在采用cbtc系統的軌道交通車廂內架設移動通信路由的方法
【專利摘要】本發明是一種在采用CBTC系統的軌道交通車廂內架設移動通信路由的方法，在軌道交通的車廂內規則部署移動通信路由WCR。對各AP或MR，計算給定范圍內WCR對AP或MR的集總干擾，確定當WCR與AP或MR工作在同一個信道時，不干擾AP或MR正常工作時WCR的最大發射功率P1；確定一節車廂內WCR正常服務移動通信用戶所要求的最小發射功率P2；當P1≥P2，WCR持續廣播AP或MR的工作信道被長期占用，否則，調整WCR與AP或MR在異頻工作。本方法既能保證WCR在車廂內部正常使用，為用戶提供數據服務，同時還避免了WCR對CBTC的AP與MR干擾等安全隱患，具有較強的實用性。
【專利說明】在采用CBTC系統的軌道交通車廂內架設移動通信路由的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及軌道交通及移動通信【技術領域】，尤其涉及一種在采用CBTC(Communication Based Train Control,基于無線通信的列車自動控制)系統的軌道交通車廂內架設移動通信路由的方法。
【背景技術】
[0002]在城市軌道交通的地面、站臺和隧道等部分，不少運營線路已經局部或全程實現了 2G/3G網絡覆蓋。但是，車站和車廂作為人口稠密的熱點區域，其帶寬需求較強，數據流量較大。引入WLAN覆蓋可以有效分擔網絡負荷和網絡的容量壓力，為用戶提供更高速率的寬帶接入服務。
[0003]城市軌道交通大都采用基于通信的列車控制(CBTC)系統，其中的數據通信子系統(DCS)實現車-地雙向通信功能，為列車運行控制提供基本的數據和指令，是CBTC的關鍵技術之一。基于802.11標準的WLAN作為一個開放的標準，由于其在安裝、維護、擴展、兼容性等方面的優勢，已經被卡斯柯、西門子和阿爾卡特等國內外CBTC系統研發商作為車-地通信技術。因此，在城市軌道交通的運營線路上實現WLAN網絡覆蓋，既需要保證WLAN不對CBTC的DCS子系統造成干擾，還需要兼顧WLAN本身的可實現性和可用性。
[0004]針對我國國情，需要在對現有CBTC系統與WCR (移動通信路由)產品不做實質性調整的前提下，既能夠保證WCR在車廂內部的正常使用，為用戶提供數據服務，同時還要避免WCR對CBTC的軌旁無線接入點(AP)和車載移動接收點(MR)干擾等安全隱患，相關技術解決方案亟待出臺。

【發明內容】

[0005]為達到上述目的，本發明提供了一種在采用CBTC系統的軌道交通車廂內架設移動通信路由的方法。
[0006]本發明在采用CBTC系統的軌道交通車廂內架設移動通信路由的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟SI，在軌道交通的車廂內規則部署移動通信路由，獲取WCR、CBTC軌旁無線接入點(AP)與列車接收點(MR)的系統參數；所部署的WCR的位置均在列車車廂內側頂部中線上，沿列車運行方向線性排列，每節車廂至少部屬一個WCR設備；
[0008]步驟S2，對各AP或MR，計算設定范圍內的WCR到該AP或MR的距離，計算WCR對該AP或MR的集總干擾；
[0009]步驟S3，確定當WCR與AP或MR工作在同一個信道時，為不干擾AP或MR正常工作，WCR的最大發射功率Pl ；
[0010]步驟S4，在一節車廂內，計算WCR正常服務移動通信用戶所要求的最小發射功率P2 ；[0011]步驟S5，判斷Pl > P2是否成立，若是，執行步驟S6 ;反之，執行步驟S7 ；
[0012]步驟S6，在AP或MR的工作信道，對WCR做以下設置:持續廣播該信道被長期占用，且廣播信號的功率為介于Pl與P2之間的一個固定值，將其它信道作為WCR的工作信道；
[0013]步驟S7，調整WCR的工作信道，使WCR不使用AP與MR的正常工作信道。
[0014]其中，所述的CBTC系統與WCR系統工作在WLAN頻段范圍，其中，CBTC系統用IEEE802.11系列通信標準，所架設的WCR系統使用IEEE802.1 lg/n或更高制式的IEEE802.11系列通信標準。
[0015]其中，所述步驟SI中，設定兩車廂間物理距離為零，所部署的WCR，或是以每節車廂為單位均勻分布，此時每節車廂內WCR等間距(如WCR數量大于2個)，相鄰兩車廂距離最近的兩個WCR的間距與車廂內WCR間距無關，整輛列車的WCR部署方式統一；或是以整輛列車為單位均勻分布，此時全車所有WCR等間距分布。
[0016]其中，所述步驟SI中，獲取的系統參數包括CBTC軌旁AP與列車MR的工作頻點、發射功率、天線增益與方向圖、檢測門限和保護要求，以及WCR設備的工作頻點、發射功率、天線增益與方向圖、檢測門限和WCR用戶接收要求λ.。
[0017]其中，所述步驟S2中，對于列車各MR，計算主瓣朝向內的WCR設備的集總干擾，具體是:設有N個WCR，先確定各WCR到MR的距離，并依據自由空間傳播路徑損耗模型計算信號的傳播路徑損耗，然后確定各WCR到MR的干擾強度并求和，得到主瓣朝向內的WCR設備對MR的集總干擾。對于軌旁各ΑΡ，要估算AP受到WCR設備集總干擾的最壞情況，具體是:設有2Ν個WCR，求解傳播路徑損耗的最小值，然后確定各WCR到AP的干擾強度，對干擾強度求和得到各WCR設備對AP的集中干擾的最大值。
[0018]其中，所述步驟S4中，首先對車廂內移動通信用戶特征進行建模，如高度等，并獲取WCR用戶接收要求λ user等參數，然后計算WCR到車廂內最遠用戶的距離，根據計算的距離確定最遠用戶到WCR的傳播路徑損耗，并依據λ user,通過鏈路預算得到WCR的最小發射功率P2。
[0019]其中，所述步驟S6中，在CBTC系統與WCR系統使用IEEE802.1lg及更高制式的802.11系列通信標準的前提下，對WCR系統啟用該標準中的“CTS-to-self ”保護機制，具體是:在CBTC系統AP與MR的工作信道上，WCR持續發出CTS控制訊框，在CTS訊框中夾帶對該信道占用時長的信息，通過周期性設置足夠長的占用時間，使得車廂內全體WCR用戶長期回避該信道。CTS訊框既以802.llg/n或更高制式的OFDM等調制方式進行廣播，也通過CCK調制后進行廣播，以告知可能存在的802.1lb類用戶設備。
[0020]本發明方法立足我國國情，在現有CBTC系統大量投入使用、WCR設備密集使用的情況下，在對現有CBTC系統與WCR產品不做實質性調整的前提下，既能夠保證WCR在車廂內部的正常使用，為用戶提供數據服務，同時還避免了 WCR對CBTC的AP與MR干擾等安全隱患，具有較強的實用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的架設移動通信路由的方法的整體流程示意圖；
[0022]圖2為CBTC系統模型示意圖；
[0023]圖3為CBTC系統軌旁AP的示意圖；[0024]圖4為WCR設備集總干擾CBTC列車MR的計算示意圖；
[0025]圖5為WCR設備集總干擾CBTC軌旁AP的計算示意圖；(a)為AP距離各WCR的平面不意圖，(b)為AP距尚各WCR的立體不意圖；
[0026]圖6為兩部WCR設備集總干擾CBTC軌旁AP示意圖；
[0027]圖7為WCR鄰頻抑制能力示意圖；(a)為WCR設備的IEEE標準發射模板示意圖，(b)為WCR設備的實測頻譜圖；
[0028]圖8為WCR用戶接收示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下具體實施用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0030]如圖1所示，為本發明提供的采用CBTC系統的軌道交通車廂內架設移動通信路由的方法的整體流程，下面對本發明方法的實現進行具體說明。
[0031]如圖2所示,為CBTC系統建模得到的示意圖。
[0032]圖2是一段典型軌道交通的隧道線路，其中AB表示隧道直徑，⑶表示列車長度，DE表示列車高度，EF表示列車寬度。
[0033]軌旁無線接入點AP安裝在隧道壁上，距隧道底部高度由GH表示，位于同側隧道壁上相鄰的兩個AP的間距通常為250-350m，使用定向天線(八木天線)。
[0034]車載接收點MR天線安裝在列車首尾車廂的頂部，其高度接近列車高度，同樣使用定向天線(板狀天線)，采用紅綠兩個頻點進行備份，兩幅天線水平間隔略小于列車寬度。
[0035]以上定向天線的主瓣指向均沿軌道方向，從而保證車-地間通信鏈路有最大增
Mo
[0036]CBTC系統中的AP和MR的干擾保護要求統一為λ CBTC,以二者中保護要求較為嚴格的為準。
[0037]步驟SI，在軌道交通的車廂內規則部署若干WCR，獲取WCR、CBTC的AP與MR的系
統參數。
[0038]如圖3所示，所部署WCR的位置均在列車車廂內側頂部中線上，沿列車運行方向線性排列。所有WCR均使用全向天線。
[0039]每節車廂至少部屬一個WCR設備，但部署總數由需求決定。在研究WCR具體分布時，為便于計算，認為兩車廂間物理距離為零。在實際情況中，通常軌道交通列車的兩節乘客車廂是直接相通的。WCR分布大體包括兩種方式:
[0040].以每節車廂為單位，將WCR均勻布置在車廂內。
[0041]當每節車廂內WCR數量大于2個時，每節車廂內WCR等間距布置，相鄰兩車廂距離最近的兩個WCR的間距與車廂內WCR間距無關，整輛列車的WCR部署方式統一。
[0042].以整輛列車為單位，將WCR均勻布置在列車車廂內。
[0043]此時全車所有WCR等間距分布，每相鄰兩個WCR之間的距離相等，如圖3所示。
[0044]獲取的系統參數，包括:CBTC軌旁AP與列車MR的工作頻點、發射功率、天線增益與方向圖、檢測門限和保護要求等，以及WCR設備的工作頻點、發射功率、天線增益與方向圖、檢測門限和WCR用戶接收要求等。[0045]本發明實施例中，設WCR用戶正常工作的最小允許功率為Ausot。
[0046]步驟S2，在一定范圍內（若干節車廂)，計算距離一個AP或MR較近的一批WCR到該 AP或MR的距離，估算WCR到AP或MR的集總干擾。
[0047]分別針對CBTC列車MR與軌旁AP，計算相鄰一批WCR對其的集總干擾，此處需要選 擇恰當的路徑損耗模型，以及考慮列車車身的損耗。對于列車MR，考慮其天線方向性以及與 WCR的相對靜止性，有針對性地主要計算其主瓣朝向內的一批WCR設備的集總干擾；對于軌 旁AP，考慮到移動性，要估算其受到集總干擾的最壞情況，需要根據集總干擾隨列車移動過 程中的波動情況，估算出其集總干擾的上界。
[0048]一般采用自由空間傳播路徑損耗模型計算信號的傳播路徑損耗PL，如下式所示：
[0049]PL(dB) = 201og10(D)+201og10(f)+92. 45 (1)
[0050]其中，D表示傳播距離，單位為km，f表示頻率，單位是GHz，PL的單位為dB。
[0051 ] 一個WCR設備到CBTC的某個AP或MR的干擾強度I為：
[0052]I=PTX+GTX - PL - PE+GRX - FDR (2)
[0053]其中：
[0054]I ：CBTC系統中的AP或MR受到的干擾，單位為dBm ；
[0055]PTX ：WCR的傳輸功率，單位為dBm ；
[0056]GTX ：WCR的天線增益，單位為dBi ；
[0057]PL ：WCR與CBTC的AP或MR間的路徑損耗，單位為dB，根據式⑴的自由空間傳播 路徑損耗模型計算得出；
[0058]PE :車身損耗(單位為dB)，取10dB ;
[0059]GRX :WCR方向上的CBTC的AP或MR的天線增益，單位為dBi ；
[0060]FDR :頻率相關抑制度，視頻率隔離等其它因素決定，單位為dB。
[0061]由于集總干擾主要由WCR數量決定，以上WCR的兩種分布方式的差異對集總干擾 量級不會產生較大影響，因此下面主要基于第二種WCR分布方式進行干擾分析。
[0062]根據上述場景，以下將進行兩部分計算分析：（1) WCR集總干擾CBTC列車MR ; (2) WCR集總干擾CBTC軌旁AP。
[0063](1) WCR 集總干擾 CBTC 列車 MR。
[0064]列車MR位于車頭與車尾，受到來自車廂內WCR集總干擾的分析計算較為直觀，如 圖4所示。由于列車MR方向天線的朝向均沿著列車運行線路朝外，WCR干擾均來自天線背 瓣。不失一般性，選擇列車車頭單側的MR設備作為被干擾對象。為便于分析，假設共計算 距離列車MR距離最近的N個WCR的干擾，WCR的間距為d。
[0065]由于列車MR與WCR的發射高度非常接近，所以設二者相等。將距離計算轉化為二 維平面內。易知各WCR到該列車MR的距離為：
[0066]
【權利要求】
1.一種在采用基于無線通信的列車自動控制(CBTC)系統的軌道交通車廂內架設移動通信路由(WCR)的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟S1:在軌道交通的車廂內部署WCR，獲取WCR、CBTC軌旁無線接入點(AP)與車載移動接收點(MR)的系統參數；所部署的WCR的位置均在列車車廂內側頂部中線上，沿列車運行方向線性排列，每節車廂至少部屬一個WCR設備； 步驟S2:對各AP或MR，計算給定范圍內各WCR到該AP或MR的距離，計算范圍內的WCR對該AP或MR的集總干擾； 步驟S3:確定當WCR與AP或MR工作在同一個信道時，為不干擾AP或MR正常工作，WCR允許的最大發射功率Pl ; 步驟S4:在一節車廂內，計算WCR正常服務移動通信用戶所要求的最小發射功率P2 ； 步驟S5:判斷Pl > P2是否成立，若是，執行步驟S6 ;反之，執行步驟S7 ； 步驟S6:在AP或MR的工作信道，對WCR做以下設置:持續廣播該信道被長期占用，且廣播信號的功率為介于Pl與P2之間的一個固定值； 步驟S7:調整WCR的工作信道，使WCR不使用AP與MR的正常工作信道。
2.如權利要求1所述的架設移動通信路由的方法，其特征在于，所述的CBTC系統與WCR工作在WLAN頻段范圍，其中，CBTC系統用IEEE802.11系列通信標準，所架設的WCR使用IEEE802.llb/g/n或更高制式的802.11系列通信標準。
3.如權利要求1所述的架設移動通信路由的方法，其特征在于，所述的步驟SI中，獲取的系統參數包括=CBTC系統中軌旁AP與車載MR的工作頻點、發射功率、天線增益與方向圖、檢測門限和保護要求，以及WCR設備的工作頻點、發射功率、天線增益與方向圖、檢測門限和WCR用戶接收要求。
4.如權利要求1或3所述的架設移動通信路由的方法，其特征在于，所述的步驟SI中，所部署的WCR，以每節車廂為單位均勻分布，此時每節車廂內WCR等間距，相鄰兩車廂距離最近的兩個WCR的間距與車廂內WCR間距無關，整輛列車的WCR部署方式統一；或者，WCR以整輛列車為單位均勻分布，此時全車所有的WCR等間距分布。
5.如權利要求1或3所述的架設移動通信路由的方法，其特征在于，所述的步驟S2中，對于列車各MR，計算主瓣朝向內的WCR設備的集總干擾，具體是:設有N個WCR，先確定各WCR到MR的距離，并依據自由空間傳播路徑損耗模型計算信號的傳播路徑損耗，然后確定各WCR到MR的干擾強度并求和，得到主瓣朝向內的WCR設備對MR的集總干擾； 對于軌旁各AP，要估算AP受到WCR設備集總干擾的最壞情況，具體是:設有2N個WCR，求解傳播路徑損耗的最小值，然后確定各WCR到AP的干擾強度，對干擾強度求和得到各WCR設備對AP的集中干擾的最大值。
6.如權利要求1或3所述的架設移動通信路由的方法，其特征在于，所述步驟S3中，對于MR，通過WCR集總干擾與CBTC系統的MR的干擾保護要求λ CBTC,通過鏈路預算求得WCR最大發送功率P1 ;對于AP，通過WCR集總干擾與軌旁AP的保護要求λ CBTC,通過鏈路預算求得WCR最大發送功率P2 ;最終獲得WCR的最大發生功率Pl=Hiax {Pl, p2}。
7.如權利要求1或3所述的架設移動通信路由的方法，其特征在于，所述步驟S4中，首先對車廂內移動通信用戶特征進行建模，并獲取WCR用戶接收要求λ user,然后計算WCR到車廂內最遠用戶的距離，根據計算的距離確定最遠用戶到WCR的傳播路徑損耗，并依據λ user,通過鏈路預算得出WCR的最小發射功率P2。
8.如權利要求1所述的架設移動通信路由的方法，其特征在于，所述步驟S6中，在CBTC系統用IEEE802.11系列通信標準、所架設WCR系統使用IEEE802.llg/n或更高制式的802.11系列通信標準的前提下，對WCR啟用通信標準中的CTS-to-self保護機制，具體是:在CBTC系統AP與MR的工作信道上，WCR持續發出CTS控制訊框，在CTS控制訊框中夾帶對該信道占用時長的信息，通過周期性設置足夠長的占用時間，使得車廂內全體WCR用戶長期回避 該信道。
【文檔編號】H04W72/12GK103476128SQ201310367111
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2013年8月21日
【發明者】譚海峰, 王坦, 黃標, 李景春, 楊文翰, 陳京, 方箭 申請人:國家無線電監測中心