城市轨道交通无线通信技术研究

丁小强

摘要 对于城市轨道交通系统而言，无线通信网络的完善直接关系到其整体安全水平。文章首先针對城市轨道交通系统实际工作环境中无线通信的需求展开说明和分析，而后进一步基于实际发展情况对该领域无线通信体系环境以及技术加以深入讨论，对于切实把握该领域的发展脉搏有着一定的积极价值。

关键词 城市；轨道交通；无线；通信

城市轨道交通工作体系之中，通信占据着不容忽视的重要环节。尤其是在目前轨道运输系统不断提速，通信科技日趋成熟的整体背景之下，越来越多的应用都对无线通信系统提出了更高的要求。然而限于技术以及发展过程等多方面的原因，我国城市轨道交通无线通信系统相对而言比较缺乏统一的规划，在不同的时期内引入的不同技术与设备，呈现出相对独立和分散的工作特征，融合的有效性不足，阻碍了城市轨道无线通信体系的形成。

1.城市轨道交通系统对于无线通信的需求分析

在城市轨道交通环境中，除去旅客本身发起的通信呼叫以外，其他的主要构成部分为车地无线通信需求，地对地的通信需求相对传统，可以通过无线和有线两种方式予以满足。对于车地无线通信需求而言，又可以分为2个主要部分，即无线集群调度信息以及列车控制信息。

无线集群调度信息出现在轨道交通的正常运营过程中，主要是考虑到列车司机需求与地面调度员、值班员来展开无线调度通话，这是在轨道交通系统中最主要的无线通信需求。这一方面的数据传输需求，要求通信系统能够保持良好的稳定性，同时考虑到目前通信系统中的数据多样化特征，这一通信支持系统应当同时能够满足语音通信和短数据传输两个方面的通信需求。而列车控制系信息则更多侧重于车本身与地面的联系，这是当前该领域中自动化技术的重点体现。主要传输内容，包括列车在行进过程中诸多状态以及监控数据的传输，并且同时承担告警信息的采集和传输等。

从技术特征的角度看，当前支持城市轨道交通正常运行的技术，需要能够实现如下几个方面的职能。首先，能够支持起良好的语音集群通信，并且实现良好的向下兼容，对当前已经在该环境中实现的数字集群调度系统能够有效集成，并且构建起支持调度员、司机、车站值班员之间的语音通信和短数据传送的通信平台。从具体功能的角度看，应当能够实现包括单呼、组呼、广播、会议、PTT话权抢占、动态重组、优先级呼叫、强插、强拆、限时通话、端状态呈现、监听录音、禁话等功能。其次，考虑到轨道交通环境本身覆盖区域呈现较窄链状的特殊性，该领域工作的通信系统还应当能够实现针对该工作环境的切换优化，从而避免在越区切换的过程中发生语音通信中断或者数据丢失。在这一方面，切换触发条件、基站搜索方式以及目标基站的确定等方面的优化，成为影响整个系统工作效率的重要因素。再次，在下一代的无线通信系统中，分布式基站工作模式会更为普及，此种模式可以将基站分为射频拉远模块（RRU，Radio Remote Unit）和基带处理单元（BBU，BuildingBaseband Unit），二者之间通过光纤链接，并且一个BBU能够同时支撑多个RRU进行工作。将BBU安装在机房，而RRU安装在轨道覆盖环境中，能够实现馈线损耗的有效降低，提升发射成功率以及通信网络的覆盖能力。最后，载波聚合技术同样是未来发展的重要方向。为了应付当前通信环境中频谱资源短缺的问题，载波聚合技术应运而生。此项技术能够将多个成员载波进行连接，提供更大的传输带宽，而对于成员载波在频率上是否连续并没有要求，因此在当前环境中具有良好的生命力。

2.城市轨道交通无线通信系统的实现与部署

在城市轨道交通工作环境中，数据、语音、控制、安全等多种信息同时存在，形成了复杂的信息传输需求。因此在针对该领域进行通信网络资源部署的时候，应当在充分保证带宽传输能力的基础之上，充分考虑轨道交通系统的高速运动特征，当前我国地铁的时速能够达到80kin/h，并且开始朝向120km/h迈进，在这样的背景之下，确保高速行驶的列车获取到良好的信号，是城市轨道交通安全的重要基础。除此以外，在可实施性方面也应当着重考虑，主要是城市轨道交通需要面对高架、隧道灯特殊运行场所，这些场所对于信号都存在一定的影响，综合考虑未来发展的过程中可能出现的信息总量增加的需求，共同构成了当前城市轨道交通的通信环境。

对于这样的需求环境而言，城市轨道交通无线通信系统的部署，应当着力于从如下几个方面实现。

2.1总体架构

目前在该领域中较多见TD-LTE设备，并且呈现出分层分级的配置方式，包括中心级、车站级、区间级以及车辆级工4个层级。其中中心级作为TD-LTE网络的核心存在，车站级则包括BBU设备，区间级包括RRU设备，最基层的车辆级则涵盖所有的跟踪区更新设备（TAU，Train Access Uint）。同时采用合路方式来实现区间的覆盖，即结合民用通信区间漏泄电缆实现更为有效的区间覆盖。

2.2控制中心

在控制中心方面，设置一套网管设备以及TD-LTE核心网，其价值在于实现对于旅客信息系统核心交换机的支持，并且通过专用通信传输系统提供的以太网通道，达成与各个车站级BBU设备保持互联的目的。除此以外，控制中心还需要与系统中各个不同组件以及模块保持联系，包括车辆火警信息（FAS，Fire Alarm System）以及车辆维修信息等，用以实现数据的同步，便于实现系统对于实际情况的理解，并且做出合理的决策支持。

2.3车站以及隧道

对于车站方面而言，旅客信息系统与数据交换机保持连接，同时在车站内进行BBU设备的设置，通过光纤实现与区域内部RRU设备的连接。在整个系统中，RRU承担着对车辆TAU相关信息的直接接收，而后进一步经由光纤传输到车站BBU设备单元中。在隧道之内布置合路器，实现TD-LTE车地无线信号与社会范围内多个电信运营商的无线信号的整合，并且馈入区间民用漏泄电缆之内，实现无线信号的覆盖优化。

2.4车辆段以及车载系统

通常在列车两端的司机室内设置两套TAU设备，并且在车顶加装对应的设备天线，实现车载乘客信息系统、车载视频等相关组件与车辆控制系统的连接。通过这样的部署，能够将多方面的监控信息全部上传至控制终端，同时接受PIS的多媒体播放信息。

3.结论

在完成了对于城市轨道交通无限通信系统的部署之后，还应当加强测试，包括对于RRC（Radio Resource Control）建立成功率、ERAB（Radio Access Bearer）建立成功率、切换成功率、切换时延、单个用户上行以及下行吞吐率等方面。确保能够达到对应的数据传输标准要求。