合肥地铁1号线一、二期信号CBTC系统无线覆盖优化

2018-07-23汪成林

智能城市 2018年12期

关键词：勘测合肥号线

汪成林

合肥城市轨道交通有限公司，安徽合肥 230001

合肥地铁1号线一、二期，正线全长24.58km，23座全地下站，其中换乘站6座。在滨湖设置车辆段及综合维修基地1座和1、2、3、4、5号线共用控制中心，已于2016年12月载客运营。信号系统CBTC采用WLAN 2.4GHz跳频通信技术。

1 CBTC无线覆盖优化的意义

CBTC系统在信息传输方面实现了完善与优化，不仅实现了对列车的精确化控制，减少了行车误差出现的可能性，还减少了设备的使用，在维护、建设、保养方面实现了成本的降低。

CBTC系统的无线设备不仅要覆盖地下地铁线路，还要覆盖地面地铁区段线路，周围存在开放的、多种无线通信源共存的通信环境要求，CBTC系统的无线通信设备应能在隔离的地上地下区间以及在车站、曲线路段和多条线路股道区域实现无缝传输，保证系统传输信息正确、安全、可靠，尤其是在停车线及折返线处，应能保证在此区域所有可能存在的列车同时进行无线通信的实时性、安全性、容量等需求。自2010年以来，CBTC系统也为城市轨道交通控制系统的有效运行提供了技术支持。

而当前CBTC系统多数采用2.4GHz公共频段，为此CBTC系统AP安装前，需对AP设计位置进行实测实验验证优化设计，从而使得CBTC系统可靠冗余覆盖，且尽可能避免被其他类似无线系统干扰。合肥地铁1号线PIS系统车地无线也采用WLAN系统，CBTC无线覆盖优化现场模拟实验AP勘测定位，也为PIS系统无线AP勘测定位提供参考，提前避免安装位置冲突。

2 CBTC无线干扰源分析

CBTC系统使用无线系统完成车-地之间的通信，无线系统会不可避免的受到干扰。可能的干扰源有：

供电系统：轨旁环网，接触网轨供电，钢轨回流，牵引供电电源频率谐波；

车辆系统：逆变器控制牵引和辅助设备开关行为产生的瞬态值；

其他无线通信系统：2G/3G/4G民用无线通信，专用800M调度无线系统，公安消防无线系统，PIS车地无线，站务无线对讲，政务无线等；

乘客携带的2.4GWiFi设备：随着智能终端的普及，越来越多的乘客携带具备WiFi功能的设备乘坐地铁，在站台候车。同时，开放线路空间也越来越多的被无线信号覆盖。由于这些设备均工作在2.4G ISM频段，因此其对使用同样频率的通信系统的CBTC系统有可能造成干扰；

其他机电系统：风机、空调、屏蔽门等；其他地铁或铁路线路的机电设备；

外来干扰源：轨旁的建筑物内的无线通信系统，霓虹灯、高压线路、机场、工矿企业、高压线路等；雷电。

3 CBTC无线覆盖分析

3.1 轨旁AP布点因素

基于轨旁AP的设计方案，可以从不同的角度对可能出现的影响因素进行针对性分析。

（1）无线信号传播模式；

（2）自然环境因素与人文环境因素，例如，隧道种类、温度、人口密度等；

（3）功能性需求，例如系统的稳定性、业务流量的平稳运行能力等；

（4）工程有效程度；

（5）其它影响因素，包括信号干扰、地理位置等条件。

3.2 工程环境AP布点的要求

在不同的条件下，轨旁AP布点方案也会存在着一定的差异，此时需要结合不同的状态进行分析。

地下隧道方面，要考虑到隧道的宽度对信号可能存在的阻挡作用。从设计原则来看，应该结合视距要求来进行覆盖，并利用隧道壁反射原理，让视距符合设计的要求；

地面线路方面，同频干扰成为了主要的影响因素。特别是在一些人口密集的区域或是公共区域，同频干扰问题会更加严重。合肥地铁1号线系统采用2.4GHZ调频技术，而民用WiFi主要采用2.4GHz直接序列通信技术，相对直接序列通信技术调频技术抗干扰能力强。

单洞双轨的设计也会受到同频干扰，同时还会受到邻频干扰。因此，在轨旁AP的安装要考虑到距离，进行有效管控。

3.3 AP场强参数选取

1号线CBTC无线AP主要参数：发射功率：≤20dBm；杂散发射限值：≤-30dBm；直线隧道空间传输距离：600～700m（2Mbps）；弯道隧道空间传输距离：380～450m（2Mbps）；无线AP边缘场强不小于-65dBm。

4 CBTC无线覆盖原则

合肥地铁1号线隧道区间每隔约250m安装一个无线AP。实际安装间距取决于详细线路类型（如：岔区、场段、端头、室内、室外、试车线等）、隧道结构、线路坡度及天线类型等因素。每个轨旁AP无线装置一般都有两个定向天线，并分别面向线路的相反方向。AP的设置基本原则是，首先确保无线信号质量和冗余，再尽可能减少AP数量，进而减少无线越区切换次数。AP天线的布置要考虑轨道弯道的特殊传播情况，以及长站间距离。AP天线的位置设置：相邻WRU（轨旁无线单元）的信号须重叠覆盖。无线信号重叠提供了轨旁无线信号的冗余，当一个WRU（轨旁无线单元）或者隔一个WRU（轨旁无线单元）交替发生故障时，都能确保连续的无线覆盖，满足信号系统对数据传输实时性、安全性、可靠性的要求。AP无线信号完全冗余的无线覆盖原则如图1所示。

图1 AP无线信号完全冗余的无线覆盖原则

5 CBTC无线勘测方法

CBTC无线勘测采用现场模拟实验方法，勘测工具、方法与要点如下。

5.1 勘测工具

带串口的笔记本电脑1台；TTERMPRO串口通讯软件；串口电缆；SDR软件无线电设备(含软件)；便携式移动电源（为SDR、AP、仪表供电）；轨旁、车载AP及天线各1个；频谱仪。

5.2 勘测方法与要点

CBTC无线AP勘测基于图1冗余覆盖原则，在实际勘测时，发射端与接收端之间应跳过一个AP，即：发射端在APn时，接收端应放在APn+2，跳过了APn+1。发射端用串口线将电脑和SDR（软件无线电设备）连接，通过便携式移动电源给SDR软件无线电设备供电，并用射频缆将SDR软件无线电设备射频口与发射天线连接，电脑通过ttermpro软件完成天线发射的配置，配置完成后将天线方向正对接收端，天线高度和位置为实际安装高度和位置，期间不可断电。接收端需将频谱仪与接收天线连接，方向正对发射端，天线高度为车载高度，位置为轨道中间。通过频谱仪搜索功率峰值，要求平均峰值＞-65dBm。勘测前应检查所用发射天线的面功率是否合格，用车载天线测试面功率需满足0dBm左右。当遇到弯道时，通过将发射天线分别放在隧道壁两侧的方法来分别勘测上下行的信号强度。在实际情况下，当天线放在隧道弯道的内侧时信号强度较弱，当内侧平均峰值＜-65dBm时则需要将天线过轨到外侧安装。弯道的内外侧分别是指弯道的内半径侧和外半径侧。当CBTC AP的安装位置与PIS AP安装位置重叠时，则应优先考虑CBTC AP的信号，将CBTC AP安装在弯道外侧，PIS AP安装在内侧。当弯道半径过小导致天线放在内外两侧功率峰值都不能达到要求时，应根据实际情况移动发射天线的位置并记录。发射端天线在弯道的区域时，需要勘测两边的功率，即天线方向朝大里程和小里程方向都需要进行勘测。