城市轨道交通车地无线通信的应用探讨

杨粹

【摘要】 本文以城市轨道交通车地无线通信的实际需求为切入点，明确城市轨道交通车地无线通信的应用要求，继而探讨了车地无线通信在城市轨道交通当中的具体应用方案，论证了利用TD-LTE技术构建城市轨道交通车地无线通信专网的可行性，以供参考。

【关键词】 城市轨道交通 车地无线通信 TD-LTE技术

处于高速移动状态的列车如何与地面实现良好的信息交互是当前地铁建设的主要考虑因素，基于满足地铁运营需求的目的，地铁隧道内部设置了各种车地无线通信系统，但是依旧无法彻底解决车地信息交互的问题。因此，如何满足地铁各系统与乘客对车地无线通信的实际需求，降低建设成本是相关从业人员需要重点思考的问题。

一、城市轨道交通车地无线通信的需求分析

1.1 无线集群调度信息

在地铁的正常运营过程当中，司机需要与调度员、值班员进行无线调度语音通话，司机与维护人员是主要的使用对象。当前，我国的地铁无线集群调度系统采用的主要是800MHz的数字集群系统（TETRA）。该系统不仅具备调度语音通信功能，还具备短数据传送功能。

1.2 列车控制信息

CBTC是应用范围最广的地铁信号专业系统，车地间的列车控制信息传送主要依靠ATC与CBTC两个系统的移动闭塞而实现。在无线通信制式，采用的常是WLAN技术，无线通道由地铁信号系统单独建立。

1.3 乘客信息多媒体信息

乘客信息多媒体信息的主要作用是向乘客播放各类新闻以及进行安全知识宣传。当前，我国地铁基本上采用的都是WiMAX、R ailView、DVB-T等技术，地铁车厢内的乘客是其主要的指向用户，其建设实施依赖地铁乘客信息系统（PIS）而实现。

二、城市轨道交通车地无线通信的应用要求

以地铁的无线通信需求为依据，可具体分为数据、语音、服务、控制、安全等类的信息。城市轨道交通车地无线通信的应用要求可概括为如下几点：

（1）要求拥有大带宽的传输能力，可顺利完成各种语音以及视频业务，更好地适应地铁系统的带宽需求，划分各种等级的业务，体现出信息传输的选择性，即是主次分明。

（2）拥有高速移动性，目前我国的地铁时速大约为80km/h，要求车地无线通信可满足在此时速之下的稳定传输需求，同时要求其具备足够的发展余地，可满足日后地铁时速高达120km/h的传输需求。具备一定的先进性，保证其核心技术在未来的30年之间不会被完全淘汰，系统标准化鲜明，满足相关的国家标准，适应产业链的发展需求。

（3）具有高度的可实施性，适应高架、隧道、轨道交通地下等特殊场合的实施需求，预留后期工程系统扩容的余地。可分为三个阶段：一是初期，要求具备承载乘客信息的多媒体功能，包括车载火灾自动报警系统信息、司机室客室图像信息等。二是近期，要求具备CBTC列车控制、无线集群调度、车载广播等功能。三是远期，要求具备承载其余各种无线信息的功能。

三、城市轨道交通车地无线通信应用的系统方案

3.1 总体方案

该系统采用的是TD-LTE系设备，以4级架构的形式进行设置，分别是中心级、车站级、区间级、车辆级。其中，中心级担任TD-LTE核心网设备角色，车站级是BBU设备，区间级是RRU设备，车辆级则是TAU设备。在区间覆盖方面，该系统采用的是合路方式，即是区间覆盖结合民用通信区间漏泄电缆，有助于扩大TD-LTE车地无线信号在隧道区间内的覆盖率。

3.2 控制中心方案

在控制中心设置一套网管设备以及TD-LTE核心网，以乘客信息系统核心交换机连接，依靠专属的通信传输系统所提供的以太网（ethernet）通道实现与各个车站的BBU相互连接。同时连接控制中心FAS、控制中心PIS的心互联接口，车辆内的全部FAS信息与检测信息均通过TD-LTE车地无线通信系统传输到控制中心核心网之上，随后再通过PIS实现转发，传输至车辆维修中心以及控制中心FAS。

3.3 车站与隧道方案

车站乘客信息系统跟数据交换机相互连接，同时在车站内设置一套BBU设备，以光纤为连接载体，实现与区间RRU的相互连接。RRU的主要作用是接收车辆TAU信息，随后再经过车站BBU乘客信息系统以及专用通信传输系统，将所接收的车辆TAU信息传输到控制中心之上。将合路器设备设置在隧道之内，整合TD-LTE车地无线信号与各个电信运营商的无线信号，随后馈人区间民用漏泄电缆之内，实现无线信号传输，以期覆盖整个区间。

3.4 车载与车辆段方案

将两套TAU设备分别安装在列车的两端司机室，并且在车顶的位置加装一套TAU天线设备，连接车辆控制总线、车载乘客信息系统、车载视频等。在此基础下，车辆的全部信息，包括检测信息、视频画面等均可实现上传至控制终端，同时接收PIS的多媒体播放信息。针对全部的车辆段均设置天馈系统、BBU、RRU，以期将整个地面场区进行覆盖，包括运用检修库、出入段线等。

四、城市轨道交通车地无线通信的应用测试

（1） RRC建立成功率。进行信号业务网络服务质量的测试，包括TAU与RRC的连接成功率，经测试，RRC建立成功率为100%。

（2） ERAB建立成功率。对ERAB与TAU的建立成功率进行测试，经测试，ERAB建立成功率为100%。

（3）切换成功率测试。计算总切换的次数与成功的次数比值，>97%视为正常，经测试，在列车运动的状态下，切换成功率达到98%以上。

（4）单用户上行吞吐率测试。经测试，单用户上行吞吐率最小为6.5Mbit/s，最大为8.2Mbit/s，平均为7.4Mbit/s。

（5）单用户下行吞吐率测试。经测试，单用户行吞吐率最小为6.1Mbit/s，最大为13Mbit/s，平均为8.5Mbitjs。

（6）切换时延测试。所谓的切换时延，即是在进行切换操作的过程当中，移动台切换至通信链路的所需时间，控制面的合理切换时延为50ms，而用户面则是控制面的两倍左右。

五、结语

综上所述，TD-LTE技术在城市轨道交通专网当中具有高度的应用价值，克服了地铁的电磁环境，实现了大带宽传输以及高速移动的重要目的，完成了多业务承载，有助于搭建可靠的地铁车地无线通信传输平台。当前，TD-LTE技术已经突破了支持集群调度通信系统的技术难关，因此，TETRA被TD-LTE技术所取代是大势所趋，有助于打破地铁内部各个系统之间所存在的连接障碍，促进资源整合，以期全面提高我国城市轨道交通车地无线通信的应用水平。