城市轨道交通车地无线通信的应用

2019-12-03王锐王大成

电子技术与软件工程 2019年21期

文/王锐王大成

随着我国经济的快速发展，城市轨道交通得到了快速发展，舒适性和安全性受到了社会各界人士的高度重视，主要原因是乘客已经不能满足单一的文本、声音信息服务，这就要求城市轨道交通急切需要提高信息服务水平，吸引更多乘客；同时国外城市轨道交通恶性事件的频繁发生，这就要求地铁列车增加监控措施，以此防止意外事故的发生。对于城市轨道交通而言，车地无线通信系统的使用性能起着非常重要的作用，能很大城市提升服务水平和管理水平，为了更加直观的了解施工现场的现状需要采用高速率的车载视频信息进行传输，通过利用无线通信技术来满足轨道列车对车地通信需求，为人们提供安全舒适的乘车环境，确保地铁平稳安全的运行。

1 我国城市轨道交通车地无线通信的需求

1.1 无线集群调度信息

在城市轨道交通正常运行当中驾驶人员与调度员和值班员之间进行无线调度语音通话，司机与维护人员是使用无线调度语音通话的重要对象。现阶段在我国范围内地铁无线集群调度系统以800MHz的数字群系统为主，这一系统既具备调度语音通信功能，也具备短数据传递输送功能。

1.2 列车控制信息

在轨信号系统中，CBTC是应用最为广泛的一种系统，车地之间的列车控制信息传送主要是依靠ATC、CBTC两个系统的移动闭塞来实现的，在车地无线通信系统中经常采用WLAN技术，其中无线通道主要是由轨道信号或通信系统单独建立的。

1.3 乘客信息多媒体信息

乘客信息多媒体信息起着非常重要的作用，向乘客播放各种类型的新闻、安全知识和非票务信息进行宣传，现阶段，在我国轨道交通中大多数都是采用WiMAX、RailView、DVBT等技术，车厢内部的乘客是指向用户，建设实施主要是依靠地铁乘客信息系统来实现。

2 城市轨道交通车地无线通信的应用要求

在城市建设中轨道交通车地无线系统，主要以无线通信需求为依据，将信息分成数据、语音、服务以及控制等，在应用中要满足以下几种要求：

2.1 较大的宽带传输能力

较大的宽带传输能力，可以有序的做好各种类型的语音和视频业务，促使其与轨道交通系统的宽带需求相适应。此外还要对各种等级业务进行划分，保证信息传输的选择性，做好主次分明。

2.2 高速移动性

现阶段在我国轨道建设时，时速为80km/h，这就要求车地无线通信可以满足这一时速情况下的稳定性传输需求，还要求具有剩余的发展空间，以此满足日后轨道时速高达120km/h的传输需求，还要具备一定的先进性，确保技术在未来不会被淘汰，系统标准化更加明显，能够有效满足国家的相关规范，适应产业链的发展需求。

2.3 较高的可实施性

其可以更好的适应高架、隧道以及轨道交通等较为特殊的场所，为后期施工预留出一定的扩容余地。同时可以分为初期、近期以及远期三个阶段，初期阶段要求具备承载乘客信息的多媒体功能，以车载火灾自动报警系统信息、司机室客室图像信息为主；近期阶段要求具备CBTC列车控制、无线集群调度以及车载广播等功能；远期阶段要求具备承载各种无线信息功能。

3 城市轨道交通中常见的车地无线通信技术

在城市轨道交通建设过程中车地无线通信系统是传输网络的延伸，能为地面与列车之间提供通信，也为视频监控、乘客信息等系统提供车辆与车站，控制中心之间的无线传输通道。同时车地无线通信系统具备较高的可靠性，支持列车运行速度80公里/小时或者更高速度的视频信息，多媒体信息下的实时传输，并且系统应该具备防止黑客和非法信息入侵的功能，更好的保证传播信息的安全性。目前常见的车地无线通信技术主要包括以下几种：

3.1 TRainComMT技术

在城市轨道交通中这一技术是由德国公司研究开发出来的专用通信系统，可以在高速度的移动环境下保证良好的通信效率和质量，车地最大的通信传输速度可以达到16Mb/s。

3.2 WLAN技术

通俗一点讲这一技术属于宽带无线传输网络技术，需要借助特点的无线网络进行设置，从目前的技术水平来看，为了确保通信质量，要在城市轨道周围间隔100-200米的位置设置一个无线AP网络，但是这一技术存在一定的系统切换和调整频繁问题，并且系统的可靠性比较差，因此在实际工作中应用比较少。

3.3 WiMAX（802.16）

这种技术是3G标准，采用的是OFDM、AAS等先进技术，还具有比较高的信息传输速度，高达70Mb/s，同时覆盖范围比较广泛，高达50km。尽管这样，这一技术还是具有一定缺陷，不能有效实现高速移动的无缝切换，还存在一定的盲区，并且应用很少，技术还需要进一步升级和优化。

3.4 LTE无线传输技术

3G标准经过演变形成了LTE无线传输技术，这是3G与4G技术的过渡，是3.9G的全球标准，这种技术改进和增强了3G的空间接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。相比较与3G标准，LTE的数据速率比较高，通过分组方式进行信息传送，覆盖率较为广泛以及向下兼容等方面的技术优势，是3G向4G演进的主要技术，LTE无线传输技术在灵活分配频谱，系统容量以及覆盖等方面有着非常重要的优势，采用2X2MIMO进行传输，能够很大程度增加速率，许多运营商都一致支持使用LTE无线传输技术，且此传输技术会在未来的5G商用化的广泛应用上做到业务过渡。

4 城市轨道交通车地无线通信应用的系统方案

4.1 总体方案

在本方案中，系统采用的设备为TDLTE系设备，采用四级架构形式来设置，四级架构分别为中心级、车站级、区间级以及车辆级，中心级的任务是担任TDLTE核心网设备，车站级的任务是担任BBU设备，区间级的任务是担任RRU设备，车辆级的任务是担任TAU设备。在区间覆盖的时候，这一系统采用合路方式，就是区间覆盖需要与民用通信区间泄漏电缆相互结合，这对扩大TDLTE车地无线信号在隧道区间内部的覆盖率非常有利。

4.2 控制中心方案

在控制中线当中设置一套网管设备，TDLTE核心网，这项设置的作用是通过乘客信息系统与交换机连接，并且依靠专用通信传输系统提供以太网，与每个车站BBU相互连接。同时还要控制中线AS、控制中心PIS互联接口，车辆内部所有的FAS信息和检测信息采用DLTE车地无线通信系统，将信息传输到控制中线核心网上，然后再利用PIS来转发，将其传输到车辆维修中心和控制中心FAS。

4.3 车站与隧道方案

首先要将车站的乘客信息系统与数据交换机连接，在车站内设置一套BBU，利用光纤方式进行载体连接，确保其与区间RRU相连接。RRU的作用是接受车辆TAU信息，然后再经过车站BBU乘客信息系统和专用信息传输系统把所有接收到的车辆TAU信息传输到控制中心，再在隧道内设置合路器，将TDLTE车地无线信号与各个电信运营商的无线信号进行整合，将其反馈到区间民用泄漏电缆内，确保无线信号传输的实现，全面的覆盖整个区间。