南京地铁2号线无线Wi-Fi覆盖方案探讨

李玉斌



南京地铁2号线无线Wi-Fi覆盖方案探讨

李玉斌

南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京 210012

地铁由于环境特殊，其无线Wi-Fi覆盖要求较高，信号控制、车地传输、车厢无线覆盖等是建设Wi-Fi的关键问题。基于此，对南京地铁2号线的无线Wi-Fi覆盖方案进行了探讨。

地铁；无线WiFi；信号覆盖；车地传输

引言

为了提供更好的服务于南京地铁乘客对信息的需求；改善乘客乘坐时的宽带数据通信体验；提高南京地铁总体信息服务的满意度；计划在南京地铁2号线地铁站厅、站台和列车的进行无线Wi-Fi覆盖；除了乘客享受到的实时无线接入、轨道交通Wi-Fi无线互联网应用；还可以实现南京地铁日常运营管理所需要的列车视频监控信号、车辆状态数据实时上传和紧急运营信息下发功能；增强轨道交通通信信息系统的竞争力。

1 现场环境

南京地铁2号线，从油坊桥站至经天路站，共计26个车站，37.82公里，35辆A型车，由南京浦镇车辆厂制造。地铁车站及线路深埋地下，一般分为站厅层和站台层两层，站厅层主要以车站控制室、设备用房、售/检票区为主，站台层主要为候车区和设备房等。地铁车站采用混凝土结构，相对于其他的公共场所来说要狭长一些，狭长的空间使得无线信号入射角度小，信号分布不均匀，局部会出现快衰落。在地铁站的站台、站厅层有较多立柱支撑，对信号传播形成了遮挡。同时，站台的混凝土材料以及车体的铝制结构对信号具有吸收损耗和穿透损耗，所以要综合考虑各种复杂的环境因素，必须具备严格的抗干扰和稳定性才能达到相应的水准，并保留足够的信号场强余量。

2 关键问题分析

在轨道交通运营环境下，如何保证列车的行车安全最首要问题，影响车地信号传输控制的条件，在无线层面主要是无线干扰问题。

2.1 基于超材料技术的Wi-Fi无线信号控制

基于超材料技术开发的波束赋形射频设备，改善发射/接收的基于超材料技术开发的波束赋形射频设备，改善发射/接收的信噪比，增强指向性。通过超材料定制天线控制电磁波Wi-Fi信号覆盖区域，从根本上解决与CBTC的信号干扰的问题。使用超材料AP及天线实现车地数据传输。由于地铁隧道环境的特殊性，需使用超材料AP及天线实现车地数据传输，系统采用定向MIMO天线技术，实现多个天线协同工作以及实现波束赋形功能，可以保证隧道内信号波形完整可用，同时通过MIMO技术，在多个信号中提取最强、最有用的资讯，能有效使用多径传输的效果，减少干扰的产生，最终实现，列车在隧道内时高速数据传送。超材料AP系统是将超材料和超材料定向MIMO天线技术应用于AP系统，在空间受限情况下，实现多个天线协同工作以及实现波束赋形功能，即基于超材料技术的波束赋形技术解决方案。

图1 超材料天线波束赋形示意图

2.2 车地传输技术

车地宽带无线数据传输系统由部署在列车驾驶室头部和尾部的宽带无线设备，以及部署在列车轨道沿线宽带无线设备构成，移动中的列车与轨道上的宽带设备实现数据传输。轨道沿线的宽带无线设备间距200米部署一台，通过电缆与网络集中控制系统实现数据传输。除了可以满足乘客高速无线上网的要求，还可以实现南京地铁运营管理所需要的车载视频监控信号、车辆监测的实时数据上传和运营信息的下发功能[1]。

2.3 车厢内覆盖方案选择

从覆盖可行性来看，采用2.4/5.8GHz频段信源输出的设备在车厢内覆盖，由于车厢内人员变化比较大，车载系统比较多，各系统之间存在一定的关联性。同时在Wi-Fi协议下，乘客切换，较难控制，仅当AP信号无法满足需求时才寻找新的AP尝试关联，因此在车厢内乘客在高速行驶的列车中，采用车内AP无线网络服务是最优的选择。车厢内用802.11n 无线AP加超材料天线为车厢内乘客提供服务；车地间使用5.8G超材料AP加超材料天线的车地传输设备进行连接，使得地铁列车即便在行使中，仍能为车上乘客提供网络服务。

3 总体网络架构

整个系统采用3层网络结构：核心层，汇聚层、接入层。核心层：由核心节点及相关链路组成，用于线路间的数据交换、地铁商业及公网的数据出口。汇聚层：由汇聚节点及相关链路组成的网络层面，汇接入网内的各站台及沿线的商业地产间的数据流量。接入层：由车站、商业地产及相关链路组成的网络层面，接入车站或商业地产的数据流量，实现乘客、商户的终端设备接入。

图2 系统网络架构图

4 覆盖方案

4.1 站台层覆盖方案

站台的覆盖规划（不含列车轨道部分），覆盖环境一般较为复杂，阻挡比较严重，实际的天线、AP位置根据施工难度情况进行调整，尽量避免直视信号近距阻挡。通常站台采用“小功率、多天线”方式。站台层从机房引光纤或网线连接到设计的点位上进行无线设备的安装。

4.2 站厅层覆盖方案

站厅层较为空旷，人流量较大，主要为乘客购票、进站、出站行为，考虑到地铁站内站厅部分面积大、覆盖容量小的特点，因此放装型+室分组合的方式建设较为经济。因此站厅层的Wi-Fi系统建设方式需要以实际的布线系统结构为基础进行评估，对于系统结构受限的情况则只能进行独立布点的方式建设[2]。

4.3 车厢覆盖方案

车地超材料AP+超材料定向天线，在地铁车厢两头部署，安装车载AP，为乘客提供无线网络服务。

图3 车厢覆盖示意图

4.4 车地传输覆盖方案

车地传输实现隧道与列车之间的数据传输，实现移动的列车与地面之间的实时双向数据传输。车地传输系统设备包括无线控制器、超材AP、超材料天线、车载无线单元和超材料天线。由于全向天线本身增益不高，而且覆盖距离相对于定向天线小，所以在地铁隧道内采用方向性较好的定向天线。超材料AP+超材料天线，为了保证的良好的传输，在隧道内根据实际环境天线安装在与地铁车顶高度。一般情况下轨旁AP在直线隧道平均每间隔200米布设一个，在弯道或高架地面根据实际情况每间隔100～150米布设一个，AP采用定向天线。在沿轨旁设置无线AP和天线，在每辆列车车头和车尾分别布设车载无线单元和天线。

5 结束语

系统建成后，将会在南京地铁2号线所有列车、站厅、站台实现Wi-Fi覆盖，让乘客从进地铁到出地铁的Wi-Fi全覆盖。由于系统有200M以上的传输带宽，在满足地铁乘客访问互联网的同时，还可以为南京地铁其他业务数据需求做了预留：满足车载视频监控数据实时上传传输需求；满足车辆信息实时传送的需求；满足南京地铁运营及应急信息处理，主动向地铁乘客发布运营和应急信息。实现一个全覆盖的轨道交通综合数字化信息运营平台。

[1]唐雄燕. 宽带无线接入技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2]赫尔利.无线网络安全[M]. 北京：科学出版社， 2009.

Discussion on Wireless Wifi Coverage of Nanjing Metro Line

Yubin Li

Nanjing Metro Co. Ltd. Nanjing 210012

Subway because of the special environment， the wireless Wi-Fi coverage requirements higher， signal control， transmission of car，car wireless coverage is Wi-Fi construction of key problems. In this paper，the wireless WiFi coverage scheme of Nanjing Metro Line 2 is discussed.

metro; wireless WiFi; signal coverage; vehicle transmission

U231

A

1009-6434(2016)09-0027-02

李玉斌.南京地铁运营有限责任公司，工程师。