全自動運行線路車地無線通信系統技術研究
——以軌道交通工程為例

鄧懷安

（中鐵通信信號勘測設計院有限公司，北京 100036）

1 軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統的業務構成

列車實時狀態、車載實時監聽以及集群調度、列控信息是軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統技術的主要業務構成。傳統階段的通信系統技術作用于軌道交通工程時，由于技術有限，大部分均需連接獨立存在的多個通信網絡進行協作支撐。例如，我國首條軌道交通全自動運行線路，就是根據自身研究并且借鑒國外技術，通過互相協作的多個通信網絡支撐起了車地通信。其中：

1）關于列控信息：此條線路選用WLAN（頻段2.4 GHz）網絡予以信號系統支撐，由此完成車地通信中的列控信息業務。

2）關于媒體流及列車實況（狀態、監視）：選用WLAN（頻段5.8 GHz）予以通信系統支撐，由此完成媒體流及列車實況（狀態、監視）的檢測業務。

3）關于PIS文本信息以及語音調度：選用800 MHz雙中心的TETRA集群網絡。

通過分析我國首條軌道交通全自動運行線路，就可明晰我國軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統的業務構成[1]。

2 軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統技術

我國首條軌道交通全自動運行線路開通后，經過為期較長的演練和實戰，以及對自動運營場景的系統研究，發現軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統技術仍然存在較大進步空間。以下主要從制式架構、承載業務、接口功能等方面的變化和需求進行論述。

2.1 制式架構

軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統的制式架構要求可靠性、安全性、可用性以及可維護性。這些制式架構的性能要求是軌道交通全自動運行線路系統穩定、長期運營、線路安全、維修活動的關鍵判斷指標。通常情況下，對于制式架構的性能要求，也可簡稱為RAMS，屬于建設軌道交通工程全自動運行線路的核心依據。

2.1.1 保證系統的可靠性

應保證車地通信系統的可靠性，確保車地通信系統日常產生的各項數據不會受損或丟失。因此，建設軌道交通全自動運行線路車地通信系統時，為了備份業務，應該采用冗余的制式架構模式。具體而言，可以采用綜合承載（LTE）和分別承載（WLAN+TETRA）兩種模式。

1）網絡架構呈扁平化特征的LTE性能更加優越、可靠，可以及時、快速地實現無損切換與無縫切換。

2）LET還可做到隨機接入（非競爭性），可在越區時縮小100 ms的切換時延，保證小于1%的丟包率，單小區更能達到1.2 km的覆蓋范圍。

3）LTE模式的制式架構所需設備甚少，對于建設軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統，可以有效降低難度、節約成本，提高整個系統營運的可靠性。

4）相比而言，WLAN+TETRA模式的制式架構建設則需眾多設備，因而這種模式的網絡非常復雜，極易在越區切換中受到干擾。因此，LTE模式的制式架構由于保障機制完善、設備集成度高在實際應用中更具優勢[2]。

2.1.2 安全為本

為避免通信系統受到干擾，應選用專有頻道作為車地無線網絡建設支撐。

1）車地通信系統的無線網絡如果采用WLAN制式，則其抗干擾能力弱。這是因為此類制式的無線網絡需在使用過程中頻繁切換眾多設備，若切換過程中恰逢干擾源，就會威脅車地通信系統的安全，尤其是運行速度較高的列車如果采用WLAN制式更會嚴重影響所承載的業務質量。

2）LTE系統運用多項算法和手段將無線網絡的抗干擾性能進行優化，因而，軌道交通全自動運行線路逐漸采用LTE系統支撐車地通信，可使網絡環境最大程度不受干擾，呈現更高安全系數。

2.1.3 制式架構的可用性

隨著網絡通信技術的發展，LTE和WLAN+TETRA均已日趨成熟，可滿足軌道交通工程全自動運行線路的基本需求。但隨著軌道交通工程全自動運行線路的日益精進，主以窄帶作為架構的車地通信集群調度已經難以滿足逐漸豐富的場景應用，軌道交通的調度人員不僅需在控制中心“聽得見”，還需“看得見，看得真，看得清”，因此，如若因循守舊，仍然采用集群調度勢，必會影響控制中心的運作能力，應根據實際情況選擇LTE技術的制式架構。

2.1.4 選擇LTE技術

為了更好地滿足軌道交通全自動運行線路車地無線通信系統的可維護性，亦需逐漸摒棄WLAN+TETRA技術，轉而選擇LTE技術。因前者屬于分別承載模式，設備密集、系統復雜、故障點多且實際運行之中的維護，不僅需要耗費大量的人力、物力，而且也會基于維護的困難程度拖延維護時間。但后者設備集中，不僅可以減少維護次數，也可在發生故障時快速找準點位。由此可見，關于軌道交通全自動運行線路車地無線通信系統的制式架構，從核心性能對比而言，都應果斷選擇LTE技術，以此促使車地無線通信系統更加符合當前軌道交通全自動運行線路的實際需要[3]。

2.2 承載業務

軌道交通工程全自動運行線路車地通信系統的承載業務也在發生變化，例如，需改善視頻畫質、需同步語音圖像、需要更加清晰明確的實時監測狀態。通過這些變化可以看出，WLAN制式架構已無法全面符合軌道交通全自動運行線路的視頻監視標準；TETRA制式架構也已無法全面符合語音調度標準。因此，無論是WLAN制式架構，還是TETRA制式架構，都會影響全自動運行線路車地通信系統的可靠性和穩定性。而LTE技術，無論是業務帶寬，還是接入性能，都可滿足高速列車運行狀態下的車地通信，繼而改善視頻畫質，同步語音圖像，并且能夠提供更加清晰明確的實時監測狀態。由此可見，隨著軌道交通全自動運行線路車地通信系統的變化，需采用LTE制式架構進一步提高業務承載的全面性。例如，我國某軌道交通全自動運行線路，在無線車地通信系統建設過程中選用LTE技術作為支撐，這種轉變不僅可以滿足軌道交通全自動運行線路的全新需求，也可基于AB雙網的冗余備份制式架構為未來全自動運行場景留出帶寬容量。

2.3 接口功能

我國軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統技術愈加先進，傳統制式架構的接口功能已經無法全面滿足當前列車的運行需求。這是因為傳統階段列車運行需要司機進行嚴密操作，而目前階段列車運行已完全轉變為高度先進的自動化控制系統。與此同時，列車司機職能由傳統階段的主體操作轉變為對控制中心和自動化設備的分擔。做好控制中心和自動化設備的分擔工作不僅需要根據總臺指示完成調度，還需要扎實掌握各種安全預案，并能準確、快速地針對各類緊急狀況做出判斷與響應。

隨著我國首條軌道交通全自動運行線路的正式開通、運營，為了讓車地通信系統更好發揮功用、保障安全、提升服務，軌道交通全自動運行線路無線車地通信系統還在基礎調度功能之上，依據列車實際運營，特別增加乘客緊急呼叫功能。此項功能（簡稱IPH）不僅可有效增強軌道交通的服務能力，同時可對乘客緊急呼叫為控制中心傳輸實時畫面，進而促使控制中心的調度人員可以據此提高緊急故障的防御和處理能力。由此可見，傳統階段的制式架構已無法滿足目前階段的接口功能需求。因TETRA制式架構雖然可通過緊急呼叫幫助控制中心提供實時話音內容，但傳輸過程中由于功能有限，極易造成圖像語音不匹配、不同步等偏差問題。因此，需使用更為實際的LTE制式架構。這種技術可通過帶寬配置的增加有效提高集群調度指揮性能，進而可將乘客的視頻語音采用正面攝像頭同步傳輸至控制中心側。如此，全自動線路調度人員便可根據更加全面的實時數據有效解決故障問題，化危險于無形。

此外，隨著軌道交通全自動運行線路車地無線通信技術的進一步完善，關于接口功能的需求變化不僅體現在乘客緊急呼叫方面，還在場景聯動接口功能方面發生變化。區別于普通線路，全自動運行線路的創新之處在于通過制式架構的轉變大幅增加系統之間的聯動接口功能。具體而言，普通線路需要列車司機按照運行章程依次操作，而全自動運行線路則可基于系統之間的聯動接口功能實現高精準、高效率地全自動運行。這種技術突破對于列車運行而言，可起到巨大的安全保障作用，例如，列車運行過程中出現需要應急的場景，依靠列車司機依次操作會拖延應急時效，而聯動接口功能之下的全自動運行則可自動化、智能化地完成應急，有效提高應急過程中的準確性和及時性。所以，為進一步挖掘全自動運行線路車地無線通信系統的應有效能，還需為控制中心側傳遞更加全面的接口聯動功能。

3 軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統的實際演進

結合軌道交通工程全自動運行線路車地無線通信系統的RAMS要求，以及對近些年來全自動運行線路的需求變化分析，自我國首條軌道交通全自動運行線路開通、運營以來，相關從業人員付出不懈努力，將更加實用的車地無線通信技術通過研究試驗運用到一條全新的軌道交通全自動運行線路中。此條線路采取LTE技術作為車地無線通信系統的主體支撐，應用全程，收獲可觀成效，更好地滿足了當前全自動運行線路的諸多要求；相關技術人員還通過進一步的研究，在LTE技術之上展開終端嘗試，有效完成分發、回傳調度視頻以及接收、派發運營工單的功能創新。

4 結語

綜上所述，全自動運行系統即是依靠系統集成、通信控制以及現代計算機分析等技術，全過程完成列車自動化運行的軌道交通控制系統。目前階段，全自動運行線路車地無線通信系統需求變化主要表現在制式架構發生變化、承載業務發生變化、接口功能發生變化等方面。根據這些變化，為有效提高全自動運行線路車地無線通信系統的應用效能，某條全自動運行線路根據需求變化的分析對于無線通信系統做出實際演進，收效甚佳。