PIDS

乘客信息顯示系統

是實現以人為本、進一步提高地鐵為乘客服務質量、加快各種信息（如：乘客行車、地鐵公益廣告、安防反恐、運營緊急救災、天氣預報、新聞、交通信息等）傳遞及實現列車視頻監控的的重要設施，是提高地鐵運營管理及經營開發水平，擴大對乘客服務範圍的有效工具。

PIDS系統的功能定位是主播運營、安防反恐信息，適當插播地鐵公益廣告、天氣預報、新聞、交通信息，實現列車視頻監控，在緊急情況下運營緊急救災信息優先使用。

PIDS系統無線局域網技術概述

在地鐵中,高速運行的列車作為一個移動的物體,如何能夠實時地從地面獲取最新最快的信息,成為城市軌道交通行業的乘客信息顯示系統發展的必然趨勢。如果按照以往的做法,用固定介質作為載體等到每天收車後再將文件複製到列車上的播放服務器,那樣既需要耗費很多的時間和人力,並且信息的獲取實時性也得不到保證,恰好無線局域網技術的實施將徹底改變這種情況,PIDS移動寬帶傳輸網採用無線局域網技術802.11g標準,作為PIDS系統無線傳輸信息的基礎平台,為信息流從線網控制中心,再到各車站、各列車提供了高速、穩定、可靠的傳輸服務,把列車和地面的信息流網絡無縫的連接成一個整體,從而保證了車地信息傳輸的安全性、實時性。

PIDS移動寬帶傳輸網系統主要由無線交換機、分線交換機、車站交換機、車輛段交換機、光端機、鋪設在隧道和車輛段中的無線基站設備(AP,含定向天線)、列車中的無線接入設備(含天線)等等構成。其中除了無線交換機、無線基站設備之外,其他設備都屬於分線OCC子系統、車站設備子系統、車輛段設備子系統和車載設備子系統。

線網控制中心設置本線移動寬帶無線傳輸網的無線交換機,管理和控制本線移動寬帶無線傳輸網的工作,以達到在全線範圍內,實時、無縫的完成車、地間的圖像和數據傳遞。

由無線交換機、無線AP和無線網橋構建無線局域網,符合WLAN 802.11g標準。無線AP是不需和無線網絡交換機直連,它們之間是可以透過以太網交換機(不管是二層或三層)、路由器或其它網絡設備互通。當無線AP插入到網絡上啓動後,無線AP是會自動和無線網絡交換機建立GRE隧道的連接,之後從無線終端所發出到數據都回會經無線AP的GRE隧道傳到無線網絡交換機。同樣當數據鬚髮送到無線終端上時,則必先經過無線網絡交換機和AP建立的GRE數據隧道,然後再經AP發送到無線終端。

裝在列車上的車載設備終端從分線服務器接收數據時,需要經過分線交換機、無線交換機、車站交換機(或者車輛段交換機)、光端機、無線基站、無線接入設備。其中從無線交換機到無線基站的鏈路屬於有線鏈路,從無線基站到無線接入設備的鏈路屬於無線鏈路。

2 PIDS無線局域網傳輸鏈路的計算

2.1 有線鏈路的各個路徑如下:

分線服務器和分線交換機之間的鏈路為光纖,帶寬為1000Mbps,分線交換機和分線服務器通信的交換端口固定的;無線交換機和分線交換機之間的鏈路為光纖,帶寬為1000Mbps,分線交換機和無線交換機通信的交換端口固定的;

分線交換機和車站交換機(或者車輛段交換機)之間的鏈路為光纖,帶寬為1000Mbps,分線交換機和車站交換機(或者車輛段交換機)通信的交換機端口是固定的,但由於車載設備會漫遊到屬於不同車站交換機的AP範圍內,因此從車載設備的數據接收鏈路來説,從分線交換機到車站交換機的鏈路是變化的;

車站交換機(或者車輛段交換機)與AP之間的鏈路是光纖以及5類線(通過光端機進行光電轉換),帶寬為100Mbps,通信的交換機端口是固定的,但由於車載設備的漫遊特性,從車載設備的數據接收鏈路來説,從車站交換機到AP的鏈路是變化的。

2.2 隧道中無線鏈路的場強變化情況如下:

無線信號的場強與距離的2.6次方成反比。

以AP為中心向隧道兩邊擴散(因為採用的是向正反兩個方向輻射信號的定向天線);

在兩個AP之間的重疊覆蓋區域會出現場強消和漲的情況。

在2.4GHz頻段上,當AP端的天線增益為15dB,網橋的天線增益為8dB,網橋和AP的發射功率均為20dBm,則當網橋和AP天線直接沒有障礙且天線完全對準的情況下,接收到的功率與其距離的關係如下表所示。

接收設備輸入端接收到的信號強度:

Pin=Pt+Gt+Gr-Lp-Lf

其中:Pt為發射功率(20dBm);Gt為發射天線增益(15dB);Gr為接收天線增益(8dB);Lp為傳輸路徑損耗;Lf為總的饋線損耗和車體損耗(10db)。

隧道內長直隧道傳輸路徑損耗可按下列模型計算:

Lp=32.45+20lg(f)+23lg(d)(dB)(1)

上式中,頻率f 單位為GHz(2.45GHz),距離d 單位為米。

隧道信號強度分佈

地面高架線路長直軌道傳輸路徑損耗可按以下模型計算:

Lp=32.45+20lg(f) +20lg(d) (dB)(2)

上式中,頻率f 單位為GHz(2.45GHz),距離d 單位為米。

實際上,無論隧道線路還是高架地面線路,傳輸路徑損耗還與收發天線的高度,軌道的轉彎半徑,發射天線與接收天線的角度等實際情況有關,實際損耗將大於自由空間模型計算的損耗。

對於網橋或AP,當工作在802.11g 54Mbps的速率情況下,接收靈敏度為-73dBm。

基於802.11g標準的PIDS移動寬帶傳輸網系統,可達到的淨吞吐量數據如下表所示:

因此根據上述鏈路預算,我們選擇每200米基準佈置一個無線AP,並根據實際環境靈活調整AP間距,通過上面數學計算,無線信號覆蓋完全能滿足數據傳輸的需要,從而保證了視頻文件傳輸帶寬的要求。使從控制中心下發的視頻流能夠有效地傳遞到列車上並接收,同時列車上的視頻監控系統文件也能夠實時地上傳到控制中心,使控制中心能夠及時地監控到運行列車中車廂裏的狀態,對行車安全方面有了更全面的保障。