淺析城市軌道交通車地寬帶移動通信

陳爽

摘 要：目前車地寬帶移動通信可以考慮的技術(shù)有：無線數(shù)字集群通信TETRA技術(shù)、GSM技術(shù)、CDMA技術(shù)、3G技術(shù)、無線局域網(wǎng)技術(shù)（WLAN）、WiMAX無線寬帶接入技術(shù)、LTE技術(shù)以及一些專業(yè)廠家專有無線通信技術(shù)等。本文針對以上各移動通信技術(shù)制式對城市軌道交通的適用性、可行性及可靠性進(jìn)行淺析。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通車地寬帶移動通信

引言

隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，城市軌道交通已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械氖走x交通方式，因此軌道交通客流量也在與日俱增，軌道交通安全和運營管理顯得尤為重要。為使城軌公安部門、運營管理部分能夠更加及時有效的維護(hù)車廂內(nèi)的秩序，并為乘客提供列車運行、公告、緊急疏散指示等運營信息以及新聞、商業(yè)廣告等公共信息，車地寬帶移動通信隨之應(yīng)運而生。目前無線通信技術(shù)眾多，以下就城市軌道交通車地寬帶移動通信進(jìn)行淺析。

1 功能需求

1.1 將控制中心下發(fā)的播放列表和播放內(nèi)容以及實時新聞下傳至車載設(shè)備。

1.2 列車攝像頭采集到的視頻信號能通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至控制中心。

2 帶寬需求

城市軌道交通設(shè)計最高時速為120km/h，要求在此時速下仍能滿足帶寬需求如下：1路8Mb/s（MPEG-2）的視頻節(jié)目（下行），2路2Mb/s（MPEG-4或H.264）的車載監(jiān)控圖像（上行），合計12Mbps。

3 技術(shù)比較

3.1 無線數(shù)字集群通信TETRA、GSM、CDMA、3G等技術(shù)

無線數(shù)字集群通信TETRA技術(shù)、GSM技術(shù)、CDMA技術(shù)、3G技術(shù)均為非常成熟的技術(shù)，使用面較廣，有著良好的應(yīng)用實例。但是這四種技術(shù)針對于車地寬帶移動通信均存在帶寬不足的缺陷。

3.2 無線局域網(wǎng)技術(shù)（WLAN）

無線局域網(wǎng)技術(shù)（WLAN）是目前應(yīng)用最為廣泛的一種移動寬帶傳輸技術(shù)，是由IEEE 802.11工作組規(guī)定的無線通信系統(tǒng)。IEEE小組相繼推出了802.11b、802.11a和802.11g三個物理層標(biāo)準(zhǔn)和802.11n草案。

802.11b通常也被稱為Wi-Fi，工作在2.4GHz頻段，可支持最高11Mbps的共享接入速率；802.11a工作在5.8GHz頻段，其速率高達(dá)54Mbps，分頻采用OFDM技術(shù)，但最高速率的無障礙接入距離降到30～50米；802.11g也采用OFDM技術(shù)，與802.11a一樣可支持最高54Mbps的速率，同時它工作在2.4GHz頻段，因此可以做到與802.11b兼容，而最高速率是802.11b的5倍。802.11n工作在2.4 GHz 或5 GHz，可與以前的 IEEE 802.11b/g 設(shè)備通信兼容，其速率可達(dá)108Mbps，甚至600Mbps，但目前只是一個草案。

由于WLAN技術(shù)在靜態(tài)裝置下開發(fā)的無線數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)速度達(dá)到120km/h時，傳輸速率明顯下降，但802.11a、802.11g、802.11n網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定帶寬均大于12 Mbps，仍能滿足城市軌道交通車地寬帶移動通信的帶寬需求。

3.3 WiMAX無線寬帶接入技術(shù)

WiMAX全球微波互聯(lián)接入采用IEEE 802.16d/e標(biāo)準(zhǔn)，其中802.16d屬于固定無線接入標(biāo)準(zhǔn)， 802.16e則具有移動性，可在提供移動高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時保證高質(zhì)量的VoIP語音業(yè)務(wù)。

802.16空中接口相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

空間接口標(biāo)準(zhǔn)空間接口相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

802.16 固定寬帶無線接入（10-66GHz）

802.16a 固定寬帶無線接入（2-11GHz）

802.16d 固定寬帶無線接入（2-66GHz）

802.16e 固定和移動寬帶無線接入

802.16e技術(shù)主要面向?qū)拵?shù)據(jù)用戶，其使用頻率低于6 GHz的許可頻段，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定可以支持車載速率的移動業(yè)務(wù)，即至少可以支持120 km/h的移動速度，略低于3G的移動速度，802.16e可以靈活地選擇雙工方式，對雙工方式?jīng)]有做強制規(guī)定，可以支持TDD，也可以支持FDD。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要采用點對多點（PTMP）方式，也可以支持Mesh結(jié)構(gòu)。

802.16e定義了空中接口的物理層和MAC層規(guī)范，物理層可以支持單載波、OFDM、OFDMA三種方式。在這種物理層方式中，以O(shè)FDM和OFDMA為主，它具有較高的頻譜利用率，而且802.16e可以使用不同的載波帶寬，從1.75～20MHz不等，在采用較大的載波帶寬時，802.16e系統(tǒng)就具有比3G系統(tǒng)更高的傳輸速率。

3.3.1 WiMAX優(yōu)勢

實現(xiàn)更遠(yuǎn)的傳輸距離。WiMAX所能實現(xiàn)的50km的無線信號傳輸距離是無線局域網(wǎng)所不能比擬的，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍。

提供更高速的寬帶接入。據(jù)悉，WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mbit/s，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。

提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

提供多媒體通信服務(wù)。由于WiMAX較Wi-Fi具有更好的可擴(kuò)展性和安全性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務(wù)。

3.3.2 WiMAX劣勢

標(biāo)準(zhǔn)制定方面：802.16e標(biāo)準(zhǔn)化工作正在進(jìn)行，除空中接口標(biāo)準(zhǔn)尚未完成以外，802.16還存在一個問題就是缺乏網(wǎng)絡(luò)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)體系不完善。802.16僅僅規(guī)范了基站和移動臺之間的空中接口，沒有規(guī)定基站和基站之間，基站和網(wǎng)絡(luò)側(cè)的協(xié)議。在切換、移動性管理和終端狀態(tài)管理等與蜂窩組網(wǎng)有關(guān)的方面，還不夠成熟，需要進(jìn)一步完善。

頻率問題：目前已經(jīng)認(rèn)可的是3.4～3.8GHz許可證頻率和5.725～5.85GHz免許可證頻率。很多國家允許使用更高的頻率，將其當(dāng)作5GHz免許可證頻段的一部分，目的是室外應(yīng)用。

WiMAX芯片生產(chǎn)廠商少，導(dǎo)致設(shè)備制造商的成本很高，基于IEEE 802.16e的WiMAX的系統(tǒng)解決方案商業(yè)化程度低。

3.4 LTE技術(shù)

LTE技術(shù)是3G的演進(jìn)，始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)，它改進(jìn)并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO為核心技術(shù)。TD-LTE是中國LTE標(biāo)準(zhǔn)，是TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)。其主要特點是盡可能繼承TD-SCDMA的系統(tǒng)特點，在此基礎(chǔ)上通過多載波的方式擴(kuò)展數(shù)據(jù)速率，滿足LTE的需求。LTE高傳輸帶寬、低延遲、廣域覆蓋可以很好的滿足城市軌道交通車地寬帶移動通信的需求。

3.5 廠家專有無線通信技術(shù)

由于城市軌道交通車地寬帶移動通信要解決快速移動下的切換、干擾和流量等問題，因此，一些廠家針對這些特點，結(jié)合自身技術(shù)特點，形成特有的無線通信系統(tǒng)，如德國得力風(fēng)根公司專有技術(shù)TRainCom-MT車地?zé)o線寬帶技術(shù)、烽火通信公司的Railview車地?zé)o線寬帶系統(tǒng)等。這些專有技術(shù)在行業(yè)內(nèi)部均有小范圍運用，但專有技術(shù)后期維護(hù)成本高，一般不建議使用。

4 結(jié)束語

根據(jù)以上分析，無線數(shù)字集群通信TETRA技術(shù)、GSM技術(shù)、CDMA技術(shù)、3G技術(shù)無法滿足城市軌道交通車地寬帶移動通信需求；WiMAX設(shè)備有技術(shù)優(yōu)勢但設(shè)備供貨商少，價格相對較高；廠家專有無線通信技術(shù)后期維護(hù)成本高；WLAN、LTE技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)化水平高，均已投入到城市軌道交通車地寬帶移動通信的建設(shè)中。

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