地铁专用通信系统应用与开发关键技术研究

端正

摘要：随着我国城市化进程的加快，越来越多的群众涌入城市，交通、住房成为城市设施的重要建设内容，北上广深、郑州、西安、武汉等大中型国家级中心城市常住人口达到千万级规模，上下班、节假日成为交通拥堵的常规时段，为了缓解城市交通出行压力，越来越多的大中城市开始建设地铁。地铁作为一个先进的交通运输工具，车辆调度、停靠、安全运行等非常重要，因此为地铁交通开发了专用通信系统，以便实现地铁信息的实时采集、传输和调度，确保地铁运行安全可靠，保障人们的生命安全。

关键词：地铁专用通信系统；MSTP；TD-LTE；信号传输

1地铁专用通信系统应用

地铁专用通信系统主要包括九个部分，分别是闭路电视监控系统、公务电话系统、信号传输系统、专用电话系统、时钟管理系统、无线信息系统、广播管理系统、电源管理系统及集中告警系统，这些系统可以实现综合通信功能，满足车辆实时调度，实现应急抢险、反恐救灾等特殊需求。地铁专用通信系统主要组成如图1所示。

本文结合地铁专用通信系统的应用需求，重点描述信号传输系统、公务电话和专用电话系统、无线信息系统、闭路电视监控系统，这也是地铁专用通信系统的核心功能。

（1）信号传输系统。信号传输系统是地铁专用通信系统的基础，具有較多的业务接口，可以利用铺设在隧道两侧的光纤实现信息传输，组成一个强大的自愈保护环，能够利用光纤宽带综合业务数字传输网实现信号的传输，提供一个较高的带宽，能够实现语音、文字、图片和视频传输。

（2）公务电话和专用电话系统。公务电话系统采用程控数字用户交换机进行组网，利用中继线路接入到城市电话网；专用电话系统可以实现信息调度、站内与站间之间的语音传输，能够实现群呼、组呼、会议、应急功能等特殊需求。

（3）无线信息系统。无线信息系统又被称为无线集群通信系统，可以实现调度员、地铁驾驶司机之间的专用通信，保证调度员与司机的信息共享，也是地铁移动作业、抢险救援、应急管理的重要工具，处理紧急的、突发的地铁运行事故，保证车辆行驶安全。

2地铁专用通信系统开发关键技术

地铁专用通信系统开发时采用的关键技术很多，比如TD-LTE无线通信技术、MSTP多业务传输平台等。

TD-LTE是当前主流的移动4G技术，已经在我国开展了大规模商用，覆盖面积 广泛。TD-LTE采用了MIMO多输入多输出技术、高频通信技术、超密组网技术，同时加大了天馈系统的安装难度，增加了基站设置数量，可以提高基站天线的发射能力，实现智能天线操纵，保证了网络的输入输出。TD-LTE在地铁专用系统中可以构建一个专用频带，该频带能够实时传输数据和语音，保证地铁专用通信系统业务的正常通信。TD-LTE在地铁专用通信中还引入了覆盖增强技术。覆盖增强技术包括符号扩频技术、Burst重复技术，均可以有效提升上行发射功率密度，划分覆盖等级。符号扩频是指在不延展频谱宽度的条件下，利用扩频码将原始序列信号实现重复利用。Burst重复可以针对符号扩频处理后的序列进行Burst级的重复，能够实现4倍和2倍Burst重复， 通过这两种重复处理的优化方式，地铁通信系统接收设备就可以合并接收重复序列，获得较大的合并增益。MSTP是一个多业务传输平台，能够将ATM技术、SDH传输技术、以太网、POS技术有效融合在一起，以SDH网络技术为基础，实现多种业务的汇聚，同时能够实现多业务的传输适配，实现多业务的综合接入和传输，将SDH传输网改变为一个业务网、交换网一体化的多业务传输平台，支持高带宽数据传输 [6] 。地铁通信系统还采用了64AQM技术，该技术可以提升SINR，能够针对地铁通信网络进行科学的规划和设计，降低网络设备和通信业务部署的复杂度，降低地铁通信系统存在的同频干扰发生率，同时还可以解决无线信号的弱覆盖问题，满足地铁专用通信网络深度覆盖功能，提升地铁无线网络的覆盖率，实现地铁运行区域无线信号的连续覆盖、无缝覆盖，不仅能够让更多的用户接入到5G网络，同时还可以享受到高质量的通信服务。64QAM在5G网络通信中的应用分为两个步骤，分别是调制和解调。64QAM调制过程如下：64QAM能够将输入的6比特数据组成一个映射；多电平正交幅度调制生成一个64QAM中频信号；并串转换，将两路并行码流改变为一路串行码流，可以增加一倍速率，码流从2进制改变为8进制，接着可以输出调制而成的RF信号。64QAM解调过程如下：5G网络传输信号时，由于受到自然环境或载波自身限制，信号传输难免受到噪声干扰导致信号发生畸变，如果畸变很小则可以直接判断为0或1，如果畸变比较严重，无法直接判断信号，就可以采用硬判决和软判断方法，准确、快速地识别信号。FA16设备是一种专门应用于地铁通信系统的综合业务接入网络设备，其可以为网络通信业务提供16路E1接口，实现接入网业务接入、传输和设备管理等功能，通过用户单元能够为用户提供灵活多样的接口。FA16设备硬件设计时使用N-Bus总线模式，因此可以将语音通话、数据通信、安全防御等信息交换业务利用协处理引擎进行操作，以不同的布线模式顺利突破传统处理器的限制，实现多用户、多业务的并发接入和处理。FA16接入网络中常用的设备有模拟用户电路板、模拟接口板、子速率数据接口板等。FA16设备以及其他路由器、交换机、服务器等通过星型网络结构集成在一起，实现信息共享和传输。

3结束语

地铁专用通信系统引入了先进的TD-LTE技术、MSTP技术、FA16设备等，将无线通信网络与光纤通信网络进行融合，实现了SDH、ATM等多业务传输，确保地铁通信视频、图像、文字、语音安全传输，具有重要的作用和意义。另外，为了保证地铁专用通信系统更好地提供数据通信服务，除了推动改进通信协议、光纤线路、交换设备之外，地铁通信公司、电信运营商也在不断地努力探索，引入更新的地铁专用通信技术，进一步改进通信传输能力。

参考文献：

[1] 肖宾杰.TD-LTE技术在现代有轨电车专用无线通信系统的应用方案研究[C].2017城市轨道交通关键技术论坛暨地铁学术交流会.2017.

[2]赵彦芳.天津地铁专用无线通信系统互联互通方案[J].铁道通信信号，2016，52（5）：50-51.

[3]崔国斌.基于TD-LTE技术的承载地铁集群通信业务相关问题分析[J].信息通信，2017（1）：255-256.

[4]李华.地铁专用无线通信系统的4G解决方案[J].数字通信世界，2017（7）.

[5]于涛，张衡，梁嘉.北京地铁专用无线通信系统互联互通方案[J].现代城市轨道交通，2017（2）：19-21.

[6]谢诗朦.地铁无线通信系统方案设计及相关问题分析[J].中国新通信，2017，19（7）：8-9.

（作者单位：南京地铁运营有限责任公司）