一種城市軌道交通cbtc車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)覆蓋方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種城市軌道交通CBTC車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)覆蓋方法，該方法采用泄漏電纜、智能天線相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通CBTC列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)覆蓋。它克服了傳統(tǒng)基于802.11x系列技術(shù)、和采用射頻天線或泄漏波導(dǎo)進(jìn)行信號(hào)覆蓋的弊端。本發(fā)明基本實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)間內(nèi)不再需要敷設(shè)有源設(shè)備，并通過(guò)相鄰車(chē)站的基站信號(hào)在區(qū)間內(nèi)交叉重疊覆蓋，確保因失電等原因?qū)е乱蛔?chē)站通信信號(hào)設(shè)備失效后，整條線路的CBTC系統(tǒng)車(chē)地通信能繼續(xù)保持，極大程度提升系統(tǒng)的可靠性、可用性和可維護(hù)性，為地鐵列車(chē)安全運(yùn)營(yíng)提供保障。
【專利說(shuō)明】一種城市軌道交通CBTC車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)覆蓋方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線信號(hào)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種城市軌道交通CBTC車(chē)地?zé)o線通
號(hào)覆蓋方法。

【背景技術(shù)】
[0002]CBTC (Communicat1n Based Train Control System)是基于無(wú)線通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)，連續(xù)控制和監(jiān)測(cè)列車(chē)運(yùn)行，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)基于軌道電路來(lái)實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行控制的列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)。
[0003]CBTC自2004年引入我國(guó)以來(lái)，我國(guó)城市軌道交通新建線路均采用CBTC技術(shù)，其中車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)都采用2.4GHz ISM頻段的802.1lX系列無(wú)線寬帶技術(shù)，無(wú)線信號(hào)覆蓋方式有兩種:一是采用普通射頻天線，通過(guò)自由空間波完成行車(chē)區(qū)間的信號(hào)覆蓋，二是采用成本很高的泄漏波導(dǎo)完成無(wú)線電波的傳輸和行車(chē)區(qū)間的信號(hào)均勻覆蓋。
[0004]按照現(xiàn)有的方案，沿著地鐵行車(chē)區(qū)間大約每隔100到300米就需要在軌旁安裝無(wú)線收發(fā)設(shè)備(AP)，這給CBTC信號(hào)系統(tǒng)的管理、維護(hù)帶來(lái)很大的困難，各城市地鐵運(yùn)營(yíng)公司均呼喚更好的解決方案，盡可能避免在行車(chē)區(qū)間部署有源設(shè)備(包括無(wú)線基站、傳輸、電源
O
[0005]在我國(guó)地鐵運(yùn)營(yíng)中，曾經(jīng)出現(xiàn)因一車(chē)站CBTC信號(hào)設(shè)備失電致系統(tǒng)不能正常工作，線路運(yùn)行進(jìn)入人工調(diào)度模式，因人為操作失誤，致使一輛列車(chē)追尾前方在區(qū)間停車(chē)待命另一輛列車(chē)。事故之后，地鐵信號(hào)專家提出:為了避免類似事故再次發(fā)生，能否進(jìn)一步改進(jìn)CBTC系統(tǒng)，使得在一座車(chē)站失電所致該站信號(hào)設(shè)備退出服務(wù)以后，全線列車(chē)的CBTC車(chē)地?zé)o線通信還能保持正常工作。
[0006]2012年11月，媒體報(bào)道我國(guó)地鐵多次出現(xiàn)地鐵列車(chē)因受到手機(jī)WiFi的干擾被逼停的現(xiàn)象。因此，專家呼吁采用專用頻率資源，取代面向公眾的、全開(kāi)放的2.4GHz ISM頻段，來(lái)承載CBTC信號(hào)車(chē)地通信，消除干擾隱患。
[0007]因此，亟待提出一種新的無(wú)線信號(hào)覆蓋技術(shù)方案，以解決上述問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有城市軌道交通CBTC列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)的車(chē)地?zé)o線子系統(tǒng)的不足之處而提出的一種城市軌道交通CBTC車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)覆蓋方法，以解決現(xiàn)存的問(wèn)題、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)和提升CBTC車(chē)地?zé)o線子系統(tǒng)的可靠性、可用性和可維護(hù)性，更好地為行車(chē)安全提供保障。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種城市軌道交通CBTC車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)覆蓋方法，該方法包括:
(I)、通過(guò)泄漏電纜和智能天線的組合應(yīng)用，完成CBTC車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)的覆蓋 a、正線普通區(qū)間
將基站、電源、傳輸有源設(shè)備安裝在車(chē)站，沿軌道連續(xù)鋪設(shè)泄漏電纜，在車(chē)站處將泄漏電纜截?cái)?；基站信?hào)經(jīng)過(guò)合路器或電橋組成的信號(hào)分配系統(tǒng)后，接入到泄漏電纜中；
b、正線大于2.0公里的地下長(zhǎng)區(qū)間
同樣將基站、電源、傳輸有源設(shè)備安裝在車(chē)站，沿軌道連續(xù)鋪設(shè)泄漏電纜，在車(chē)站處將泄漏電纜截?cái)?，同時(shí)在區(qū)間中部將泄漏電纜截?cái)?，并在此處也安裝基站、電源、傳輸有源設(shè)備，基站信號(hào)經(jīng)過(guò)合路器或電橋組成的信號(hào)分配系統(tǒng)后，接入到泄漏電纜中。
[0010]C、正線大于2.0公里的地面長(zhǎng)區(qū)間
在車(chē)站安裝基站、電源、傳輸有源設(shè)備和智能天線，區(qū)間不再配置有源設(shè)備；
對(duì)于不具備智能天線安裝條件的車(chē)站，在相應(yīng)的區(qū)間沿軌道連續(xù)敷設(shè)泄漏電纜，在每2-2.5公里附近有高架立柱的位置將泄漏電纜截?cái)?，將基站、電源、傳輸有源設(shè)備安裝在軌道下方的立柱上，通過(guò)射頻電纜將基站信號(hào)向上饋入泄漏電纜；
對(duì)于只有一側(cè)敷設(shè)泄漏電纜的車(chē)站，在該站無(wú)泄漏電纜的一側(cè)配置定向智能天線；對(duì)于兩側(cè)區(qū)間均未敷設(shè)泄漏電纜的車(chē)站，在該站配置全向智能天線。
[0011]d、停車(chē)場(chǎng)和車(chē)輛段
在從正線進(jìn)入車(chē)輛段的支線上，沿軌道敷設(shè)泄漏電纜；車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)的外場(chǎng)，在信號(hào)樓處安裝智能天線；在車(chē)庫(kù)內(nèi)，依據(jù)常規(guī)的無(wú)線室內(nèi)分布方式采用射頻電纜、泄漏電纜和小天線完成信號(hào)覆蓋。
[0012]⑵、相鄰車(chē)站的無(wú)線信號(hào)交叉重疊覆蓋軌道區(qū)間，確保列車(chē)在正線區(qū)間線路上始終能同時(shí)接收到來(lái)自最近兩座車(chē)站的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)與地面之間的異地備份路由
a、將鋪設(shè)在區(qū)間的泄漏電纜直接連通上下行基站，即區(qū)間上下行車(chē)站的基站共用貫通區(qū)間的泄漏電纜，通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)、并在實(shí)施過(guò)程中通過(guò)調(diào)整基站功率和智能天線高度，合理控制覆蓋范圍，在軌道區(qū)間形成交疊覆蓋。
[0013]b、所有基站采用GPS衛(wèi)星或北斗衛(wèi)星信號(hào)時(shí)鐘源進(jìn)行同步，避免基站間相互干擾。
[0014]⑶、地面雙線立體交匯換乘站的無(wú)線通信信號(hào)的覆蓋 a、各線在換乘站上下行區(qū)間均敷設(shè)泄漏電纜。
[0015]b、優(yōu)化分配頻率資源
(i)、劃分為Rl和R2兩個(gè)資源，各1.5MHz帶寬，采用R1R2R1R2復(fù)用模式，用于非換乘的普通區(qū)段。
[0016](ii)、劃分為rl、r2、r3、r4四個(gè)資源，各750KHz帶寬；在換乘站，線路A使用rl和r2，線路B使用r3和r4 ;在換乘站所屬各線的上下行區(qū)間內(nèi)分別再部署一套基站設(shè)備；將頻率劃分為，線路A:【R2】-rl- [r2]-rl- [R2], [Rl ]-r3- [r4]-r3-【Rl】;其中，【r2】【r4】為換乘站，[R2]【Rl】分別為上下行車(chē)站，rlr3為區(qū)間增設(shè)基站。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
⑴合理避免了在軌道區(qū)間安裝有源設(shè)備；
⑵保證列車(chē)始終能分別接入?yún)^(qū)間兩端的基站，為列車(chē)提供雙重、異地路由，確保在一座車(chē)站因失電等原因?qū)е略O(shè)備失效后，列車(chē)能繼續(xù)保持與地面的通信；
⑶避免換乘線路之間相互干擾。

【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明是在行車(chē)區(qū)間采用泄漏電纜與智能天線混合組網(wǎng)的一種CBTC車(chē)地?zé)o線覆蓋方法。采用泄漏電纜和智能天線相結(jié)合的方案，替代傳統(tǒng)的射頻天線或泄漏波導(dǎo)，完成城市軌道交通CBTC車(chē)地?zé)o線系統(tǒng)的電波傳播和信號(hào)覆蓋。
[0019](I)頻率資源與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇
依據(jù)工信部無(wú)函2012【52】號(hào)文，軌道交通CBTC車(chē)地?zé)o線作為一種“行業(yè)專網(wǎng)業(yè)務(wù)”(參照工信部無(wú)函2012【52】號(hào)文第一條)，地鐵公司可以向無(wú)線電管理部門(mén)申請(qǐng)406.5-409.5MHz頻率資源，并依據(jù)YD/T2115-2010和YD/T2117-2010標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)備(參照工信部無(wú)函2012【52】號(hào)文第三條)，承載CBTC車(chē)地?zé)o線通信業(yè)務(wù)。
[0020]在406.5-409.5MHz頻段，泄漏電纜和智能天線技術(shù)均非常成熟，可選產(chǎn)品多。而且這一頻段的無(wú)線電波非常適合通過(guò)泄漏電纜傳輸，是應(yīng)用泄漏電纜的最佳頻段之一，有效傳輸距離大于2公里，滿足大部分城市軌道交通需求。
[0021]符合YD/T2115-2010和YD/T2117-2010標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備支持智能天線技術(shù)。智能天線技術(shù)是第三代和第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)，通過(guò)相位和功率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，使得電磁波聚焦為一個(gè)波束，并自動(dòng)追蹤移動(dòng)終端，實(shí)用于郊區(qū)高架軌道，有效覆蓋距離可大于10公里。
[0022](2)覆蓋設(shè)計(jì)
依據(jù)通用的電磁波傳播理論，按常規(guī)覆蓋設(shè)計(jì)方法做鏈路預(yù)算，計(jì)算出經(jīng)過(guò)泄漏電纜或智能天線輻射的電磁波信號(hào)沿著軌道、以及車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)和車(chē)庫(kù)內(nèi)各區(qū)域的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)分布。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整發(fā)射功率、天線掛高、或變更合路器、電橋等信號(hào)分配無(wú)源器件、或不同指標(biāo)參數(shù)的天線，以調(diào)整信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)分布。經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)控制，使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)滿足車(chē)地通信的基本需求，并留有余量(建議不低于6dB)，同時(shí)滿足在正線軌道區(qū)間上，恰好實(shí)現(xiàn)交叉重疊覆蓋，即車(chē)輛能接入到相鄰兩個(gè)基站。
[0023]當(dāng)城市軌道交通形成網(wǎng)絡(luò)化規(guī)模以后，需要通過(guò)設(shè)計(jì)，適當(dāng)控制信號(hào)分布，避免線路間相互干擾。對(duì)于采用智能天線的情況，采用同樣的設(shè)計(jì)方法，合理控制信號(hào)強(qiáng)度，使其正好覆蓋需要的范圍，并須確保通過(guò)天線直接傳播到達(dá)最近其它同頻率的地面正線區(qū)域或其它停車(chē)場(chǎng)、車(chē)輛段(如果存在這樣的情況)的信號(hào)強(qiáng)度，低于當(dāng)?shù)乇旧淼男盘?hào)強(qiáng)度18dB以上。如果通過(guò)設(shè)計(jì)，不能達(dá)到這個(gè)指標(biāo)，則此處不宜采用智能天線，需換成為泄漏電纜。
[0024](3)同步方案
為了實(shí)現(xiàn)交叉重疊覆蓋，需要采用泄漏電纜直接連通相鄰車(chē)站的無(wú)線基站設(shè)備，相對(duì)于自由空間傳播，電磁波在泄漏電纜內(nèi)的傳輸損耗要小很多，因此，該直連方式所帶來(lái)的最大技術(shù)問(wèn)題，就是需要避免相鄰基站間的相互干擾。上述YD/T2115-2010和YD/T2117-2010標(biāo)準(zhǔn)、以及我國(guó)現(xiàn)存的主流無(wú)線寬帶技術(shù)，均采用時(shí)分同步方式，系統(tǒng)內(nèi)基站設(shè)備都可參照GPS或北斗衛(wèi)星時(shí)鐘源進(jìn)行嚴(yán)格同步，同發(fā)同收，進(jìn)而巧妙地規(guī)避了基站因?yàn)樾孤╇娎|直連而可能導(dǎo)致的相互干擾。使得交叉重疊覆蓋成為可能。
[0025](4)頻率資源規(guī)劃方案:
406.5-409.5MHz 一共3兆頻率資源，為既滿足傳輸帶寬需求、也避免線路間相互干擾，可以采用如下資源優(yōu)化方案:
頻率資源劃分方案一:將406.5-409.5MHz頻段劃分為兩組資源，RU R2，各1.5MHz頻寬。
[0026]頻率資源劃分方案二:將406.5-409.5MHz頻段劃分為四組資源，rl、r2、r3、r4,各750KHz頻寬。
[0027]在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，將上述兩個(gè)方案結(jié)合使用。對(duì)于普通軌道區(qū)間，采用頻率資源劃分方案一，線路上通過(guò)“R1R2R1R2”的方式進(jìn)行頻率復(fù)用。對(duì)于地面兩線交匯的情況(注:因泄漏電纜的固有特征，其輻射衰減極快，呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)下降，所以只考慮相鄰兩條線交匯的情況)，采用頻率資源劃分方案二，即在交匯站及區(qū)間，兩條線分別使用rlr2和r3r4，從而避免了線路間相互干擾。但是，因?yàn)轭l率資源帶寬減半，導(dǎo)致車(chē)地通信的傳輸帶寬也相應(yīng)降低一半。為了保持傳輸帶寬不變，可在換乘站所屬各線的上下行區(qū)間內(nèi)分別再部署一套基站設(shè)備，通過(guò)增加資源來(lái)提升容量。即:線路A在換乘站的頻率規(guī)劃為:[R2]-rl- [r2]-rl-【R2】，注:【r2】為換乘站，【R2】分別為上下行車(chē)站，rl為區(qū)間增設(shè)的基站；線路B在換乘站的頻率規(guī)劃為:【Rl】-r3- [r4]-r3-【R1】，注:【r4】為換乘站，【Rl】分別為上下行車(chē)站，r3為區(qū)間增設(shè)基站。
【權(quán)利要求】
1.一種城市軌道交通⑶扣車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)覆蓋方法，其特征在于該方法包括: ⑴、通過(guò)泄漏電纜和智能天線的組合應(yīng)用，完成⑶扣車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)的覆蓋 1正線普通區(qū)間 將基站、電源、傳輸有源設(shè)備安裝在車(chē)站，沿軌道連續(xù)鋪設(shè)泄漏電纜，在車(chē)站處將泄漏電纜截?cái)?；基站信?hào)經(jīng)過(guò)合路器或電橋組成的信號(hào)分配系統(tǒng)后，接入到泄漏電纜中； . 6、正線大于2.0公里的地下長(zhǎng)區(qū)間 同樣將基站、電源、傳輸有源設(shè)備安裝在車(chē)站，沿軌道連續(xù)鋪設(shè)泄漏電纜，在車(chē)站處將泄漏電纜截?cái)?，同時(shí)在區(qū)間中部將泄漏電纜截?cái)?，并在此處也安裝基站、電源、傳輸有源設(shè)備，基站信號(hào)經(jīng)過(guò)合路器或電橋組成的信號(hào)分配系統(tǒng)后，接入到泄漏電纜中； 匕正線大于2.0公里的地面長(zhǎng)區(qū)間 在車(chē)站安裝基站、電源、傳輸有源設(shè)備和智能天線，區(qū)間不配置有源設(shè)備； 對(duì)于不具備智能天線安裝條件的車(chē)站，在相應(yīng)的區(qū)間沿軌道連續(xù)敷設(shè)泄漏電纜，在每.2-2.5公里附近有高架立柱的位置將泄漏電纜截?cái)?，將基站、電源、傳輸有源設(shè)備安裝在軌道下方的立柱上，通過(guò)射頻電纜將基站信號(hào)向上饋入泄漏電纜； 對(duì)于只有一側(cè)敷設(shè)泄漏電纜的車(chē)站，在該站無(wú)泄漏電纜的一側(cè)配置定向智能天線；對(duì)于兩側(cè)區(qū)間均未敷設(shè)泄漏電纜的車(chē)站，在該站配置全向智能天線； 么停車(chē)場(chǎng)和車(chē)輛段 在從正線進(jìn)入車(chē)輛段的支線上，沿軌道敷設(shè)泄漏電纜；車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)的外場(chǎng)，在信號(hào)樓處安裝智能天線；在車(chē)庫(kù)內(nèi)，依據(jù)常規(guī)的無(wú)線室內(nèi)分布方式采用射頻電纜、泄漏電纜和小天線完成信號(hào)覆蓋； ⑵、相鄰車(chē)站的無(wú)線信號(hào)交叉重疊覆蓋軌道區(qū)間，確保列車(chē)在正線區(qū)間線路上始終能同時(shí)接收到來(lái)自最近兩座車(chē)站的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)與地面之間的異地備份路由 1將鋪設(shè)在區(qū)間的泄漏電纜直接連通上下行基站，即區(qū)間上下行車(chē)站的基站共用貫通區(qū)間的泄漏電纜，通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)、并在實(shí)施過(guò)程中通過(guò)調(diào)整基站功率和智能天線高度，合理控制覆蓋范圍，在軌道區(qū)間形成交疊覆蓋； 以所有基站采用⑶3衛(wèi)星或北斗衛(wèi)星信號(hào)時(shí)鐘源進(jìn)行同步，避免基站間相互干擾； ⑶、地面雙線交匯換乘站無(wú)線通信信號(hào)的覆蓋 ^各線在換乘站的上下行區(qū)間均敷設(shè)泄漏電纜； . 6、優(yōu)化分配頻率資源 (I)、劃分為町和以兩個(gè)資源，各1.51取帶寬，采用町1？21？11？2復(fù)用模式，用于非換乘的普通區(qū)段； (II)、劃分為1*1、1*2、1*3、1*4四個(gè)資源，各7501(112帶寬；在換乘站，線路八使用1*1和1*2，線路8使用1*3和1*4 ；在換乘站所屬各線的上下行區(qū)間內(nèi)分別再部署一套基站設(shè)備；將頻率劃分為，線路六:【尺2】-『1- [1-21-1-1-【尺2】，【尺1】-『3-【1~4】-『3-【尺1】；其中，【『2】卜4】為換乘站，【以】【町】分別為上下行車(chē)站，1-11-3為區(qū)間增設(shè)基站。
【文檔編號(hào)】H04W16/26GK104469801SQ201410611014
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】張軍 申請(qǐng)人:上海厚澤信息技術(shù)有限公司