八通线无线通信系统场强测试方法及结果分析

1 研究意义和目的

轨道交通无线通信系统是高速运行的城市轨道交通列车与车下运营管理人员之间唯一的通信手段,担负着提高运营效率、确保行车安全及城市轨道交通乘客生命安全的重要使命。场强测试是衡量无线通信系统网络覆盖状况的主要手段,场强的强弱是无线通信网建设和使用中重点关注的指标之一。

北京地铁八通线为双线全封闭线路,沿途连接了CBD商务区与东部中心城区通州区。随着经济的发展,沿线建筑物逐渐增多增高,信号衰减随之增大,产生新的弱场,影响到无线通信的质量,成为安全运营的隐患。因此,尽快找到弱场区域,消除隐患,确保无线通信的畅通,迫在眉睫。

2 地铁八通线无线通信系统概述

2.1 覆盖区描述

地铁八通线无线通信系统,是对地铁13号线既有无线通信设备进行扩容后建立起来的,采用了摩托罗拉Dimetra数字集群通信解决方案。

八通线无线通信系统在双桥、梨园站分别建立双载频(8信道)集群移动通信基站,以空间波的方式覆盖地面站及区间。对于位于建筑平台下或建筑遮挡下的四惠、四惠东和通州北苑站及区间,空间波无法有效覆盖。为解决这几处的弱场问题,在四惠、四惠东和通州北苑站增设光纤远端直放站设备,分别通过光纤与双桥基站直放站近端机相连,远端直放站再连接漏泄同轴电缆,完成车站及区间覆盖。对于土桥站和土桥车辆段的弱场问题,通过增设电直放站的方法解决。

2.2 频率配置方案

频率配置是对通信网络各节点设备进行使用频率的配置,其目的是尽可能降低和减少各种类型的频率干扰和提高频率的利用率。频率配置就是网络规划时频率复用的实现。在链状网(如铁路、公路)中,影响频率规划的主要因素是复用和同频干扰,通常采用二/三频组频率复用方式。

本系统的覆盖区域是典型的链状区域。根据TETRA数字集群系统的特点,并考虑到基站的可靠性,地铁八通线无线通信系统对每个基站配置2对频点(每个基站可提供1个控制信道和7个业务信道),具体配置为:双桥站(F7:817.5875MHz,862.5875MHz;F8:818.5875MHz,863.5875MHz),梨园站(F3:818.0875MHz,863.0875MHz;F4:819.0875MHz,864.0875MHz),共占用4对频点。其中梨园站与13号线霍营车辆段共用F3、F4两对频点。

3 测试所需设备及条件

3.1 所需设备

3.2 所需条件

(1)八通线无线通信系统正常运行(包括城铁主站设备);

(2)与运营单位协调落实实验列车及运行时间;

(3)列车在车辆段―四惠区间内往返运行一次;

(4)列车在正线运行时,匀速经过沿途各站,以便记录测试结果;

(5)列车从车辆段出发时,在列车头部使用车载台天线进行场强覆盖测试;列车从四惠折返时,在上行列车尾部进行测试。

4 测试步骤

4.1 硬件连接

将笔记本电脑与MTP850手台通过专用串口线连接好,将手台的天线拧下,把手台连接到车载台天线上,如图1所示(测试系统可选择外接GPS装置,也可使用手台本身的GPS功能):

图1测试系统硬件连接示意图

4.2 设备设置

(1)设置手台打开空中接口功能

方法:在手台键盘上输入:*#MENU=>数据服务=>空中跟踪=>打开空中接口

(2)设置电脑语言

方法:开始=>设置=>区域和语言=>高级=>英语(美国)

4.3 启动Motorola SCOUT软件

(1)在笔记本USB口上插入Motorola SCOUT软件加密器,启动SCOUT软件。

(2)选择菜单=>Configuration=>Radio and GPS Settings,如图2所示:

图2 Motorola SCOUT软件设置

4.4 数据记录

试验列车从车辆段开出后,单击“Record”按钮,开始记录数据;列车到达四惠站时单击“Stop”按钮,结束记录数据。记录过程如图3所示:

图3数据记录过程

列车从四惠折返时,使用上行列车尾部的车载台天线重复上述步骤进行下行线路数据记录。

4.5 测试结果输出

Motorola SCOUT软件可将测试结果以多种格式输出,其中Text(*.txt)文本格式和Google Earth(*.kmz)地图格式是比较常用的。本次测试选择后者。利用手台的GPS功能,在输出的测试结果中,已经准确地表示出了运营线路上各点场强的大小。

输出的数据可以通过Google Earth查看。从网上下载Google Earth软件并运行,在菜单栏选择文件=>打开,选中由Motorola SCOUT记录的数据文件(*.kmz格式)。

测试结果如图4所示,图中右侧彩色曲线就是测试的结果(西侧起点为四惠站,东侧终点为土桥车辆段),左侧显示了各个采样点具体的坐标和场强大小。

图4 测试结果

通过调节地图显示的比例,可以对重点部位进行观察。图5为土桥车辆段内某点的场强值,显示了该点的经纬度(北纬39º52′00.33″,东经116º41′08.23″)和场强大小(-81dBm)。

图5某重点部位的场强值

5 测试结果分析

本文从八通线无线信号的覆盖现状出发,通过解决八通线存在弱场的问题,实践了应用Motorola SCOUT场强记录软件进行场强测试的方法;给出了TETRA系统场强测试的步骤和八通线无线通信系统新产生弱场问题的处理方法,对目前北京地铁各个线路的无线通信系统具有普适性。

参照《集群通信工程设计暂行规定》(YD5034-97),结合北京地铁运营指挥对无线通信的需求,地铁八通线无线通信系统应该满足以下指标:

(1)系统天线空间波覆盖区占比:≥90%;

(2)漏泄同轴电缆辐射电磁波覆盖区占比:≥95%;

(3)通信质量指标优良。

对于移动通信系统的话音质量评定,无论是模拟体制还是数字体制,均广泛采用ITU的话音质量五级主观评分标准。因此,场强应为-105dBm,在工程上取10dBm余量时,能够满足基本要求。

另外,通过查看测试结果,发现高碑店站和九棵树站两站周围新建筑较多,场强信号衰减较大,造成话音质量较差。建议在梨园处增加直放站近端机,在高碑店站和九棵树站增加直放站远端机,增加这两段区间的场强值,消除弱场,使得通信质量指标达到优良水平,确保运营安全。

【作者简介】

梁 爽：毕业于北京交通大学通信工程专业，现任职于北京地铁通信信号公司指挥中心项目部，主要从事北京地铁1#、2#、八通线、13号线摩托罗拉Dimetra IP、专用无线调度系统、数据传输设备维护管理工作。曾参加2008年北京奥运会、残奥会地铁全网运营保障工作，和2009年9－10月的60周年国庆演练保障工作。