1. 项目背景分析
地铁无线通信担负着提高地铁运营效率、保障行车安全的重要使命。因此,地铁无线通信系统应该确保高通信质量和全线信号覆盖。同时,通过高清数字视频通信,使各级行车指挥调度对列车车厢内电视图像以及行驶列车对前方车站客流情况进行实时监视。列车无线通信所提供的车-地之间的数据传输通道必须兼备高数据容量与快速移动性能。
列车信号系统中,控制中心、地面轨旁子系统和车载子系统三个部分共同组成了自动控制系统(CBTC)。地面轨旁子系统主要为行驶中的列车和其他轨旁设备提供实时双向、安全可靠的数据交互。在基于无线通信的列车CBTC中,车地通信方式分为无线电台、漏泄同轴电缆和裂缝波导管三种传输方式,本项目主要采用裂缝波导网络解决地面轨旁子系统的信号传输。
2. 裂缝波导网络系统
2.1系统特点
裂缝波导管为铅制矩形管,顶部朝向车辆天线方向,使得波导管中传输的无线信号沿裂缝向外均匀福射。在裂缝波导管附近的无线接入点可W接收波导管福射的信号。因为波导管具有较好的物理特性和衰减性能,其传输距离较远,抗干扰能力较强,沿线无线场强覆盖均匀,且呈现良好的方向性分布,从而可很好的实现列车与地面设备的双向、实时通信。如图1所示,为基于裂缝波导管通信的CBTC系统方案。波导管可W安装在隧道顶部或地面上,在安装时应保证其与列车无线天线的距离不变。为了保证传播的可靠性和有效性,裂缝波导管与列车车载天线的距离应保持在30cm~40cm之间。
2.2系统组成
裂缝波导网主要由中空铝质矩形管(W G )、无线接入设备(TRE)、波导管连接器(TGC)、双面连接法兰(DFL)、末端负载等组成。信号传输是通过控制中心、地面无线接入设备、车载天线以及车载无线接入设备交互实现,以裂缝波导为载体双向传输列车实时信息,如下图1所示。
图1 基于裂缝波导网络通信的CBTC系统原理图
表1 裂缝波导网络组成说明
组成 |
功能说明 |
无线接入设备 |
无线信号的接收与发射 |
波导耦合单元 |
无线信号的链路分解 |
同轴线缆 |
耦合单元与裂缝波导管之间连接 |
法兰盘 |
裂缝波导管之间连接 |
负载 |
裂缝波导终端匹配 |
裂缝波导网络 |
无线信号的空间辐射 |
3. 网络中裂缝波导的配置方式
3.1裂缝波导与无线接入设备的连接
由于无线信号为4G公网信号,信号分为上行链路和下行链路,故无线接入设备连接的裂缝波导也分为上行和下行两部分,无线接入设备通过耦合器、射频同轴线缆与波导管连接,波导管延长线通过法兰盘连接。
3.2裂缝波导网络无线链路衰减分析
表2 裂缝波导网络衰减环节
组成 |
衰减值(dB) |
耦合器 |
-6.3 |
射频同轴线缆(10m) |
-1.3 |
600m波导管 |
-6.2 |
法兰盘 |
-0.2 |
裂缝空间与车载天线增益 |
-64 |
按照无线接入设备(TER)的行业标准发射值+18dBm的发射功率、-90 dBm(6Mps)的接收灵敏度分析,车载无线接入设备可满足-60dBm的接收信号强度,远大于-90 dBm的接收灵敏度,故该系统可以确保信号的接收质量。
4. 裂缝波导网络的安装调试
波导管如安装于隧道顶部, 应采取膨胀螺栓固定支架波导管悬挂的方式。根据隧道顶部距离轨面的高度不同, 可以选取不同长度的支架, 确保波导管与轨面的距离符合技术要求。波导管如安装于隧道地面, 应采取膨胀螺栓固定支架支撑波导管的方式。根据线路条件, 安装时采用可调高度的支架, 以确保波导管与轨面的距离符合技术要求。
安装后要进行波导管的传输性能测试, 测试不合格的区段要及时进行故障排查, 保证传输通道稳定可靠。测试的仪器采用高频信号发生器和微波功率仪测衰减值定位故障,也可采用适量网络分析仪测量反射系数定位故障。