城市轨道交通中无线通信技术的应用研究

赖飞

摘要：城市轨道交通中无线通信技术的应用要积极应对行业挑战与需求，依托LTE技術优势对轨道交通通信环境进行优化，满足多样化运营需求。本文分析了城市轨道交通无线通信技术面临挑战，探讨了城市轨道交通中无线通信技术的具体应用，希望能为轨道交通中无线通信技术的发展应用提供帮助。

关键词：轨道交通；无线通信技术；LTE；应用

随着城市快速发展，城市交通压力越来越大，发展公共交通、轨道交通则成为城市建设的重中之重，高速移动状态下的车地无线传输性能是提升轨道交通通信质量的瓶颈。目前国内城市轨道交通车地无线系统受技术标准体制限制，车地无线实时通信效果不佳，存在着图像传输不连续不清晰、上下行视频并发图像质量差等严重问题，影响运营使用，探讨城市轨道交通中无线通信技术的应用有重要参考价值。

1.城市轨道交通无线通信技术面临挑战

城市轨道交通作为城市建设的重中之重，高速移动状态下的车地无线传输对于通信提供提出了更高的要求，以确保安全运营的实现，满足业务多样化需求。车地无线通信系统要求主要以业务宽带化、运行高速化、管控实时化等为主，城市轨道交通中流媒体、高清广告实时播放等宽带业务需要车地无线网络提供足够宽的传输管道；随着轨道交通最高设计时速从60km/h向120km/h的迈进平均时速可高达200km/h，对高速移动场景下的网络性能力提出挑战；为满足安全运营需求，需将运行列车车厢实时视频监控回传，管控实时化要求较高。以上这些高要求使得无线通信技术的应用遭遇了诸多平静，致使城市轨道车地无线业务的开展受到影响。

目前城市轨道交通行业应用的车地无线专网WLAN解决方案，不仅安全性、可靠性欠佳，在满足行业需求方面更是有着诸多不足，比如抗干扰性能差、安全隐患多、多网络共存且覆盖范围有限、部署和管理维护难度增大、无法保障高移动态下的稳定带宽等，都严重制约了轨道交通建设中无线通信的发展与应用。

2.城市轨道交通中无线通信技术的应用

LTE无线专网是轨道交通车地无线理想选择，以LTE为代表的无线通信技术在解决城市轨道交通无线通信问题方面发挥了重要作用，有利于城市轨道交通建设的推进，下面结合郑州市地铁工程对城市轨道交通中LTE的应用进行分析。

2.1LTE技术优势

LTE是3GPP标准组织制定的目前最先进的无线通信技术，是无线通信技术的发展趋势。城市轨道交通中LTE技术具有以下应用优势：一是抗干扰性能强，有助于保证整体网络环境稳定性，二是无线覆盖范围大，单小区覆盖范围可达1.2km，降低了小区切换频度和设备维护成本，三是支持高可靠性的无损切换和快速及时的无缝切换，以及基于非竞争的快速随机接入，越区切换时延、丢包率低，四是支持高达9级的业务优先级控制，同一张网上可承载多业务，并对不同的业务分配不同的优先级，实现全方位QoS保障。

2.2地铁应用环境

郑州市地铁工程建设中无线通信技术的应用主要面临三个典型挑战，一是乘客信息系统（PIS）数据传输实时性、稳定性无法保证，二是车载视频监控数据无法实时回传，三是设备故障率高、维护困难。轨道交通复杂且专业性较强，对于可靠性、安全性有较高要求，因此无线通信技术的应用必须考虑到与系统内列车控制、乘客信息、行车调度、安全监控、车辆和路轨设备检测等模块的对接，尤其是在快速移动情况下，必须确保通信技术的可靠性，基于4G技术的eLTE成为必然选择，对于实现轨道交通系统的高宽带、多功能、智能化的发展有积极促进作用。eLTE通信技术方案在解决轨道交通运营通信过程中要对系统内业务应用层、承载网络层和终端层等进行优化，三个层面设备互有接口，联合协作，共同支撑轨道交通系统的高效运营，同时联合该其他子系统与设备确保高速运行状态下通信传输的实时性与可靠性。

2.3业务层应用

LTE无线通信技术在提供CBTC（基于无线通信的列车自动控制系统）业务承载的同时，可满足城市轨道交通大流量宽带数据业务，如PIS（乘客信息系统）、CCTV（视频监控系统）、数据采集等。列车自动控制系统作为神经中枢需要切实的安全保障，业务应用层中列车控制信号系统肩负着调节列车运行间隔和运行时分、提高列车运行效率等责任，CBTC系统的应用借助无线通信技术代替了传统轨道电路作为传输媒体来实现列车运行控制，CBTC与eLTE无线通信系统接口的性能、可靠性都为列车运行安全服务。应用WiFi来承载面临着无线干扰问题，采用4G移动通信技术可有效解决干扰问题，通过对eLTE系统相关参数的优化和调整可满足列车控制运行的专业要求。乘客信息系统有承载多媒体需求，eLTE系统为适应PIS系统高清视频实时广播的特点以及不同行车区间的业务需求，通过集成在TAU中的无线通信模块，对接车载的视频播放系统以及视频监控系统，满足实时动态信息的传播与输送需求。

2.4应用实践

LTE端到端技术方案在郑州地铁工程的应用满足了PIS高清化车地无线传输需求，利用匹配轨道应用场景的增强覆盖技术减少了设备数量，利用AFC频偏纠正技术保证了高速场景下的稳定数据传输，利用漏缆、天线、室分多种覆盖方式实现了不同区域的无缝覆盖。超宽带无线车地通信解决方案充分利用了LTE在高速移动状态下接入性能好、业务带宽高的特性，结合专业的无线规划方案，为地铁提供了近20Mbps的下行无线带宽，开创了轨道交通领域乘客信息系统实时高清化的先河，为改善地铁乘车环境、提升运营安全与效率提供了有利保障。另外华为与Funkwerk积极合作，开发了基于LTE模块的同时支持GSM-R和LTE的双模车载台，进一步实现了基于LTE的车载终端的技术突破，为推动eLTE商用提供了强有力支持。

3.结束语

综上所述，城市轨道交通建设中LTE无线通信技术的应用有效规避了传统技术弊端，解决了车地无线实时通信中的诸多问题，为优质地铁乘车环境的建设与轨道交通系统高效管理提供了有力支持，有利于全面提升轨道交通运营工作质量。

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