深圳地铁乘客资讯系统场段信号覆盖优化

李凯凯

（深圳市地铁集团有限公司运营总部，广东 深圳 518040）

0 引 言

乘客资讯系统（Passenger Information System，PIS）是使用先进的网络和媒体技术将信息传输至地铁乘客的信息系统，可以给乘客提供最新的信息资讯，如天气预报、列车到站时间、新闻资讯、安全出行提示、消防及反恐信息、便民服务信息以及政府信息等。

1 乘客资讯系统分析

1.1 系统构成

深圳地铁PIS系统除个别线路外，基本采用北京冠华天视数码科技有限公司的设备，由中心子系统、车站子系统、车载子系统以及网络子系统（有线网络和车地无线网络）构成。PIS系统网络采用交换机组网方案[1]。轨道交通网络运营控制中心（Network Operation Control Centre，NOCC）与车站采用星型结构组网，车站与所辖轨旁设备采用星型结构组网，车载设备通过PIS无线网络与中心、车站进行通信。

中心子系统包括PIS网管（设在NOCC监控网管室）、供总调度和电力调度使用的车辆监控终端（设在NOCC调度大厅）、中心操作员工作站（设在NOCC调度大厅）、NOCC集中播控系统（设在NOCC编播中心室）、核心交换机、中心接入交换机（设在NOCC专用通信设备室）、主备中心服务器、中心磁盘阵列、中心车载视频监控管理服务器、中心多媒体转发服务器、直播数字编码器、中央音视频切换矩阵、中心多媒体视频服务器以及中心接口服务器[2]。

车站子系统主要包括汇聚交换机、视频切换设备、光收发器、车站服务器、接口服务器、液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）、全彩发光二极管（Light Emitting Diode，LED）屏、光纤配线架（Optical Distribution Frame，ODF）以及多电脑切换器（Keyboard Video Mouse，KVM）等。车站轨旁设备有天线、光缆以及区间无线接入点（Access Point，AP）箱等。

车载子系统包括列车LCD屏、2层交换机、3层交换机、车载监控主机、车载触摸屏、8口分屏器、车载POE供电模块、车载AP、天线以及车载摄像头[3]。整个PIS系统拓扑结构如图1所示。

图1 PIS系统拓扑

1.2 车地无线网络

随着多媒体技术的发展，地铁车载视频监控系统和PIS系统所需的数据吞吐量也越来越大，对车地无线网络提出了更高的要求[4]。为了满足新一代深圳地铁PIS系统的应用要求，地铁设计人员在地铁3期工程中引入了IEEE802.11n标准，同时采用多天线技术等，设备基于802.11n标准可以同时以多组信道的方式传输数据，从而提高传输总带宽。根据现场实地测试，地铁3期工程车地通信数据传输实时带宽达到100 Mb/s左右。

1.3 AP组网设计

和国内大多数轨道交通线路相同，深圳地铁也采用在地铁沿线布设AP箱和接收天线组建车地无线网络实现车地间的实时通信[5]。根据现场隧道弯曲度等情况，每隔120 m左右在轨道旁安装无线AP设备，AP机箱上方安装发送信号的定向天线，天线与AP之间通过射频电缆连接，相邻的2套AP设备都进行信号冗余覆盖，保证在隧道等区域能够实现比较均匀的无线场强覆盖。此外，隧道中安装的设备都采用IP65级别的箱体防护，进一步提升了系统的稳定性。

车站以星网连接模式将车站节点交换机与隧道和场段区域内的AP点通过光缆连接，为每个区域的AP设备提供独立可靠的传输链路，并且通过传输设备与控制中心的服务器等核心设备通信。控制中心的服务器通过地面AP设备对列车进行访问，从而实现移动业务的管理。列车则通过车载接收设备与轨旁AP进行通信，接收中心下发的指令，并上传列车安防设备和PIS系统的数据[6]。

2 场段信号覆盖优化

深圳地铁多数线路都是以H3C WA4320-TQ型AP组建车地无线网络，实现乘客信息与车载安防数据的无线传输。在运营初期，中心网管人员无法实现对全部回库车辆进行数据连接作业，总是有一部分车辆的车载主机无法连接场段内的AP。经过工作人员对连接场段内的AP进行检查，发现AP通道被固定车辆占用，导致后入场的车辆无法与场段内AP建立连接[7]。夜间列车回库后，由于车与车之间距离较近，因此同频干扰大、传输效率低，影响车地数据同步。当PIS网络系统增加车载安防业务后，数据的上行压力持续加大，直接导致远程连接功能受到影响。

针对以上问题，通信专业人员需要对现场进行充分勘查和测试，只有提供足够的信道并改变信道分布，才能使同一区域的列车都有空闲的AP可以连接，从而缓解同频压力。为了实现所有车辆可以被后台维护人员远程巡检，需要在停车场进行车地无线Mesh自动切换测试，以达到在车库内使用多信道传输数据。由于5G频段资源充足，因此可以利用多频段实现多信道分布，从而减少信号干扰，提高传输效率。正常客运线路上采用单信道传输，解决车库晚上回车较多在同一密闭空间抢占同一信道资源而导致的远程连接不流畅问题[8]。多信道分布转化如图2所示。

图2 多信道分布转化

通过对频段信道的重新规划，在为AP提供充足信道的同时，实现信道自动分配。优化自动信道计算方式，选取列车AP接收到的信号强度最优值，为列车AP选择最优信道，实现网络信号优化[9]。自动信道选择如图3所示。

图3 自动信道选择

增添车辆标签自动识别功能，通过车辆段关键位置AP将经过的列车AP打上标签，从而满足自动信道切换机制的实施[10]。入库时，车载AP工作在固定信道44，识别Mesh头中的标记Mode1（表示使用固定信道）。当检查到工作在信道44的Mode7（表示使用 AUTO 信道）AP且Mode7的AP为主链路时，判断列车正由正线即将驶入停车库，此时AP执行信道AUTO指令，将信道工作在AUTO信道进行轮询[11]。出库时，车载AP工作在AUTO轮询信道，识别Mesh头中的标记Mode7，会出现以下3种情况。一是车载AP识别到没有主链路，则计时器启动检测，并切换到手动信道；二是当Mesh主链路信号强度低于限定标准时，切换到手动信道；三是主链路不再是Mode7，二是直接切换到手动信道。这些情况都表示列车即将进入正线，此时AP执行固定信道指令，调整工作信道为信道44。

通过以上改造，停车场AP重新在中心上线，并且PIS业务正常[12]。网管人员能够通过无线网络对车载PIS和安防主机进行上传和下载业务。

3 结 论

在地铁车载设备的日常维护管理工作中，场段无线信号的优化大大提高了日常检修和故障处理的效率，确保了列车数据传输的时效性。在原有硬件基础上通过软件优化实现场段信号覆盖增强，节约了大量成本，同时为后续线路建设和既有线路信号改造提供了思路。