軌道交通無線通信綜合承載網解決方案研究

天津市地下鐵道運營有限公司　朱　偉

隨著人們的生活質量和水平的不斷提高，對軌道交通的安全性和舒適性也提出了更高的要求。從目前的情況來看，我國城市軌道交通的運營業務量與日俱增，以往傳統的軌道交通無線通信技術和方式已經無法滿足當今時代人們的需求。為了能夠提高服務品質，同時也能夠節約頻率資源，使整個無線通信系統能夠最大程度的發揮其效能，行業人員著力于建設新的軌道交通無線通信綜合承載網解決方案工作當中，從而推動軌道交通行業進一步的發展和進步。

1　軌道交通車地無線通信業務概述

1.1　信號系統

從目前的情況來看，在軌道交通行業當中，主要有以下幾個方面需要車地無線通信業務。

首先。是信號系統方面的需求。舊信號系統而言，該系統所傳遞的信息主要是列控CBTC信息，在這當中，地面相關的設施需要對軌道列車所傳輸的信息主要有列車識別號、移動授權、運營調整指令以及限速信息等內容，軌道車輛向地面的設備傳輸信息的內容主要有：列車的定位、行駛的速度、以及開關屏蔽門和列車的車組號等信息。列車在高速行駛的狀態之時，需要無線通信信號能夠穩定，并且要滿足帶寬的要求，同時還需要實現Qos的保障機制，要求主備冗余的雙向數據通道一定要滿足實時傳輸。

在列控系統的安全性、可靠性以及實時性方面，首先應當保持信息傳輸的延遲時間不能超過150毫秒，進行單一網絡傳輸之時丟包率不能超過百分之一，信息代碼錯誤率應當保持在0.00004%，如果列車與地面之間的通信網絡越區切換中斷時間應該在一百毫秒之內，提高系統設備的可靠性，使通信系統的無故障時間超過7×24小時。提高系統的可用性，保證其能夠在99.99%，同時也要把系統設備的平均故障修復的時間控制在半個小時以內。

列控安全性要求方面，系統所使用的信息傳輸通道應該是單獨的熱備冗余物理通道。對通信系統的安全檢測、備份與回復以及監控等相關的安全措施應當制定一套完善的工作體制，并且要建立相應的應急措施，另外還需要加大監管力度，避免工作人員出現違規操作，或者是系統遭到外來人員的供給和破環等不良情況出現。要把類型不一致的數據傳輸通道彼此隔離，納入到不同的虛擬局域網當中，以此類方式完成傳輸工作。當車載無線單元和地面基站之間進行數據的傳遞和通信時，需要先進行授權，從而形成關聯，如此可以使通信系統的安全性得到有效的保障。

軌道交通無線通信對于業務的帶寬也有一定的要求。首先，應當在列車的兩段分別冗余配置承載網的連接通道，通道的承載量要保證在100KB/以上，并且要考慮25%的余量，承載網的上行和下行應當控制在125KB/S，并且每列單網所承載的業務帶寬應當控制在2×125KB/S。目前，通常情況下每一個RRU的單一分區內，列車數量為2列,無線通信綜合承載網應當按照四列列車的預設承載來進行設計工作，并且要保證單網業務信息傳輸通道所承載的帶寬要在1MB/S以上。有些時候情況比較特殊，需要多列列車同時進入，所以列車與地面基站之間的無線承載網絡需要按照QOS的相關機制來進行調度，應該先保證信息傳輸的安全性，以此來滿足列控信息傳輸的安全性、實時性以及可靠性。

停車場以及車輛段信息同樣需要用到無線通信綜合承載網解決方案，不過復雜程度不高，只是把個別的列車需要傳輸的信息進行自我檢測，保證上行與下行傳輸道路保持在1MB/S就可以滿足當前列車運行控制業務工作的信息承載量。

1.2　乘客信息系統

該系統需要利用PIS系統向乘客播放相關的節目，以此來向乘客傳遞信息，其中主要有新聞、廣告、換車信息以及出行指南等，為人們提供便利的信息渠道，將所播放的內容在車載屏幕上進行實時播放。利用無線通信綜合承載網與PIS系統之間進行配合，從而時刻保持信息傳輸通道的高帶寬、低延遲的無線信息傳輸通道。

PIS對于傳輸帶寬具有一定的要求，通常情況下，需要無線通信綜合承載網能夠根據1080P的分辨率進行考慮，以H.264編碼的方式進行傳遞，采用組播的方式進行數據的傳輸，從而保證帶寬，使傳輸通道的下行通道為8MB/S。

1.3　視頻監控系統

應用軌道交通車地無線通信之時，使用車載視頻所顯示的圖像對整個運行過程實施監控，是當前無線通信綜合承載網最大的上行傳輸業務需求，傳輸的重要性僅次于信號系統。實現視頻監控功能對于帶寬的要求是根據720P分辨率進行考慮，利用H.264的編碼方式進行傳輸，保證每個通道的帶寬為2MB/S，上行帶寬為4MB/S。

1.4　緊急文本信息

在列車日常運行和行駛的過程當中，控制調度中心的工作人員需要向列車發送緊急文本信息，從而使列車上的緊急文本信息和PIS圖像進行疊加，從而實現向乘客傳遞信息的功能。

緊急文本信息對于帶寬的主要要求是單列車需要的傳輸帶寬為下行20KB/S，在進行無線通信綜合承載網設計工作之時，應當把單小區容量按照4列車進行設計，從而使無線通信承載網的帶寬為100KB/S。

1.5　其他系統

在軌道交通的項目當中，還需要無線通信綜合承載網傳遞安防監測信息、火災報警系統信息、列車運行狀態信息等，需要采用科學合理的技術對以上信息內容進行整合，在通過承載網進行統一的傳輸。針對此類信息傳輸所需要的帶寬主要是單列車傳輸帶寬要求上行為100KB/S。通常情況下，無線通訊綜合承載網單小區容量可以按照4列車進行設計，信息承載帶寬常為400KB/S。

2　傳統車地無線體制和存在的問題

從目前的情況來看，我國已經實行城市軌道交通工程信號系統，并且都采用無線局域網技術來實現，在2.4G頻段運行。因為該頻段向外界開放，所以很容易受到外部因素的干擾，從而使軌道交通的安全性受到了一定的影響。曾經出現過由于乘客所使用的無線設備使地鐵的信號系統產生混亂，從而導致停車的情況發生。

為了改善這一情況，我國使用軌道交通工程乘客信息系統無線通信部分的兩種技術和方式，即WLAN和DVB-T技術。WLAN技術并不適合快速移動的設備，盡管很多運營商和企業對此進行了優化和改進，但是在實際使用的過程當中，依然存在著諸多問題，在進行切換之時，會導致數據傳輸的速率明顯下降，帶寬存在不穩定的情況。在已經開通的工程當中，暫時不能完全滿足設計的要求，從而使視頻直播的監控圖像的信息傳輸工作受到了一定的影響。所以，很多時候并不采用這一方式來實現相關的信息傳遞功能。對DVB-T技術單套設備及逆

行配置工作之時，只是支持地面基站與車載設備之間的單項數據傳輸，并不能實現監控圖像進行實時上傳的功能，對于此種情況，需要單獨申請專用的頻率。

3　組網方案

3.1　LTE技術體制

LTE是網絡架構的一種形式，主要是以IP的扁平化網絡結構作為基礎，主要構成是無線網子系統eNodeB、終端設備以及核心網子系統等。在這當中，無線網子系統當中含有分布式基帶處理單元以及射頻拉遠單元的設備。

3.2　TD-LTE技術的寬帶移動性優勢

該技術與前文所述的兩種技術相比，具有一定的優勢。首先是移動接入性比較強，利用自動頻率矯正的方式保證列車在移動方式的場景之下信息傳輸通道的帶寬和質量，具有較高的帶寬接入能力，同時也具有很強的抗干擾性，將小區的吞吐率提高。

3.3　組網方案

一般情況下，可以采用兩套LTE設備冗余來組件兩張信息傳輸網絡，以鏈狀網絡結構部署兩套相同的BBU+RRU網絡，并且通過專用的傳輸系統提供的傳輸通道，將其接入到控制中心的核心網設備當中。

在隧道區間可以通過RRU技術與漏泄同軸電纜的方式進行覆蓋，在車輛段通過RRU和天線相互配合的方式實行無線通信綜合承載網的覆蓋。這兩張網絡彼此之間相互獨立，并行工作，彼此之間不存在任何的影響。

3.4　通信頻率的規劃

地下部分對于無線頻率的需求可以根據業務的實際情況來確定，兩張網可以共用20MHz的頻率資源來進行工作。其中的一張網的可以在15MHz的帶寬情況下進行組網，另一個利用其余的5MHz進行組網。對于地面部分的無線帶寬需求，可以利用10MHz的頻率資源，平均分配給兩個網絡。

4　結束語

無線通信綜合承載網在軌道交通當中得到了充分的利用。通過LTE技術能夠有效的提供無線通信綜合承載網的技術方案。以此項技術為基礎，建立無線通信網絡具有一定的優勢，能夠有效的提高使用效率，減少通信頻率資源的浪費，同時也具有很強的抗干擾性。在日后的工作當中，需要相關人員進一步的去探索和創新，從而使軌道交通無線通信網絡發揮出更大的作用得到更好的發展。

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