淺談基于漏纜傳輸?shù)腃BTC無線通信系統(tǒng)試驗(yàn) 淺談 通信系統(tǒng) 傳輸 試驗(yàn)

淺談基于漏纜傳輸?shù)腃BTC無線通信系統(tǒng)試驗(yàn)淺談通信系統(tǒng)傳輸試驗(yàn)淺談基于漏纜傳輸?shù)腃BTC無線通信系統(tǒng)試驗(yàn)論文本文關(guān)鍵詞：淺談，通信系統(tǒng)，傳輸，試驗(yàn)，論文

淺談基于漏纜傳輸?shù)腃BTC無線通信系統(tǒng)試驗(yàn)論文本文簡介：基于通信的列車控制(CBTC)系統(tǒng)依賴于數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)(DatamunicationSubsystem，簡為DCS)，而車地?zé)o線通信系統(tǒng)是DCS的重要局部。目前，CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)大多采用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，其工作頻段采用了2.4GHzISM公共頻段。但該頻段已有大量民用設(shè)備，且作

淺談基于漏纜傳輸?shù)腃BTC無線通信系統(tǒng)試驗(yàn)論文本文內(nèi)容：

基于通信的列車控制(CBTC)系統(tǒng)依賴于數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)(DatamunicationSubsystem，簡為DCS)，而車地?zé)o線通信系統(tǒng)是DCS的重要局部。目前，CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)大多采用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，其工作頻段采用了2.4GHzISM公共頻段。但該頻段已有大量民用設(shè)備，且作為開放頻段還有遭受惡意干擾的危險。實(shí)測中發(fā)現(xiàn)近間隔工作的2.4GHz頻段無線設(shè)備會明顯進(jìn)步CBTC系統(tǒng)丟包率。2022年11月，深圳地鐵發(fā)生的多起列車緊急制動事件，就是緣于乘客攜帶的MiFi設(shè)備(一種3G信號轉(zhuǎn)WiFi信號設(shè)備)干擾了CBTC系統(tǒng)。

徹底解決CBTC同頻干擾的方法就是采用專頻、專網(wǎng)，即CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)使用專用頻段，并且是獨(dú)立的無線通信系統(tǒng)。在上海開展了基于漏纜傳輸?shù)膶ｎl、專網(wǎng)CBTC信號系統(tǒng)試驗(yàn)，采用400MHz頻段，利用漏纜傳輸?shù)膬?yōu)勢，使單基站可以完全覆蓋相鄰兩區(qū)間，在相應(yīng)區(qū)間軌旁無其他有源設(shè)備。這大大簡化了系統(tǒng)構(gòu)造，進(jìn)步了系統(tǒng)可靠性，且便于維護(hù)。為證明低頻漏纜傳輸?shù)目捎眯约翱煽啃裕紫?，在上海大學(xué)的無線通信實(shí)驗(yàn)室對CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)的吞吐率、時延丟包、故障切換及CBTC網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)展測試;然后，在張江實(shí)訓(xùn)線上接入CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)，并進(jìn)展系統(tǒng)測試。

1CBTC無線通信系統(tǒng)

試驗(yàn)的車地?zé)o線通信系統(tǒng)采用北京信威通信技術(shù)股份自主研發(fā)的第三代無線通信技術(shù)———McWiLL(Multi-carrierWirelessInformationLocalLoop，技術(shù)多載波無線信息本地環(huán)路)，采用漏纜傳輸，其工作頻段為406.5～409.5MHz。

WLAN(無線局域網(wǎng))的車地?zé)o線通信系統(tǒng)主要采用定向天線傳輸技術(shù)，其天線的覆蓋范圍約200m。在高頻段CBTC系統(tǒng)另一種常見傳輸方式是漏泄波導(dǎo)管。漏泄波導(dǎo)管傳輸有較高的信噪比，其抗干擾才能增強(qiáng)，2.4GHz頻段的有效覆蓋間隔約300m，區(qū)間常要使用中繼設(shè)備。漏纜傳輸以其傳輸間隔遠(yuǎn)、可靠性高及造價低的優(yōu)點(diǎn)被越來越多地應(yīng)用在軌道交通中的調(diào)度、安防及乘客挪動通信等方面。

2性能測試

在上海大學(xué)無線通信實(shí)驗(yàn)室對車地?zé)o線通信系統(tǒng)的吞吐率、時延丟包、故障切換及CBTC網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)展測試。每臺McWiLL基站使用2個射頻口，合路后接入信道模擬器。信道模擬器可模擬隧道及列車高速運(yùn)行的環(huán)境，而車載終端與基站通信內(nèi)容由計(jì)算機(jī)軟件生成。

2.1吞吐率測試

吞吐率是指無線系統(tǒng)每秒可以傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。車地?zé)o線通信系統(tǒng)工作在400MHz頻段，其低頻的特點(diǎn)有利于信號的傳輸，但也將其帶寬限制在3MHz。雙網(wǎng)冗余覆蓋時，每網(wǎng)各分配1.5MHz帶寬，基站兩側(cè)區(qū)間各分配一組0.75MHz的資源。此時，單向理論吞吐率為750kbit/s?？紤]到公共信道、預(yù)留資源開銷等影響因素，實(shí)際吞吐率約在720kbit/s。測試方法為開啟單基站單側(cè)區(qū)間的一組資源對單終端發(fā)送UDP(用戶數(shù)據(jù)協(xié)議)數(shù)據(jù)流，觀測單向吞吐率。

2.2時延測試

實(shí)測發(fā)現(xiàn)，基站遠(yuǎn)端1km處的信號強(qiáng)度約-70dBm。隨著車載終端與AP的間隔增加，信噪比降低，只能采用較低階的調(diào)制方式，從而增加數(shù)據(jù)傳輸時延。由于在地鐵的實(shí)際運(yùn)行情況中，車載終端距基站1km已屬極限情況，故應(yīng)測試此時的時延能否滿足系統(tǒng)的傳輸要求。由測試用信道模擬器模擬車載終端距基站1km時環(huán)境，并由軌旁計(jì)算機(jī)與車載終端發(fā)送不同大小的數(shù)據(jù)包。車地?zé)o線通信系統(tǒng)的單向傳輸時延在50ms以內(nèi)，大字節(jié)的數(shù)據(jù)包時延略有增大，可以滿足CBTC系統(tǒng)需求。

2.3切換丟包試驗(yàn)

基于McWiLL的越區(qū)切換機(jī)制中，當(dāng)車載終端連續(xù)屢次檢測到的兩基站電平差值均滿足切換閾值時，即發(fā)生切換。實(shí)測發(fā)現(xiàn)切換時會出現(xiàn)極個別丟包，丟包率約0.01。測試采用軟件fping每隔100ms發(fā)送一個150B的數(shù)據(jù)包，同時抓包并分析切換過程。如在信噪比擬低時切換，那么傳輸更易出現(xiàn)丟包。測試通過調(diào)整信道模擬器，來模擬車載終端間隔基站的不同位置。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，終端距基站0.5km及1km處切換最大雙向時延約在100ms，切換時刻根本到達(dá)不丟包。

2.4故障弱化測試

當(dāng)基站設(shè)備故障時，系統(tǒng)應(yīng)盡量縮減通信中斷時間;當(dāng)基站控制設(shè)備核心網(wǎng)(SAC)發(fā)生故障時，基站射頻端口應(yīng)可以正常輸出，車載終端可以注冊成功;當(dāng)基站射頻設(shè)備發(fā)生故障時，車載終端應(yīng)快速切換;系統(tǒng)時間同步系統(tǒng)故障時，短時間內(nèi)應(yīng)不影響通信。

2.5CBTC信號仿真軟件

實(shí)驗(yàn)室測試常用fping或者Chariot等軟件來模擬CBTC數(shù)據(jù)流，其數(shù)據(jù)包單一、周期性強(qiáng)。而真實(shí)列車控制數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包種類多、周期復(fù)雜，且流量不均勻。故此次編寫了一套軟件來模擬CBTC數(shù)據(jù)流，并將其作為通信內(nèi)容在測試中使用，從而進(jìn)步了實(shí)驗(yàn)室測試的真實(shí)度。軟件按軌旁設(shè)備端和5臺車載終端共有6套程序。CBTC仿真數(shù)據(jù)流按照真實(shí)通信規(guī)那么，利用Socket函數(shù)進(jìn)展數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，并計(jì)算出單向時延。

3張江實(shí)訓(xùn)線試驗(yàn)

CBTC車地?zé)o線通信系統(tǒng)整體試驗(yàn)在上海的張江實(shí)訓(xùn)線上進(jìn)展。實(shí)訓(xùn)線線路長1.6km，甲、丙兩站之間間隔1km，漏纜沿軌道敷設(shè)。兩車站軌旁端各安裝2臺基站光纖拉遠(yuǎn)端RRU，組建紅藍(lán)雙網(wǎng)，其余基站設(shè)備安裝于車站機(jī)房內(nèi)。同實(shí)驗(yàn)室一樣，對單網(wǎng)運(yùn)行時列車的傳輸時延、基站切換、故障弱化等工程進(jìn)展測試。

試驗(yàn)首先需驗(yàn)證單基站能否覆蓋一站兩區(qū)間的范圍。13/8″漏纜在400MHz頻段傳輸衰減為13dB/km，鏈路預(yù)算后得出的車載終端接收電平約在-50～-70dBm。測試方法是用路測軟件沿線采集接收功率。試驗(yàn)結(jié)果顯示，區(qū)間內(nèi)的信號強(qiáng)度大多高于-70dBm，所有采集點(diǎn)信號強(qiáng)度均高于-75dBm，這證實(shí)了使用漏纜傳輸技術(shù)的無線通信系統(tǒng)可以獨(dú)立地覆蓋到車站及其相鄰的兩區(qū)間范圍。

一個重要的實(shí)測工程是將車地?zé)o線通信系統(tǒng)接入CBTC信號系統(tǒng)進(jìn)展聯(lián)調(diào)測試，將信號系統(tǒng)接入紅網(wǎng)，并用藍(lán)網(wǎng)測試傳輸性能?；诼├|傳輸技術(shù)的車地?zé)o線通信系統(tǒng)接入CBTC信號系統(tǒng)后，列車可正常行駛。列車在甲、丙兩站中間位置發(fā)生切換。在切換時刻傳輸時延增大，但根本沒有丟包出現(xiàn)，也未對列車正常行駛造成影響。在此過程中藍(lán)網(wǎng)車載終端使用ping命令測試與基站間通信的雙向時延，平均時延穩(wěn)定在50ms左右。

系統(tǒng)故障弱化性能工程測試中，如當(dāng)前所連基站發(fā)生故障，那么車載終端可以快速切換至另一基站，其通信中斷時間在1s內(nèi)。在基站控制器SAC發(fā)生故障時，終端可以再注冊，不影響正常傳輸和切換。如時間同步系統(tǒng)發(fā)生故障，那么短時間內(nèi)可正常通信，20min后基站停頓工作。

在張江實(shí)訓(xùn)線試驗(yàn)中，評估基于漏纜傳輸技術(shù)的CBTC系統(tǒng)性能，重要的是觀測試驗(yàn)時的列車運(yùn)行情況。車地?zé)o線通信系統(tǒng)接入CBTC試驗(yàn)后，列車往返甲、丙站共計(jì)50次，沒有出現(xiàn)因數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)故障而致的停車現(xiàn)象。這說明該系統(tǒng)根本滿足運(yùn)行要求。

4結(jié)語

試驗(yàn)說明，基于漏纜傳輸