變化，根據(jù)其強度變化，分析結(jié)果如下：

（1）因為有地鐵列車的阻擋，接收到的信號強度有規(guī)律增強或減弱，并不以AP中心對稱；

（2）車頭信號強度在同一AP范圍能的變化規(guī)則：慢慢增強，陡然減弱到最?。卉囄残盘枏姸仍谕籄P范圍能的變化規(guī)則：直接增強到最高，然后慢慢減弱；

（3）三個AP的信號強度曲線顯示，無論的車頭或車尾，無線網(wǎng)橋能接收到的信號強度基本都處于-75dBm以上，最大值為-45dBm，說明無線通信網(wǎng)絡(luò)的接收靈敏度能夠達到-75dBm。

測試過程中，也獲得了信號接收強度與網(wǎng)絡(luò)接入帶寬、網(wǎng)絡(luò)有效帶寬的對應(yīng)關(guān)系，參見表2。

表2　信號接收強度與網(wǎng)絡(luò)接入帶寬、網(wǎng)絡(luò)有效帶寬的對應(yīng)關(guān)系

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)以及前面的信號強度數(shù)據(jù)，可以得出如下結(jié)論：

在實際的隧道環(huán)境以及列車環(huán)境下，移動寬帶傳輸網(wǎng)的最大有效帶寬可以達到24.5Mbps，最小也能夠保持在19.2Mbps左右。

依然前面的數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，只有AP的布置能讓車載無線網(wǎng)橋接收到的信號強度都不小于-76dBm，則整個無線通信網(wǎng)絡(luò)就符合讓PIDS系統(tǒng)車地數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男枨蟆?/p>

同時，根據(jù)計算結(jié)果和工程經(jīng)驗得出結(jié)論，想要在一個AP發(fā)生異?，F(xiàn)象后相鄰AP還能正常覆蓋異常AP所原覆蓋范圍，保證沒有未被覆蓋的盲點存在，這必須保證AP覆蓋率是兩倍的AP相鄰間隔。因而在豎直的隧道路段，大概每隔三百米設(shè)置一組AP；彎曲的路段間隔是五十到一百五十米設(shè)置一組AP。平均的分布間隔在二百米左右。

2　為全線預(yù)設(shè)一定數(shù)量的AP以備緊急情況下的使用原則

因為車輛在?？空九_是傳輸需要穩(wěn)定和充足的傳輸帶寬，所以特別在車輛尾部最靠近的隧道處建立一個AP。為了防止列車尾部連接的AP出現(xiàn)異常狀況后列車仍還是可以穩(wěn)定的傳輸信息。所以還會在距離這個AP百米的地方在設(shè)立另一個AP，就是為了充分保證AP對于車尾端的覆蓋率。

3　無線AP與交換機接入方式

部署在隧道里、車輛段、列車停車庫、試車線等區(qū)域的無線AP都會以天饋線為載體與隧道內(nèi)交換機連接緊密，并且通過隧道交換機緊密的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連通相鄰兩個車站的PIDS交換機。

隧道交換機是在天饋線的連接下與AP連通，然后在其位置之上將相鄰兩個隧道交換機和車站PIDS交換機配對，再在控制中心協(xié)助下做成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計。鑒于環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)可能會有很多交集浪費資源，所以工業(yè)以太網(wǎng)交換機應(yīng)運而生，來解決冗余網(wǎng)絡(luò)的備份和分配，自動到達最近節(jié)點的AP路徑上。若有存在異?；蛘邠p害存在某一線路中，就會觸發(fā)環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)的檢測排查，倒換出網(wǎng)絡(luò)然后重新配置資源和拓撲。這種調(diào)制通常只需要五十毫秒的運作就可以恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)運行且完成冗余環(huán)狀的備份，還支持工業(yè)工作環(huán)境的直流電壓18V到36V。

4　結(jié)束語

本文研究了城市軌道交通PIDS系統(tǒng)中無線AP的部署方案，并結(jié)合了理論計算模型和實際數(shù)據(jù)進行驗證。這將對實際工程有一定的指導性意義。

[1]楊秀.無線通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式探討[J].鐵道通信信號.2010（12）.

[2]步兵，汪希時.高速車輛/列車控制中無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、可用性分析[J].中國安全科學報，2001，11（1）.

[3]王宗學，牛凡.WLAN技術(shù)在車地無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].計算機與數(shù)字工程.2008.

[4]王成.廣州地鐵二號線通信系統(tǒng)設(shè)計的有關(guān)問題[J].鐵道工程學報，2007（8）.

[5]GB 50157-2003，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].