无线通信在城市轨道交通中的应用

王 飚

（中国城市轨道交通协会，北京100038）

近年来，城市轨道交通为缓解交通压力发挥了重要作用，其中无线通信系统是保证城市轨道交通运输效率的决定因素。无线通信投资额越来越大，不利于实现各系统的资源共享。探讨城市轨道交通无线通信融合方案能够最大程度地降低系统的重复建设，降低系统投资。

1 城市轨道交通无线通信系统建设现状

非专用轨道交通车地业务需求主要包括政务、民用通信等，需要考虑地铁无线覆盖介质的共享，不建议无线通信设备进行整合。

目前，轨道交通各系统采用专用无线通信网络的模式，这些系统复杂多样，资源共享度低，不利于实现跨网络综合业务功能［2］。

郑州地铁1号线首次实现PIS车地无线系统，对轨道交通基于TD—m的无线技术应用做到了良好的示范。但是该技术实现多媒体信息下发、信号系统车地通信、列车FAs信息上传、专用无线调度通信等传输方式。目前在国内轨道交通行业内暂无应用案例。

目前，车地无线通信业务CBTC信号系统带宽需求为110 kbit／s，PIS需求为10 Mbit／s级别，车载监控业务的上行带宽需求为5.25～8 Mbit／s。

城市轨道交通基本上采用无线局域网技术承载乘客信息系统。PIS影响乘车环境的舒适度，信号系统关系着行车安全和运行效率。城市轨道交通建设研究的重要问题是CBTC信号系统和PIS采用车地通信方式和措施来避免干扰，保证车地通信的可靠性、实时性、高带宽等［3］。

目前，在城市轨道交通基本上是基于IEEE802.11系列标准的技术进行试验性应用。国内城市轨道交通信号系统采用公共开放频段的无线局域网（WLAN）技术。工程实践证明，基于 WLAN的车地无线通信技术也存在一些局限性。

WLAN技术应用于列车速度低于120 km／h的地铁线路。FHSS（跳频扩频）技术，有可能用于高速线路。

“哦，拜托，你不记得我了？”克里斯蒂娜边做三明治边问艾尔，“前几天我们还一起上数学课，况且我也不是个安静的人。”

在多个频道同时工作的情况下要求两个频道的中心频率间隔要高于5 MHz。802.1lb的优点是成本低，不容易被阻隔；缺点是带宽速率较低，系统容量小。

我国北京、上海、广州等许多城市地铁车地无线通信多采用IEEE802.1lg标准的OFDM技术，优点是具备较高的网络速率，不容易被阻隔；缺点是成本高，受设备干扰较大［4］。

WLAN技术具有可移动性和易于部署的优点，但是，当列车速度超过80 km／h时，其移动性则明显不足，不能满足城市轨道交通列车的快速移动性需求。

地铁车地无线通讯系统包括无线集群调度信息，车载广播信息，列车控制信息，乘客信息多媒体信息，司机室可视图像信息及民用通信无线信息等。未来实现车地无线传输的信息会不断增多。

因此，地铁无线通讯系统发展的关键是要打破各系统分别建设车地无线系统的惯例，减少各种车地通信间的干扰，满足乘客对车地无线通信的传输需求，降低建设运营成本。

2 TD－LTE主要技术

目前，国内已建成的轨道交通专用无线调度广泛应用窄带无线数字集群技术。TD—m技术相比VIUN＋rIErIm网络更适合轨道交通多业务宽带无线通信承载。

2.1 抗干扰能力强

国内的 WLAN采用的是2.4 GMHz的带宽，大多数都是重叠的。采用 WLAN＋rI＇ETRA技术实现PIS系统显然不利于安全运营。LTE有着完善的抗干扰技术，OFDM具有完善的编码、重传和IRC机制，可根据干扰情况动态调度资源。

2.2 传输速率较高

802.11 b采用2.4 GHz频段，802.11 a工作在5.8 GHz频段。但是系统不能很好地满足移动的要求。rI＇ETRA满足语音通信的无线数据传输需求，窄带无线集群技术已经不能满足大数据的需求。m网络能够为350 km／h高速移动用户提供接人服务。

2.3 网络结构简单

m趋近于典型的IP宽带网结构，结构简单，系统时延较小。无线融合技术方案取代了各系统分设的量的区间设备。

2.4 QoS保证

WLAN二元安全架构易受攻击，无法保证安全。m网络可以最大程度地保证cBTc带宽需求。

2.5 技术日渐成熟

m网络已经在全球应用，国内可提供成熟可靠的产品。我国城市轨道交通车地无线系统融合的未来发展必然是要采用具有完全知识产权的TD－m无线宽带集群技术。

目前常用的无线网络系统方案主要包括无线局域网、数字移动电视技术及LTE技术等。

3 常用方案

3.1 WiMAX

WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，采用OFDM调制方式，在一个射频内速率可高达75 Mbit／s，也可用来提高频谱效率、复用以及每射频信道的平均吞吐量。WiMAX支持小区切换，提供电信级的多媒体服务等。可用数据带宽优于3G系统，且投资小，维护相对简单。WiMAX的传播距离较远导致其技术较为复杂［5］。

3.2 无线局域网（WLAN：Wireless Local Area Network）

WLAN是在目前技术水平下较成熟的技术，在我国城市轨道交通无线传输系统中应用广泛。WLAN基于IEEE802.11标准，实现列车与地面之间的双向高速通信。WEAN技术能将车厢内的视频监控信息上传到控制中心，还能实现便捷的安装和故障定位；

WLAN网络数据带宽随着移动速度的增加逐渐降低，无法实现高清信号的传输。WLAN系统的工作频段为2.4 G频段。这个频段上如微波炉、蓝牙设备、户外微波链路和游戏控制器等都会对WLAN信号产生干扰，在2.4 G频段上极易与地铁其他无线网络系统产生冲突。此外，WLAN系统的AP点覆盖范围较小。同时，列车在运行过程中，非常容易发生系统数据丢包，影响乘客信息系统的正常稳定运行。

3.3 数字移动电视技术

数字移动电视技术将视频信号传输到车载接收装置，能满足高清多媒体信息传输 。数字移动电视技术系统传输带宽可满足实时传输高清视频信号的要求，列车运行过程中覆盖效果较好。数字移动电视技术是单向系统，所以必须额外增设其他辅助系统，实现实时双向传输。

LTE技术是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，被看作“准4 G”技术。LTE项目的主要性能目标包括，改善小区边缘用户的性能；降低系统延迟，控制平面从睡眠到激活状态时间低于50 ms，支持100 km半径的小区覆盖；支持成对或非成对频谱。

LTE系统具有延迟低的特性。可以圆满解决地铁监控传输的难题，加强控制中心对列车运行状态的实时掌控。但由于统的造价相对较高，没有完成的应用实例。

WLAN和DVB—T两种制式应用的最多最广泛。目前的802.119标准最高的数据传输速率是54 Mbit／s，不能满足高清视频传输的要求。DVB—T方式有不能回传的缺点。而LTE支持高速移动的宽带无线通信，具有完善的抗干扰技术，在技术上来讲非常适合乘客信息系统的应用。郑州地铁1号线国内首次使用了LTE车地无线通信。LTE技术将是未来地铁系统无线传输模式发展的必然趋势。

融合解决方案专用系统的核心是控制包括LTE核心网设备、信号系统服务器等业务应用服务器、网络管理系统等中心子系统。TD－LTE基站设备用以实现控制中心的室内覆盖，无线调度业务服务器DSS可提供专业的无线集群调度业务。

车站内主要安装包括BBu、RRu的TD－LTE基站设备，可以实现本车站的站内覆盖，实现拉远覆盖。在沿线各车站值班员处设置车站固定电台。在车辆段及停车场通信机房内设BBu，RRu设备，需增加RRU对于弱场区进行覆盖。

车载子系统为司机提供专业的无线集群调度通信。布置在每列车前后的司机车室内。集群车载台采用与TAu共用车载天线的方式。

TD－LTE技术在郑州城市轨道交通的运用，证明在轨道交通专网运用的可行性。TD－LTE技术实现了高速移动和多业务承载，指明了未来轨道交通车地无线通信发展趋势。

目前TD－LTE无线传输平台已经建设完成。将在地铁的后续建设中不断探索，实现各类无线信息平台的整合。实现资源整合共享。

LTE宽带数字集群技术，将在列车调度和改善乘客出行体验等方面带来创新性突破，必将成为地铁运营调度的必然选择。

4 结束语

城市轨道交通无线通信系未来技术发展的趋势是专网通信向着各业务融合一体的宽带无线通信网发展；TD－LTE技术方案将成为发展的主流方案。同时，需尽早进行拟采用TD—m无线通信承载网的轨道交通建设城市专用无线频段的申请，以保证轨道交通无线通信的安全性和可靠性，便为今后业务的实施及拓展创造有利条件。