軌道交通無線通信的精細化設計建設與優化

楊咪

摘 要 隨著社會的發展進步，現代城市的軌道交通發展越來越迅速，技術不斷提升，無線通信技術功能也隨之不斷改善，結構向精細化方向發展，切實帶動了城市的發展和進步，提高了人們的生活質量。

關鍵詞 軌道交通;無線通信;精細化

引言

隨著科技發展和社會進步，軌道交通的地位在城市化建設中與日俱增。軌道交通的建設為我國的發展提供了有利機會，但是由于我國的城市軌道交通發展起步較晚、技術落后，特別是在通信系統方面，通過長期實踐探索才形成了一套將無線通信、電子監控、公專電話、廣播系統等相結合的完整的城市軌道交通通信系統。這些基本功能的實現，為以后發展做了充足準備。

1城市軌道交通發展概況

眾所周知，我國于1970年左右正式開始建設城市軌道交通系統，整個軌道交通系統的發展過程主要經歷了初始起步階段和后續探索階段。其中，初始起步階段主要是指我國建造北京地鐵一期工程這一重要的標志性城市軌道交通工程，工作人員從軌道交通系統工程藍圖、構想、設計、施工甚至后續運營的全部過程，前后共經歷大約11年時間。該工程的成功建設和運營不僅標志著我國城市軌道交通系統的建設和發展正式起步，而且在極大程度上鼓勵和直接推動了我國后續城市軌道交通系統的發展[1]。

軌道交通無線通信系統，跟隨軌道交通和無線通信兩個領域近二三十年快速發展，從1G快速演進到4G后實現由單一的系統應用迅速演進到多系統的語音、數據、視頻等多媒體應用。從最初的模擬無線調度通信（廣州地鐵一號線）和地鐵公安模擬350MHz，到數字集群通信（TETRA），再到1.8GHz的TD-LTE數據通信網/寬帶調度綜合承載網，以及2.4GHz/5GHz頻段的基于802.11a/b/g/n/ac等系列WLAN軌旁車地無線數據網，為信號、PIS、車輛在線監測、視頻回傳等提供了數據通信業務。城市軌道交通中所使用的無線通信技術，主要作用和目的是為了保障軌道交通的安全運行，以此提供乘客的信息，具體涉及對軌道交通的監控、調度等，例如車載CCTV、信號系統CBTC以及PIS技術等。

2軌道交通無線通信的精細化設計建設與優化策略

結合國內軌道交通建設的里程，無線通信技術的發展以及在軌道交通中的應用，既有線路應用最廣的軌道交通無線通信系統有800MHzTETRA集群調度系統、信號車地無線2.4GHz傳輸網絡和LTE無線系統。下面結合具體應用，對無線網絡的優化提出一些建議，這些措施在網絡優化中已得到實施或測試，各城市情況可能不盡相同，僅供參考。

（1）800MHzTETRA網絡，該頻段是授權頻段，城市地鐵可申請的頻段內有200個頻點，同時城市應急網、民航、企業專網也在該頻段內，因此，頻率資源是相當緊張的，尤其是在城市地鐵線網異常復雜、地下政務（應急網）與地鐵專網共天饋的情況下，頻率短缺的問題尤為突出。優化網絡，減少頻點的整體需求，成為重要的解決方法。通過分析，我們充分認識到軌道交通線網的頻率需求有最大區域，該區域也是線網的最大頻率需求數。同時，機場專網、企業專網的覆蓋是小面狀的覆蓋區域，可以考慮整體的頻率復用，而地下應急網與地面的應急網上下整體是一張網，終端從地下到地面或從地面到地下是一漫游過程，兩張網整體考慮頻率復用。再者，地鐵專網與其他網絡復用頻率時的同頻干擾，需考慮到地鐵出入口信號是從地下泄漏出來的弱信號，地面快速衰落。基于以上原則，某些地鐵聯合相關單位進行測試、分析、優化，累計節約44對頻點[2]。

可以看出，地面應急網與軌道專網和地下應急的覆蓋范圍基本一致，因此：①地下、地面應急網的整體一張網復用，在地鐵出入口附近設置切換區域，類似運營商的GSM地鐵和地面網絡，將有效降低整體頻率需求。②軌道專網與地面應急網的頻率復用屬于異網同頻復用，需充分考慮復用距離。民航機場專網是小面狀覆蓋，而軌道專網頻率需求與線網特征密切相關（換乘最復雜區域的頻率需求最大也是線網的最大頻率需求）。從而得知軌道專網的頻率需求最大的兩個區域距離機場覆蓋區域分別是15km和10km，滿足異網頻率復用的距離，具備復用的條件。同時，軌道交通專網泄露到地面出入口的信號小，在復用距離外，不會對民航機場專網造成同頻干擾。因此，可全面復用民航機場頻率，進而降低整體頻率需求，提高頻率復用度，節約寶貴的頻率資源。

（2）由于歷史的原因，目前許多線路信號CBTC的車地通信采用基于2.4GHz的WLAN組網，2.4GHzWLAN是免費頻段，在智能終端充分普及的今天極易受到干擾，尤其是在高架區段。

機場城際車地無線通信采用LTE通信系統，使用國家1.8G專用頻率，承載綜合業務多，抗干擾能力強，數據傳輸移動性能好，數據傳輸速率高，覆蓋范圍廣。LTE車地無線通信系統包括核心網設備、基站（采用分布式基站，由BBU+RRU組成）以及車載子系統中的TAU和車載天線等。

區間用漏泄同軸電纜進行覆蓋，RRU采用兩通道設備，支持2T2R多天線技術，最大輸出功率80W（2×40W）。在實際的工程部署中，考慮一定的設計余量，RRU的間距可按照1Km設置。

WLAN系統雖然采用的是天線覆蓋，但是本系統采用的是漏纜覆蓋，抗干擾性強，并且WLAN系統采用的是2.4GHz或者5.8GHz的頻段，與所使用的1.8G頻段相距較遠，相互之間的雜散和阻塞干擾完全可以通過各自系統的濾波器抑制掉[3]。

3結束語

綜上所述，軌道交通無線必將跟隨無線通信技術的發展得到越來越廣泛的應用，把軌道交通帶入5G通信時代。正如5G通信不再是單一通信制式的更新，而是從人人通信、人物通信到萬物互聯通信一樣，軌道交通的無線通信業更注重萬物互聯通信，這將是多制式無線通信共存的局面。只有深入了解各專用業務需求，掌握各無線通信技術，并清晰還原各無線通信場景，才能設計建設緊密耦合軌道交通需求的軌道交通專網，也才能對既有無線網絡進行有針對性的優化和升級。

參考文獻

[1] 陳沛吉.C-V2X技術在城市軌道交通協同駕駛中的設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2019.

[2] 王若昆，王錫奎.短距離無線通信技術在城市軌道交通系統中的應用[J].科技經濟導刊，2018，26（31）：81.

[3] 陳利育.新時代背景下城市軌道交通通信系統的現狀及前景研究[J].通訊世界，2018（6）：41-42.