轨道交通无线通信系统电波覆盖特性研究

周谷鸣，冯伟明，钱 程

(1.无锡地铁集团有限公司，江苏 无锡 214023；2.江苏航天大为科技股份有限公司，江苏 苏州 215011)

0 引言

近年来，无线通信技术得到了迅速发展，并在社会实践中得到了广泛应用，其中一项重要的应用是在轨道交通的通信传输和控制调度方面。轨道交通中的通信传输和控制调度对轨道交通的稳定和安全运行起着重要的作用，而要真正发挥无线通信技术的优势和价值，需要对其电波的覆盖特性有全面的了解，因为只有在特性分析的基础上应用具体技术或者手段，才会将先进技术的价值和优势发挥出来[1]。基于此，总结轨道交通中无线通信系统的电波覆盖特性便有了突出的现实意义。

1 无线通信系统电波覆盖分析

对无线通信系统的电波覆盖进行分析，可以明确无线电波覆盖的具体内容，这对无线通信系统的具体建设有突出的现实意义。以下是对无线通信系统电波覆盖的具体介绍。

1.1 无线信号覆盖方式

要想有效掌握无线通信电波覆盖，首先，要对其覆盖方式进行了解。就目前的轨道交通中无线通信系统的具体应用来看，无线信号的覆盖方式主要有车站无线覆盖和区间隧道无线覆盖两种。

车站无线覆盖主要有两种形式。(1)泄露电缆。在利用泄露同轴电缆时，需要重点强调通信质量和信号的稳定性，而且在保证质量和稳定性的前提下，需要对信号的分布进行更好的控制，这样，其会对地面信号具有更强的抗干扰能力。简单来看，这种方式的优势十分明显，但是其工程的成本比较高，而且具体实施难度较大。(2)天线阵。在利用天线阵时，对其进行合理的布局能够实现对信号覆盖区的有效控制。除此之外，需要在站厅等地点的装修时选用金属天花板，这样装修的效果会更加突出。

在隧道内进行传播的射频信号强度会有明显的减弱，信号的传播质量以及效率会大受影响。利用泄露同轴电缆进行辐射的贯通，信号衰减的情况可以得到有效规避，移动信号的质量以及覆盖范围可以得到保证。基于此，在隧道无线覆盖中，泄露电缆是应用比较普遍的覆盖方式[2]。

1.2 无线信号覆盖分析

在无线通信系统电波覆盖方面，不仅要了解无线信号的覆盖方式，更要对无线信号的覆盖进行准确的分析。目前的无线信号主要分为两个系统中的无线信号。(1)专用无线通信系统中的无线信号。专用无线通信系统是以TETAR数字集群的系统方式进行组网的，其和行车安全以及运营的效率有直接关系。此系统信号使用的频率段为800 MHz，具体的上行范围为806～821 MHz，下行范围为851～866 MHz。(2)民用无线通信系统中的无线信号。民用无线通信系统的组网方式为宽频带，频带的具体范围为800～2 500 MHz。其主要目的是实现3 G和4 G移动通信系统信号的覆盖。在实际应用中，在隧道左右两边各架设一条泄露同轴电缆，不同移动信号之间的干扰能够得到有效的规避[1-5]。

我国目前全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)用户的数量在持续性地上升，而且我国移动和联通两个不同的GSM系统工作频段上的上下行高低端间隔明显缩小，加上集散控制系统(Distributed Control System，DCS)工作频段和3 G移动通信频段的负荷，在应用同缆方式时，上下行的干扰会出现，而且在系统功率较大时，这种干扰会随之加强。基于国内外的经验可知，要减小干扰，分缆措施势在必行。

2 覆盖概率

在无线电波的覆盖优劣评价中，一个重要的指标是覆盖率，其是统计意义上的覆盖，与时间概率以及地点概率存在明显的关系。就目前的资料总结结果来看，场强的时间分布标准偏差比较小，所以在一般情况下，时间概率对覆盖的影响会被忽略。在无线网络中，室内以及室外信道平均接收信号的功率和距离的对数成反比[3]。

2.1 小区边缘覆盖概率

小区边缘覆盖概率具体指小区边缘接受点平均超过某一特定数值r的概率。要计算此概率，需要明确概率密度函数，概率密度函数表达式为：

(1)

根据公式(1)可以获得随机变量x超过某一特定值后的概念P，确定d值。在以基站为圆心、以d为半径的圆周上，当任何一个点所接受的信号的阈值比电平小时，覆盖这个点的概率便可以称为边缘覆盖概率。由此可知，边缘覆盖概率和阈值、边缘平均接受电平以及标准差有非常显著的关系[6]。

2.2 小区内覆盖概率

小区内的覆盖概率和小区边缘的覆盖概率存在非常明显的差别，具体指小区内的接收电平，高于贸易特定值的概率。如果小区的范围比实际覆盖区大，确定覆盖区的半径和接收信号的阈值，此时，服务区域的百分比即为覆盖概率[4]。

3 覆盖特性

对轨道交通系统无线通信系统电波的覆盖特性进行了解，这对无线通信系统的具体应用有突出意义。目前，基于宏小区环境中无线电波的传播特性可以获得多种传播预测的模型。在900 MHz的条件下，主要的模型有Okumura模型、Hata模型、Cost231-Walfisch-Ikegami模型[5]。就多种模型的具体应用来看，Hata模型符合轨道交通通信系统的多方面环境要求，而且参数也比较容易获得，利用该模型，地物地形能够被详细地描述，所以此模型在实践中被广泛应用。

在宏小区中，Hata模型的适用性比较强，其工作的频率段在150～1 500 MHz。此模型的通信距离为1～2 km，具体的基站建设天线高度为30～200 m。移动台天线的高度维持在1～10 m。总体上，在轨道交通无线通信系统中，利用Hata模型，电波的覆盖范围良好，信息传播的稳定性也比较突出[6]。

4 结语

轨道交通在目前的城市交通体系中发挥着重要的作用，所以重视城市轨道交通的建设有非常重要的价值。就轨道交通的具体建设来看，其通信的稳定性对交通运行稳定和安全有重要的价值，所以需要对轨道交通的通信系统建设进行研究。无线通信系统电波覆盖方式、覆盖模型等会影响具体的无线通信建设，所以文章对无线通信系统的电波覆盖方式进行了分析，并就实践资料研究讨论了无线通信系统电波覆盖的具体特点和应用模型，旨在为实践提供帮助和指导。