無線通信在城市軌道交通中的應用

王 飚

（中國城市軌道交通協會，北京100038）

近年來，城市軌道交通為緩解交通壓力發揮了重要作用，其中無線通信系統是保證城市軌道交通運輸效率的決定因素。無線通信投資額越來越大，不利于實現各系統的資源共享。探討城市軌道交通無線通信融合方案能夠最大程度地降低系統的重復建設，降低系統投資。

1 城市軌道交通無線通信系統建設現狀

非專用軌道交通車地業務需求主要包括政務、民用通信等，需要考慮地鐵無線覆蓋介質的共享，不建議無線通信設備進行整合。

目前，軌道交通各系統采用專用無線通信網絡的模式，這些系統復雜多樣，資源共享度低，不利于實現跨網絡綜合業務功能［2］。

鄭州地鐵1號線首次實現PIS車地無線系統，對軌道交通基于TD—m的無線技術應用做到了良好的示范。但是該技術實現多媒體信息下發、信號系統車地通信、列車FAs信息上傳、專用無線調度通信等傳輸方式。目前在國內軌道交通行業內暫無應用案例。

目前，車地無線通信業務CBTC信號系統帶寬需求為110 kbit／s，PIS需求為10 Mbit／s級別，車載監控業務的上行帶寬需求為5.25～8 Mbit／s。

城市軌道交通基本上采用無線局域網技術承載乘客信息系統。PIS影響乘車環境的舒適度，信號系統關系著行車安全和運行效率。城市軌道交通建設研究的重要問題是CBTC信號系統和PIS采用車地通信方式和措施來避免干擾，保證車地通信的可靠性、實時性、高帶寬等［3］。

目前，在城市軌道交通基本上是基于IEEE802.11系列標準的技術進行試驗性應用。國內城市軌道交通信號系統采用公共開放頻段的無線局域網（WLAN）技術。工程實踐證明，基于 WLAN的車地無線通信技術也存在一些局限性。

WLAN技術應用于列車速度低于120 km／h的地鐵線路。FHSS（跳頻擴頻）技術，有可能用于高速線路。

“哦，拜托，你不記得我了？”克里斯蒂娜邊做三明治邊問艾爾，“前幾天我們還一起上數學課，況且我也不是個安靜的人。”

在多個頻道同時工作的情況下要求兩個頻道的中心頻率間隔要高于5 MHz。802.1lb的優點是成本低，不容易被阻隔；缺點是帶寬速率較低，系統容量小。

我國北京、上海、廣州等許多城市地鐵車地無線通信多采用IEEE802.1lg標準的OFDM技術，優點是具備較高的網絡速率，不容易被阻隔；缺點是成本高，受設備干擾較大［4］。

WLAN技術具有可移動性和易于部署的優點，但是，當列車速度超過80 km／h時，其移動性則明顯不足，不能滿足城市軌道交通列車的快速移動性需求。

地鐵車地無線通訊系統包括無線集群調度信息，車載廣播信息，列車控制信息，乘客信息多媒體信息，司機室可視圖像信息及民用通信無線信息等。未來實現車地無線傳輸的信息會不斷增多。

因此，地鐵無線通訊系統發展的關鍵是要打破各系統分別建設車地無線系統的慣例，減少各種車地通信間的干擾，滿足乘客對車地無線通信的傳輸需求，降低建設運營成本。

2 TD－LTE主要技術

目前，國內已建成的軌道交通專用無線調度廣泛應用窄帶無線數字集群技術。TD—m技術相比VIUN＋rIErIm網絡更適合軌道交通多業務寬帶無線通信承載。

2.1 抗干擾能力強

國內的 WLAN采用的是2.4 GMHz的帶寬，大多數都是重疊的。采用 WLAN＋rI＇ETRA技術實現PIS系統顯然不利于安全運營。LTE有著完善的抗干擾技術，OFDM具有完善的編碼、重傳和IRC機制，可根據干擾情況動態調度資源。

2.2 傳輸速率較高

802.11 b采用2.4 GHz頻段，802.11 a工作在5.8 GHz頻段。但是系統不能很好地滿足移動的要求。rI＇ETRA滿足語音通信的無線數據傳輸需求，窄帶無線集群技術已經不能滿足大數據的需求。m網絡能夠為350 km／h高速移動用戶提供接人服務。

2.3 網絡結構簡單

m趨近于典型的IP寬帶網結構，結構簡單，系統時延較小。無線融合技術方案取代了各系統分設的量的區間設備。

2.4 QoS保證

WLAN二元安全架構易受攻擊，無法保證安全。m網絡可以最大程度地保證cBTc帶寬需求。

2.5 技術日漸成熟

m網絡已經在全球應用，國內可提供成熟可靠的產品。我國城市軌道交通車地無線系統融合的未來發展必然是要采用具有完全知識產權的TD－m無線寬帶集群技術。

目前常用的無線網絡系統方案主要包括無線局域網、數字移動電視技術及LTE技術等。

3 常用方案

3.1 WiMAX

WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術，采用OFDM調制方式，在一個射頻內速率可高達75 Mbit／s，也可用來提高頻譜效率、復用以及每射頻信道的平均吞吐量。WiMAX支持小區切換，提供電信級的多媒體服務等。可用數據帶寬優于3G系統，且投資小，維護相對簡單。WiMAX的傳播距離較遠導致其技術較為復雜［5］。

3.2 無線局域網（WLAN：Wireless Local Area Network）

WLAN是在目前技術水平下較成熟的技術，在我國城市軌道交通無線傳輸系統中應用廣泛。WLAN基于IEEE802.11標準，實現列車與地面之間的雙向高速通信。WEAN技術能將車廂內的視頻監控信息上傳到控制中心，還能實現便捷的安裝和故障定位；

WLAN網絡數據帶寬隨著移動速度的增加逐漸降低，無法實現高清信號的傳輸。WLAN系統的工作頻段為2.4 G頻段。這個頻段上如微波爐、藍牙設備、戶外微波鏈路和游戲控制器等都會對WLAN信號產生干擾，在2.4 G頻段上極易與地鐵其他無線網絡系統產生沖突。此外，WLAN系統的AP點覆蓋范圍較小。同時，列車在運行過程中，非常容易發生系統數據丟包，影響乘客信息系統的正常穩定運行。

3.3 數字移動電視技術

數字移動電視技術將視頻信號傳輸到車載接收裝置，能滿足高清多媒體信息傳輸 。數字移動電視技術系統傳輸帶寬可滿足實時傳輸高清視頻信號的要求，列車運行過程中覆蓋效果較好。數字移動電視技術是單向系統，所以必須額外增設其他輔助系統，實現實時雙向傳輸。

LTE技術是近兩年來3GPP啟動的最大的新技術研發項目，被看作“準4 G”技術。LTE項目的主要性能目標包括，改善小區邊緣用戶的性能；降低系統延遲，控制平面從睡眠到激活狀態時間低于50 ms，支持100 km半徑的小區覆蓋；支持成對或非成對頻譜。

LTE系統具有延遲低的特性。可以圓滿解決地鐵監控傳輸的難題，加強控制中心對列車運行狀態的實時掌控。但由于統的造價相對較高，沒有完成的應用實例。

WLAN和DVB—T兩種制式應用的最多最廣泛。目前的802.119標準最高的數據傳輸速率是54 Mbit／s，不能滿足高清視頻傳輸的要求。DVB—T方式有不能回傳的缺點。而LTE支持高速移動的寬帶無線通信，具有完善的抗干擾技術，在技術上來講非常適合乘客信息系統的應用。鄭州地鐵1號線國內首次使用了LTE車地無線通信。LTE技術將是未來地鐵系統無線傳輸模式發展的必然趨勢。

融合解決方案專用系統的核心是控制包括LTE核心網設備、信號系統服務器等業務應用服務器、網絡管理系統等中心子系統。TD－LTE基站設備用以實現控制中心的室內覆蓋，無線調度業務服務器DSS可提供專業的無線集群調度業務。

車站內主要安裝包括BBu、RRu的TD－LTE基站設備，可以實現本車站的站內覆蓋，實現拉遠覆蓋。在沿線各車站值班員處設置車站固定電臺。在車輛段及停車場通信機房內設BBu，RRu設備，需增加RRU對于弱場區進行覆蓋。

車載子系統為司機提供專業的無線集群調度通信。布置在每列車前后的司機車室內。集群車載臺采用與TAu共用車載天線的方式。

TD－LTE技術在鄭州城市軌道交通的運用，證明在軌道交通專網運用的可行性。TD－LTE技術實現了高速移動和多業務承載，指明了未來軌道交通車地無線通信發展趨勢。

目前TD－LTE無線傳輸平臺已經建設完成。將在地鐵的后續建設中不斷探索，實現各類無線信息平臺的整合。實現資源整合共享。

LTE寬帶數字集群技術，將在列車調度和改善乘客出行體驗等方面帶來創新性突破，必將成為地鐵運營調度的必然選擇。

4 結束語

城市軌道交通無線通信系未來技術發展的趨勢是專網通信向著各業務融合一體的寬帶無線通信網發展；TD－LTE技術方案將成為發展的主流方案。同時，需盡早進行擬采用TD—m無線通信承載網的軌道交通建設城市專用無線頻段的申請，以保證軌道交通無線通信的安全性和可靠性，便為今后業務的實施及拓展創造有利條件。