在采用cbtc系统的轨道交通车厢内架设移动通信路由的方法

在采用cbtc系统的轨道交通车厢内架设移动通信路由的方法
【专利摘要】本发明是一种在采用CBTC系统的轨道交通车厢内架设移动通信路由的方法，在轨道交通的车厢内规则部署移动通信路由WCR。对各AP或MR，计算给定范围内WCR对AP或MR的集总干扰，确定当WCR与AP或MR工作在同一个信道时，不干扰AP或MR正常工作时WCR的最大发射功率P1；确定一节车厢内WCR正常服务移动通信用户所要求的最小发射功率P2；当P1≥P2，WCR持续广播AP或MR的工作信道被长期占用，否则，调整WCR与AP或MR在异频工作。本方法既能保证WCR在车厢内部正常使用，为用户提供数据服务，同时还避免了WCR对CBTC的AP与MR干扰等安全隐患，具有较强的实用性。
【专利说明】在采用CBTC系统的轨道交通车厢内架设移动通信路由的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道交通及移动通信【技术领域】，尤其涉及一种在采用CBTC(Communication Based Train Control,基于无线通信的列车自动控制)系统的轨道交通车厢内架设移动通信路由的方法。
【背景技术】
[0002]在城市轨道交通的地面、站台和隧道等部分，不少运营线路已经局部或全程实现了 2G/3G网络覆盖。但是，车站和车厢作为人口稠密的热点区域，其带宽需求较强，数据流量较大。引入WLAN覆盖可以有效分担网络负荷和网络的容量压力，为用户提供更高速率的宽带接入服务。
[0003]城市轨道交通大都采用基于通信的列车控制(CBTC)系统，其中的数据通信子系统(DCS)实现车-地双向通信功能，为列车运行控制提供基本的数据和指令，是CBTC的关键技术之一。基于802.11标准的WLAN作为一个开放的标准，由于其在安装、维护、扩展、兼容性等方面的优势，已经被卡斯柯、西门子和阿尔卡特等国内外CBTC系统研发商作为车-地通信技术。因此，在城市轨道交通的运营线路上实现WLAN网络覆盖，既需要保证WLAN不对CBTC的DCS子系统造成干扰，还需要兼顾WLAN本身的可实现性和可用性。
[0004]针对我国国情，需要在对现有CBTC系统与WCR (移动通信路由)产品不做实质性调整的前提下，既能够保证WCR在车厢内部的正常使用，为用户提供数据服务，同时还要避免WCR对CBTC的轨旁无线接入点(AP)和车载移动接收点(MR)干扰等安全隐患，相关技术解决方案亟待出台。

【发明内容】

[0005]为达到上述目的，本发明提供了一种在采用CBTC系统的轨道交通车厢内架设移动通信路由的方法。
[0006]本发明在采用CBTC系统的轨道交通车厢内架设移动通信路由的方法，包括以下步骤:
[0007]步骤SI，在轨道交通的车厢内规则部署移动通信路由，获取WCR、CBTC轨旁无线接入点(AP)与列车接收点(MR)的系统参数；所部署的WCR的位置均在列车车厢内侧顶部中线上，沿列车运行方向线性排列，每节车厢至少部属一个WCR设备；
[0008]步骤S2，对各AP或MR，计算设定范围内的WCR到该AP或MR的距离，计算WCR对该AP或MR的集总干扰；
[0009]步骤S3，确定当WCR与AP或MR工作在同一个信道时，为不干扰AP或MR正常工作，WCR的最大发射功率Pl ；
[0010]步骤S4，在一节车厢内，计算WCR正常服务移动通信用户所要求的最小发射功率P2 ；[0011]步骤S5，判断Pl > P2是否成立，若是，执行步骤S6 ;反之，执行步骤S7 ；
[0012]步骤S6，在AP或MR的工作信道，对WCR做以下设置:持续广播该信道被长期占用，且广播信号的功率为介于Pl与P2之间的一个固定值，将其它信道作为WCR的工作信道；
[0013]步骤S7，调整WCR的工作信道，使WCR不使用AP与MR的正常工作信道。
[0014]其中，所述的CBTC系统与WCR系统工作在WLAN频段范围，其中，CBTC系统用IEEE802.11系列通信标准，所架设的WCR系统使用IEEE802.1 lg/n或更高制式的IEEE802.11系列通信标准。
[0015]其中，所述步骤SI中，设定两车厢间物理距离为零，所部署的WCR，或是以每节车厢为单位均匀分布，此时每节车厢内WCR等间距(如WCR数量大于2个)，相邻两车厢距离最近的两个WCR的间距与车厢内WCR间距无关，整辆列车的WCR部署方式统一；或是以整辆列车为单位均匀分布，此时全车所有WCR等间距分布。
[0016]其中，所述步骤SI中，获取的系统参数包括CBTC轨旁AP与列车MR的工作频点、发射功率、天线增益与方向图、检测门限和保护要求，以及WCR设备的工作频点、发射功率、天线增益与方向图、检测门限和WCR用户接收要求λ.。
[0017]其中，所述步骤S2中，对于列车各MR，计算主瓣朝向内的WCR设备的集总干扰，具体是:设有N个WCR，先确定各WCR到MR的距离，并依据自由空间传播路径损耗模型计算信号的传播路径损耗，然后确定各WCR到MR的干扰强度并求和，得到主瓣朝向内的WCR设备对MR的集总干扰。对于轨旁各ΑΡ，要估算AP受到WCR设备集总干扰的最坏情况，具体是:设有2Ν个WCR，求解传播路径损耗的最小值，然后确定各WCR到AP的干扰强度，对干扰强度求和得到各WCR设备对AP的集中干扰的最大值。
[0018]其中，所述步骤S4中，首先对车厢内移动通信用户特征进行建模，如高度等，并获取WCR用户接收要求λ user等参数，然后计算WCR到车厢内最远用户的距离，根据计算的距离确定最远用户到WCR的传播路径损耗，并依据λ user,通过链路预算得到WCR的最小发射功率P2。
[0019]其中，所述步骤S6中，在CBTC系统与WCR系统使用IEEE802.1lg及更高制式的802.11系列通信标准的前提下，对WCR系统启用该标准中的“CTS-to-self ”保护机制，具体是:在CBTC系统AP与MR的工作信道上，WCR持续发出CTS控制讯框，在CTS讯框中夹带对该信道占用时长的信息，通过周期性设置足够长的占用时间，使得车厢内全体WCR用户长期回避该信道。CTS讯框既以802.llg/n或更高制式的OFDM等调制方式进行广播，也通过CCK调制后进行广播，以告知可能存在的802.1lb类用户设备。
[0020]本发明方法立足我国国情，在现有CBTC系统大量投入使用、WCR设备密集使用的情况下，在对现有CBTC系统与WCR产品不做实质性调整的前提下，既能够保证WCR在车厢内部的正常使用，为用户提供数据服务，同时还避免了 WCR对CBTC的AP与MR干扰等安全隐患，具有较强的实用性。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1为本发明的架设移动通信路由的方法的整体流程示意图；
[0022]图2为CBTC系统模型示意图；
[0023]图3为CBTC系统轨旁AP的示意图；[0024]图4为WCR设备集总干扰CBTC列车MR的计算示意图；
[0025]图5为WCR设备集总干扰CBTC轨旁AP的计算示意图；(a)为AP距离各WCR的平面不意图，(b)为AP距尚各WCR的立体不意图；
[0026]图6为两部WCR设备集总干扰CBTC轨旁AP示意图；
[0027]图7为WCR邻频抑制能力示意图；(a)为WCR设备的IEEE标准发射模板示意图，(b)为WCR设备的实测频谱图；
[0028]图8为WCR用户接收示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下具体实施用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0030]如图1所示，为本发明提供的采用CBTC系统的轨道交通车厢内架设移动通信路由的方法的整体流程，下面对本发明方法的实现进行具体说明。
[0031]如图2所示,为CBTC系统建模得到的示意图。
[0032]图2是一段典型轨道交通的隧道线路，其中AB表示隧道直径，⑶表示列车长度，DE表示列车高度，EF表示列车宽度。
[0033]轨旁无线接入点AP安装在隧道壁上，距隧道底部高度由GH表示，位于同侧隧道壁上相邻的两个AP的间距通常为250-350m，使用定向天线(八木天线)。
[0034]车载接收点MR天线安装在列车首尾车厢的顶部，其高度接近列车高度，同样使用定向天线(板状天线)，采用红绿两个频点进行备份，两幅天线水平间隔略小于列车宽度。
[0035]以上定向天线的主瓣指向均沿轨道方向，从而保证车-地间通信链路有最大增
Mo
[0036]CBTC系统中的AP和MR的干扰保护要求统一为λ CBTC,以二者中保护要求较为严格的为准。
[0037]步骤SI，在轨道交通的车厢内规则部署若干WCR，获取WCR、CBTC的AP与MR的系
统参数。
[0038]如图3所示，所部署WCR的位置均在列车车厢内侧顶部中线上，沿列车运行方向线性排列。所有WCR均使用全向天线。
[0039]每节车厢至少部属一个WCR设备，但部署总数由需求决定。在研究WCR具体分布时，为便于计算，认为两车厢间物理距离为零。在实际情况中，通常轨道交通列车的两节乘客车厢是直接相通的。WCR分布大体包括两种方式:
[0040].以每节车厢为单位，将WCR均匀布置在车厢内。
[0041]当每节车厢内WCR数量大于2个时，每节车厢内WCR等间距布置，相邻两车厢距离最近的两个WCR的间距与车厢内WCR间距无关，整辆列车的WCR部署方式统一。
[0042].以整辆列车为单位，将WCR均匀布置在列车车厢内。
[0043]此时全车所有WCR等间距分布，每相邻两个WCR之间的距离相等，如图3所示。
[0044]获取的系统参数，包括:CBTC轨旁AP与列车MR的工作频点、发射功率、天线增益与方向图、检测门限和保护要求等，以及WCR设备的工作频点、发射功率、天线增益与方向图、检测门限和WCR用户接收要求等。[0045]本发明实施例中，设WCR用户正常工作的最小允许功率为Ausot。
[0046]步骤S2，在一定范围内（若干节车厢)，计算距离一个AP或MR较近的一批WCR到该 AP或MR的距离，估算WCR到AP或MR的集总干扰。
[0047]分别针对CBTC列车MR与轨旁AP，计算相邻一批WCR对其的集总干扰，此处需要选 择恰当的路径损耗模型，以及考虑列车车身的损耗。对于列车MR，考虑其天线方向性以及与 WCR的相对静止性，有针对性地主要计算其主瓣朝向内的一批WCR设备的集总干扰；对于轨 旁AP，考虑到移动性，要估算其受到集总干扰的最坏情况，需要根据集总干扰随列车移动过 程中的波动情况，估算出其集总干扰的上界。
[0048]一般采用自由空间传播路径损耗模型计算信号的传播路径损耗PL，如下式所示：
[0049]PL(dB) = 201og10(D)+201og10(f)+92. 45 (1)
[0050]其中，D表示传播距离，单位为km，f表示频率，单位是GHz，PL的单位为dB。
[0051 ] 一个WCR设备到CBTC的某个AP或MR的干扰强度I为：
[0052]I=PTX+GTX - PL - PE+GRX - FDR (2)
[0053]其中：
[0054]I ：CBTC系统中的AP或MR受到的干扰，单位为dBm ；
[0055]PTX ：WCR的传输功率，单位为dBm ；
[0056]GTX ：WCR的天线增益，单位为dBi ；
[0057]PL ：WCR与CBTC的AP或MR间的路径损耗，单位为dB，根据式⑴的自由空间传播 路径损耗模型计算得出；
[0058]PE :车身损耗(单位为dB)，取10dB ;
[0059]GRX :WCR方向上的CBTC的AP或MR的天线增益，单位为dBi ；
[0060]FDR :频率相关抑制度，视频率隔离等其它因素决定，单位为dB。
[0061]由于集总干扰主要由WCR数量决定，以上WCR的两种分布方式的差异对集总干扰 量级不会产生较大影响，因此下面主要基于第二种WCR分布方式进行干扰分析。
[0062]根据上述场景，以下将进行两部分计算分析：（1) WCR集总干扰CBTC列车MR ; (2) WCR集总干扰CBTC轨旁AP。
[0063](1) WCR 集总干扰 CBTC 列车 MR。
[0064]列车MR位于车头与车尾，受到来自车厢内WCR集总干扰的分析计算较为直观，如 图4所示。由于列车MR方向天线的朝向均沿着列车运行线路朝外，WCR干扰均来自天线背 瓣。不失一般性，选择列车车头单侧的MR设备作为被干扰对象。为便于分析，假设共计算 距离列车MR距离最近的N个WCR的干扰，WCR的间距为d。
[0065]由于列车MR与WCR的发射高度非常接近，所以设二者相等。将距离计算转化为二 维平面内。易知各WCR到该列车MR的距离为：
[0066]
【权利要求】
1.一种在采用基于无线通信的列车自动控制(CBTC)系统的轨道交通车厢内架设移动通信路由(WCR)的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤S1:在轨道交通的车厢内部署WCR，获取WCR、CBTC轨旁无线接入点(AP)与车载移动接收点(MR)的系统参数；所部署的WCR的位置均在列车车厢内侧顶部中线上，沿列车运行方向线性排列，每节车厢至少部属一个WCR设备； 步骤S2:对各AP或MR，计算给定范围内各WCR到该AP或MR的距离，计算范围内的WCR对该AP或MR的集总干扰； 步骤S3:确定当WCR与AP或MR工作在同一个信道时，为不干扰AP或MR正常工作，WCR允许的最大发射功率Pl ; 步骤S4:在一节车厢内，计算WCR正常服务移动通信用户所要求的最小发射功率P2 ； 步骤S5:判断Pl > P2是否成立，若是，执行步骤S6 ;反之，执行步骤S7 ； 步骤S6:在AP或MR的工作信道，对WCR做以下设置:持续广播该信道被长期占用，且广播信号的功率为介于Pl与P2之间的一个固定值； 步骤S7:调整WCR的工作信道，使WCR不使用AP与MR的正常工作信道。
2.如权利要求1所述的架设移动通信路由的方法，其特征在于，所述的CBTC系统与WCR工作在WLAN频段范围，其中，CBTC系统用IEEE802.11系列通信标准，所架设的WCR使用IEEE802.llb/g/n或更高制式的802.11系列通信标准。
3.如权利要求1所述的架设移动通信路由的方法，其特征在于，所述的步骤SI中，获取的系统参数包括=CBTC系统中轨旁AP与车载MR的工作频点、发射功率、天线增益与方向图、检测门限和保护要求，以及WCR设备的工作频点、发射功率、天线增益与方向图、检测门限和WCR用户接收要求。
4.如权利要求1或3所述的架设移动通信路由的方法，其特征在于，所述的步骤SI中，所部署的WCR，以每节车厢为单位均匀分布，此时每节车厢内WCR等间距，相邻两车厢距离最近的两个WCR的间距与车厢内WCR间距无关，整辆列车的WCR部署方式统一；或者，WCR以整辆列车为单位均匀分布，此时全车所有的WCR等间距分布。
5.如权利要求1或3所述的架设移动通信路由的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，对于列车各MR，计算主瓣朝向内的WCR设备的集总干扰，具体是:设有N个WCR，先确定各WCR到MR的距离，并依据自由空间传播路径损耗模型计算信号的传播路径损耗，然后确定各WCR到MR的干扰强度并求和，得到主瓣朝向内的WCR设备对MR的集总干扰； 对于轨旁各AP，要估算AP受到WCR设备集总干扰的最坏情况，具体是:设有2N个WCR，求解传播路径损耗的最小值，然后确定各WCR到AP的干扰强度，对干扰强度求和得到各WCR设备对AP的集中干扰的最大值。
6.如权利要求1或3所述的架设移动通信路由的方法，其特征在于，所述步骤S3中，对于MR，通过WCR集总干扰与CBTC系统的MR的干扰保护要求λ CBTC,通过链路预算求得WCR最大发送功率P1 ;对于AP，通过WCR集总干扰与轨旁AP的保护要求λ CBTC,通过链路预算求得WCR最大发送功率P2 ;最终获得WCR的最大发生功率Pl=Hiax {Pl, p2}。
7.如权利要求1或3所述的架设移动通信路由的方法，其特征在于，所述步骤S4中，首先对车厢内移动通信用户特征进行建模，并获取WCR用户接收要求λ user,然后计算WCR到车厢内最远用户的距离，根据计算的距离确定最远用户到WCR的传播路径损耗，并依据λ user,通过链路预算得出WCR的最小发射功率P2。
8.如权利要求1所述的架设移动通信路由的方法，其特征在于，所述步骤S6中，在CBTC系统用IEEE802.11系列通信标准、所架设WCR系统使用IEEE802.llg/n或更高制式的802.11系列通信标准的前提下，对WCR启用通信标准中的CTS-to-self保护机制，具体是:在CBTC系统AP与MR的工作信道上，WCR持续发出CTS控制讯框，在CTS控制讯框中夹带对该信道占用时长的信息，通过周期性设置足够长的占用时间，使得车厢内全体WCR用户长期回避 该信道。
【文档编号】H04W72/12GK103476128SQ201310367111
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】谭海峰, 王坦, 黄标, 李景春, 杨文翰, 陈京, 方箭 申请人:国家无线电监测中心