城市轨道交通车地无线通信系统发展分析

万鹏

摘要：城市轨道交通车地无线通信系统是传统电信移动通信业务在轨道交通行业应用的延伸，伴随电信移动通信技术的发展，城市轨道交通车地无线通信技术也同步得到了发展，本文力求从城市轨道交通车地无线通信业务需求和技术发展两方面因素分析，来展望城市轨道交通车地无线通信系统未来的发展趋势。

关键词：车地无线;宽带;5G;

一、引言

城市轨道交通车地无线通信系统是为固定用户（控制中心、车站、车辆段、停车场）和移动用户（运行列车、地面移动用户）之间通信需求，以及运行列车和地面设备之间通信需求而设立的，伴随自动驾驶、安防要求提升和不断增长的智能化运维需求的增加，对车地无线通信系统的高可靠、大带宽、低时延等的要求也不断提高，本文力求通过对城市轨道交通车地无线通信系统的现状分析，结合近年来新技术、新设备在车地无线通信系统的应用，探讨城市轨道交通车地无线通信系统的发展。

二、城市轨道交通车地无线通信业务需求分析

城市轨道交通车地无线通信系统主要满足以下业务需求：无线调度电话、列车CBTC信息、列车运行状态信息、列车火灾报警信息、列车紧急文本信息、车载PIS直播业务、列车CCTV上传业务等，这些业务需求对带宽、时延和丢包率等指标要求都不同，同时根据影响行车的重要性分为安全业务和非安全业务。如何合理构建一套或多套车地无线通信系统，需要综合考虑在满足业务需求的情况下，还要充分兼顾经济性、频谱利用等因素。

三、传统车地无线通信系统应用特点和现状

目前，应用于城市轨道交通行业的车地无线通信系统主要有WLAN、RailView、LTE和EUHT等。

1、WLAN

WLAN一直是承载PIS和CCTV的主流车地无线通信技术，其技术标准主要有IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n和IEEE802.11ac等。采用IEEE802.11n和IEEE802.11ac，静态理论有效带宽可达数百兆，该技术在国内各城市轨道交通中应用较多，开发成本及建设风险小，但从已开通工程实际应用情况看，效果并不十分理想，主要表现在高速适应性差（目前，采用WLAN技术的地铁项目，设计最高速度是80km/h），AP无线切换时丢包，易受干扰，安全性低等。WLAN设备厂家有华三、锐捷等。

2、RAILVIEW

RAILVIEW是根据轨道交通特点和PIS系统车地无线传输专门研发的基于DVB—T的无线宽带传输技术。RAILVIEW采用COFDM编码正交频分复用调制技术和分集接收技术，具有带宽大（每1MHZ频率能提供2Mbps的数据传输带宽），覆盖距离广（单AP覆盖半径达到1Km）的特点，RAILVIEW工作频段是300MHz～2.5GHz，已在武汉地铁、重庆轻轨有成功案例。RAILVIEW设备厂家是烽火通信。

3、LTE

LTE技术在20MHZ频谱带宽下，理论上能够提供下行100Mbps，上行50Mbps的峰值速度;系统延迟低（内部单向传输时延低于5ms）;支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25MHZ至20MHZ多种带宽。LTE-M的工作频段1.8GHz，在郑州地铁等十几条线上已有应用。工作在5.8GHz的LTE-U已有经过高速测试，尚未有应用案例。LTE设备厂家有华为、中兴等。

4、EUHT

EUHT（Enhanced Ultra-High Throughput，增强型超高吞吐）是结合未来移动通信系统高可靠、低时延、高移动性等需求设计的无线通信系统。EUHT系统已于2017年6月完成京津城际铁路高速试验，测试各项指标较LTE-U系统好，EUHT系统已中标广州地铁14号线及知识城支线，其中知识城支线计划2017年底开通运营。EUHT设备厂家只有广东新岸线。

三、LTE和EUHT技术特点和优劣点分析

随着城市轨道交通设计时速不断提升，以及车地无线通信承载业务的不断扩充，LTE和EUHT在兼顾高速和大带宽两方面的优势凸显出来，那么这两种技术各有哪些特点和优势呢，本节将着重进行分析。

1、LTE的技术特点分析

LTE基于3GPP系列标准，在电信公网中已得到广泛应用，在系统应用中关注的空口Uu，基站与核心网接口S1，基站之间的接口X2都是标准化接口，各供应商设备在这些接口上可以互通。依据使用的频段不同，LTE又可细分为LTE-M（1.8GHz）和LTE-U（5.8GHz），其中LTE-M已在国内城市轨道交通中十几条线路中得到应用，LTE-U尚未有应用案例。

1）LTE的关键技术一：eMBMS

eMBMS关注小区边缘，全线路保持PIS恒定速率

ü同一线路所有小区在相同时间相同频率上发送相同内容，邻区无干扰，覆盖重叠区有分集增益。

ü15dB SINR即可提供接近最优的速率，可满足 PIS高清化需求。

ü空口组播，单小区列车数量空口组播容量不受限，方便在单洞双线等各种覆盖场景下部署。

2）LTE的关键技术二：可靠性

核心设备采用电信级设备，在公网已广泛使用，支持红蓝双网双活全备份，核心网异地容灾，RRU支持双CPRI连接、单CPRI故障迅速倒换等多项技术，可靠性得到验证。

3）LTE的关键技术三：加密传输

除了LTE已有的AS和NAS安全通道外，eNB和TAU都具备IPSeC通道能力，可做到在LTE系统中无CBTC明文传输，杜绝被窃听、篡改的可能。

4）LTE的关键技术四：高移动性

频偏估计校正算法最高可支持移动速度200km/h以上（最高频偏正负1800Hz）

2、EUHT的技术特点分析

1）核心芯片具有完全知识产权

已经授权或申请国家发明专利52项，其中国际PCT专利36项，覆盖保护了EUHT核心技术

2）EUHT具有高可靠、低时延、大容量及高速移动适应性的技术优势

可适应300—500km/h速度下超宽带数据传输，切换成功率：100% 数据丢包率： <4.1‰;平均传输时延：5-6ms;平均吞吐率：150Mbps

3）可根据轨道交通需求，定制化无线组网方案，实现更优的网络性能

EUHT准同频组网方案

（1）轨旁沿线EBU1，EBU2和EBU3分别使用F1，F2，F1频率，列车的车头、车尾各部署一台EAU（车载终端），EBU和EAU都采用定向天线;

（2）通过设计精良的切换机制，使列车运行在两个EBU之间时，车头EAU接入列车运行方向的前方EBU，车尾EAU接入列车运行方向的后方EBU。

（3）达到了地面网络和车载终端双重冗余，即单个基站或单个车载终端故障都不造成业务中断。

综合比较LTE和EUHT两种车地无线系统方案来看，LTE在产品成熟度方面具有一定优势，而EUHT在超高速、大带宽需求环境下更具有优势，各地城市轨道交通项目可根據实际情况进行选择。

四、面向未来的车地无线通信技术展望

目前电信5G设备建设已经全面铺开，5G技术已经逐步发展成熟，同时6G技术也在研发过程中。城市轨道交通车地无线通信要积极跟进，特别是5G面向万物互联的应用场景与车车通信的需求非常契合，一旦相关技术和条件成熟，对于城市轨道交通车地通信技术的发展会是很大的促进。