轨道交通无线通信综合承载网解决方案研究

天津市地下铁道运营有限公司　朱　伟

随着人们的生活质量和水平的不断提高，对轨道交通的安全性和舒适性也提出了更高的要求。从目前的情况来看，我国城市轨道交通的运营业务量与日俱增，以往传统的轨道交通无线通信技术和方式已经无法满足当今时代人们的需求。为了能够提高服务品质，同时也能够节约频率资源，使整个无线通信系统能够最大程度的发挥其效能，行业人员着力于建设新的轨道交通无线通信综合承载网解决方案工作当中，从而推动轨道交通行业进一步的发展和进步。

1　轨道交通车地无线通信业务概述

1.1　信号系统

从目前的情况来看，在轨道交通行业当中，主要有以下几个方面需要车地无线通信业务。

首先。是信号系统方面的需求。旧信号系统而言，该系统所传递的信息主要是列控CBTC信息，在这当中，地面相关的设施需要对轨道列车所传输的信息主要有列车识别号、移动授权、运营调整指令以及限速信息等内容，轨道车辆向地面的设备传输信息的内容主要有：列车的定位、行驶的速度、以及开关屏蔽门和列车的车组号等信息。列车在高速行驶的状态之时，需要无线通信信号能够稳定，并且要满足带宽的要求，同时还需要实现Qos的保障机制，要求主备冗余的双向数据通道一定要满足实时传输。

在列控系统的安全性、可靠性以及实时性方面，首先应当保持信息传输的延迟时间不能超过150毫秒，进行单一网络传输之时丢包率不能超过百分之一，信息代码错误率应当保持在0.00004%，如果列车与地面之间的通信网络越区切换中断时间应该在一百毫秒之内，提高系统设备的可靠性，使通信系统的无故障时间超过7×24小时。提高系统的可用性，保证其能够在99.99%，同时也要把系统设备的平均故障修复的时间控制在半个小时以内。

列控安全性要求方面，系统所使用的信息传输通道应该是单独的热备冗余物理通道。对通信系统的安全检测、备份与回复以及监控等相关的安全措施应当制定一套完善的工作体制，并且要建立相应的应急措施，另外还需要加大监管力度，避免工作人员出现违规操作，或者是系统遭到外来人员的供给和破环等不良情况出现。要把类型不一致的数据传输通道彼此隔离，纳入到不同的虚拟局域网当中，以此类方式完成传输工作。当车载无线单元和地面基站之间进行数据的传递和通信时，需要先进行授权，从而形成关联，如此可以使通信系统的安全性得到有效的保障。

轨道交通无线通信对于业务的带宽也有一定的要求。首先，应当在列车的两段分别冗余配置承载网的连接通道，通道的承载量要保证在100KB/以上，并且要考虑25%的余量，承载网的上行和下行应当控制在125KB/S，并且每列单网所承载的业务带宽应当控制在2×125KB/S。目前，通常情况下每一个RRU的单一分区内，列车数量为2列,无线通信综合承载网应当按照四列列车的预设承载来进行设计工作，并且要保证单网业务信息传输通道所承载的带宽要在1MB/S以上。有些时候情况比较特殊，需要多列列车同时进入，所以列车与地面基站之间的无线承载网络需要按照QOS的相关机制来进行调度，应该先保证信息传输的安全性，以此来满足列控信息传输的安全性、实时性以及可靠性。

停车场以及车辆段信息同样需要用到无线通信综合承载网解决方案，不过复杂程度不高，只是把个别的列车需要传输的信息进行自我检测，保证上行与下行传输道路保持在1MB/S就可以满足当前列车运行控制业务工作的信息承载量。

1.2　乘客信息系统

该系统需要利用PIS系统向乘客播放相关的节目，以此来向乘客传递信息，其中主要有新闻、广告、换车信息以及出行指南等，为人们提供便利的信息渠道，将所播放的内容在车载屏幕上进行实时播放。利用无线通信综合承载网与PIS系统之间进行配合，从而时刻保持信息传输通道的高带宽、低延迟的无线信息传输通道。

PIS对于传输带宽具有一定的要求，通常情况下，需要无线通信综合承载网能够根据1080P的分辨率进行考虑，以H.264编码的方式进行传递，采用组播的方式进行数据的传输，从而保证带宽，使传输通道的下行通道为8MB/S。

1.3　视频监控系统

应用轨道交通车地无线通信之时，使用车载视频所显示的图像对整个运行过程实施监控，是当前无线通信综合承载网最大的上行传输业务需求，传输的重要性仅次于信号系统。实现视频监控功能对于带宽的要求是根据720P分辨率进行考虑，利用H.264的编码方式进行传输，保证每个通道的带宽为2MB/S，上行带宽为4MB/S。

1.4　紧急文本信息

在列车日常运行和行驶的过程当中，控制调度中心的工作人员需要向列车发送紧急文本信息，从而使列车上的紧急文本信息和PIS图像进行叠加，从而实现向乘客传递信息的功能。

紧急文本信息对于带宽的主要要求是单列车需要的传输带宽为下行20KB/S，在进行无线通信综合承载网设计工作之时，应当把单小区容量按照4列车进行设计，从而使无线通信承载网的带宽为100KB/S。

1.5　其他系统

在轨道交通的项目当中，还需要无线通信综合承载网传递安防监测信息、火灾报警系统信息、列车运行状态信息等，需要采用科学合理的技术对以上信息内容进行整合，在通过承载网进行统一的传输。针对此类信息传输所需要的带宽主要是单列车传输带宽要求上行为100KB/S。通常情况下，无线通讯综合承载网单小区容量可以按照4列车进行设计，信息承载带宽常为400KB/S。

2　传统车地无线体制和存在的问题

从目前的情况来看，我国已经实行城市轨道交通工程信号系统，并且都采用无线局域网技术来实现，在2.4G频段运行。因为该频段向外界开放，所以很容易受到外部因素的干扰，从而使轨道交通的安全性受到了一定的影响。曾经出现过由于乘客所使用的无线设备使地铁的信号系统产生混乱，从而导致停车的情况发生。

为了改善这一情况，我国使用轨道交通工程乘客信息系统无线通信部分的两种技术和方式，即WLAN和DVB-T技术。WLAN技术并不适合快速移动的设备，尽管很多运营商和企业对此进行了优化和改进，但是在实际使用的过程当中，依然存在着诸多问题，在进行切换之时，会导致数据传输的速率明显下降，带宽存在不稳定的情况。在已经开通的工程当中，暂时不能完全满足设计的要求，从而使视频直播的监控图像的信息传输工作受到了一定的影响。所以，很多时候并不采用这一方式来实现相关的信息传递功能。对DVB-T技术单套设备及逆

行配置工作之时，只是支持地面基站与车载设备之间的单项数据传输，并不能实现监控图像进行实时上传的功能，对于此种情况，需要单独申请专用的频率。

3　组网方案

3.1　LTE技术体制

LTE是网络架构的一种形式，主要是以IP的扁平化网络结构作为基础，主要构成是无线网子系统eNodeB、终端设备以及核心网子系统等。在这当中，无线网子系统当中含有分布式基带处理单元以及射频拉远单元的设备。

3.2　TD-LTE技术的宽带移动性优势

该技术与前文所述的两种技术相比，具有一定的优势。首先是移动接入性比较强，利用自动频率矫正的方式保证列车在移动方式的场景之下信息传输通道的带宽和质量，具有较高的带宽接入能力，同时也具有很强的抗干扰性，将小区的吞吐率提高。

3.3　组网方案

一般情况下，可以采用两套LTE设备冗余来组件两张信息传输网络，以链状网络结构部署两套相同的BBU+RRU网络，并且通过专用的传输系统提供的传输通道，将其接入到控制中心的核心网设备当中。

在隧道区间可以通过RRU技术与漏泄同轴电缆的方式进行覆盖，在车辆段通过RRU和天线相互配合的方式实行无线通信综合承载网的覆盖。这两张网络彼此之间相互独立，并行工作，彼此之间不存在任何的影响。

3.4　通信频率的规划

地下部分对于无线频率的需求可以根据业务的实际情况来确定，两张网可以共用20MHz的频率资源来进行工作。其中的一张网的可以在15MHz的带宽情况下进行组网，另一个利用其余的5MHz进行组网。对于地面部分的无线带宽需求，可以利用10MHz的频率资源，平均分配给两个网络。

4　结束语

无线通信综合承载网在轨道交通当中得到了充分的利用。通过LTE技术能够有效的提供无线通信综合承载网的技术方案。以此项技术为基础，建立无线通信网络具有一定的优势，能够有效的提高使用效率，减少通信频率资源的浪费，同时也具有很强的抗干扰性。在日后的工作当中，需要相关人员进一步的去探索和创新，从而使轨道交通无线通信网络发挥出更大的作用得到更好的发展。

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