城市轨道交通信号系统频率规划与覆盖探讨

文华

摘 要：随着3G业务的发展，个人无线热点自由组建，给城市轨道交通控制信号系统带来不少干扰。列车因信号干扰，启动自动防护功能，导致列车无法高速行驶。本文着重介绍移动闭塞系统CBTC、乘客信息显示系统PIS以及移动车厢民用WiFi系统频率规划和实现，保证城市轨道交通正常运行为首要任务，为乘客提供民用车厢WiFi业务。

关键词：干扰；频率规划；覆盖规划

1 引言

随着无线通信技术的飞速发展，城市轨道交通在车辆控制信号系统方面研究出基于无线通信的列车自动控制系統CBTC。目前国内部分城市轨道交通CBTC使用2.4GHz频段信号，此频段属于公众开放频率，个人便携式WiFi由用户依托手机终端3G网络承载自行组建，其呈现随时变动的特性，产生干扰，影响地铁正常运行。为了满足无线高速业务需求，在移动车厢部署PIS系统和民用WiFi网络。本文主要探讨如何统筹规划城市轨道交通WiFi频率，避免各系统间相互干扰。

2 频率规划

2.1 优先等级

CBTC：基于无线通讯的移动闭塞控制信号系统，它承担列车的调度和安全运行保障作用，其优先级别为最高级。

PIS：乘客信息显示系统，PIS系统的功能除了在车厢内显示乘车须知、列车时刻等文本信息外，还可播放媒体新闻、广告等信息，调度指挥和协同应对。其优先等级为次重要。

民用车厢WiFi系统，是为乘客提供高速率上网、移动特性的互联网业务，其优先等级为最低级。

2.2 频率资源

2.4GHz频段802.11b/g的信道每隔5MHz一个，每个信道宽度是22MHz，实际只有3个互不干扰的信道（1，6，11）。

5.8GHz频段802.11n是目前最新标准，物理层采用的关键技术有MIMO、MIMO-OFDM、40MHz信道、Short GI、FEC、MRC等。中国区域该频率允许使用5个不交叉20MHz的带宽频点，分别为149、153、157、161、165。

2.3 频率需求

CBTC系统在列车两边的车头分别放置一个车载AP，用以与轨旁AP建立通信连接。车载子系统通过采用先进的无线视频传输技术，实现列车与地面之间的双向高速实时通信。列车两端司机室设置功能相同的车载设备，以双机热备方式运行，当一台出现故障时，另一台能够及时接管系统，系统仍能正常运行，且不会导致丢帧、误帧等。因此，CBTC系统需要配置2个频点。PIS系统在整个车厢中只需要占用1个频点即可。

车厢民用wifi系统，需求根据容量模型进行核算，其频点数需求为2个。具体容量模型如下：单节车厢承载旅客：150人（车厢限载150人）、WIFI用户数（按50%）：75人、并发用户数（30%）：23人（WIFI用户数×30%）、单AP支持同时并发用户数：15人（工程经验值）、AP数用户数：2个（roundup（目标覆盖区域调整系数1.1×并发用户数/15，）；802.11n（2×2）AP吞吐量：74 Mbps、AP数吞吐量：1个（roundup（目标覆盖区域调整系数1.1×[用户体验系数1.2×（wifi用户数×每用户平均使用带宽330kbps）/吞吐量（工程取值）]）。权衡AP数：AP总数吞吐量= MAX（∑AP数吞吐量，∑AP数用户数）。综上所述，CBTC系统、PIS系统和车厢民用Wifi系统分别需配置2、1、2个频点。

2.4 频率分配

802.11b/g的信道每隔5MHz一个，每个信道宽度是22MHz，实际只有3个互不干扰的信道（1，6，11），纵观整个WiFi系统的频点总需求为5个，需要引用其他频率。根据三张网络的安全等级，从长远角度考虑，建议建议CBTC系统申请专用频率，与民用频率分开，避免同频干扰；或CBTC系统和PIS协同并网合建一张网络，申请使用5.8GHz频率。车厢民用WiFi系统使用2.4GHz频率，与用户终端保持一致。

3 覆盖规划

3.1 车地交互通信系统

建设基于WiFi2.4G/5.8GHz点对点的组网的MESH网络，采用多射频无线AP模式，内含4个无线模块，其中3个5.8GHz回传模块，1个2.4GHz接入模块，适合多媒体业务。列车上的MP基于轨旁MP的RSSI值与某些轨旁MP建立Mesh链路。这些链路包含两种类型：活跃链路，休止链路。在一个时间点，一个车载MP只有一条活跃链路，可以有多条休止链路。数据只在活跃链路上传递。

3.2 车厢民用wifi系统

根据车厢民用WiFi容量模型测算，一个车厢需要配置2个AP。单节车厢长度约为20米：单点放装AP，在车厢两端。链路衰耗计算如下：Pt发射机功率27dbm、Gt发射天线增益为0、Gr接收天线增益为3db、LD（d）空间路径损耗为67.6db、Ls：电缆及各类器件的损耗为0、Ls：人体阻挡损耗为20db，合计-57.6dbm。

室内空间路径损耗公式： 。其中d：距离（m）；n：路径损耗指数取同层2.76。综上所述，车厢内两端单点放装AP，距离AP最远处即车厢中部位置，接收电频为-57.6dbm，满足“接收电频强度大于-75dbm”要求，覆盖方案合理。

目前三种融合方式：独立新建、CBTC/PIS合一系统+民用WiFi系统、CBTC+PIS/民用WiFi合一系统。不论哪种组合方式，其根本应遵循频率合理、有序使用的原则。

[参考文献]

[1]《北京交通大学自主创新CBTC系统“十年磨一剑”》.新浪教育，2011年01月.

[2]《H3C公司轨道交通行业PIS系统解决方案》.杭州华三通信技术有限公司，2008年6月.

[3]《802.11n技术交流》.中太数据，2010年7月.