淺析無線通信技術(shù)應(yīng)用于軌道交通通信、信號業(yè)務(wù)

周鴻

[摘 要]目前，國內(nèi)的城市軌道交通建設(shè)處于迅猛發(fā)展時期，各大城市相繼開展線路施工建設(shè)。隨著越來越多的城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃獲批，帶來更大規(guī)模的軌道交通建設(shè)工作。在通信信號領(lǐng)域，隨著無線電技術(shù)飛速發(fā)展后，各廠商開始孜孜不倦地研發(fā)一種基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)。針對軌道交通通信、信號業(yè)務(wù)需求特點(diǎn)，在技術(shù)和可用性層面上對LTE技術(shù)、WLAN技術(shù)進(jìn)行了描述及分析，使軌道交通通信、信號系統(tǒng)中車地?zé)o線系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)劃更為合理，高效。

[關(guān)鍵詞]無線通信技術(shù)；軌道交通；通信

中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0150-01

1 引言

隨著軌道交通的快速發(fā)展，建立安全可靠、高效穩(wěn)定的車地?zé)o線通信系統(tǒng)是提高運(yùn)營效率、管理質(zhì)量、用戶體驗(yàn)的必要手段。地面與高速行駛車輛（時速80km/h）之間的數(shù)據(jù)傳輸通道需要在高速移動的狀態(tài)下，具備優(yōu)秀的快速接入性、實(shí)時傳輸性、帶寬調(diào)整性和抗干擾性等特點(diǎn)。本文結(jié)合軌道交通通信、信號業(yè)務(wù)需求和車地?zé)o線的技術(shù)特點(diǎn)，分析不同無線技術(shù)在軌道交通通信、信號車地?zé)o線承載業(yè)務(wù)中的適用范圍。

2 在軌道交通使用環(huán)境下無線通信技術(shù)分析

目前，應(yīng)用于軌道交通通信、信號的主流無線通信技術(shù)有基于802.11ac的WLAN及LTE兩種，代表著未來的發(fā)展方向和趨勢。以下將結(jié)合軌道交通的實(shí)際應(yīng)用情況對兩種技術(shù)進(jìn)行介紹。

2.1 基于802.11ac的WLAN技術(shù)介紹

IEEE802.11ac，是 一 個802.11無 線 局 域 網(wǎng)（WLAN）通信標(biāo)準(zhǔn)。WLAN標(biāo)準(zhǔn)從1997年第一代頒布以來，經(jīng)歷了802.11、802.11b、802.11g/a、802.11n、802.11ac的發(fā)展過程。結(jié)合軌道交通的環(huán)境特性，其主要技術(shù)特性如下：

（1） 在軌道交通領(lǐng)域，系統(tǒng)可支持2.4GHz/5.1GHz/5.8GHz無線頻段，具備更多的選擇，且工作在ISM頻段（公用頻率），對于頻率使用只需要進(jìn)行報備，無需專項(xiàng)申請；

（2）WLAN技術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于數(shù)據(jù)鏈路層，系統(tǒng)開銷小，采用最高至256-QAM的調(diào)整方式，理論上在160MHz的無線頻率資源，靜止?fàn)顟B(tài)可提供不小于1Gbit/s的傳輸速率。實(shí)際軌道交通環(huán)境列車運(yùn)動狀態(tài)下的平均傳輸速率300Mbit/s；頻普轉(zhuǎn)換率接近到1：1：85，業(yè)務(wù)的帶寬支持能力強(qiáng)。

（3）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用雙向非對稱設(shè)計(jì)、上、下行采用統(tǒng)一正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，但系統(tǒng)采用競爭接入模式，業(yè)務(wù)的接入無法有效實(shí)現(xiàn)保障性的帶寬控制，多業(yè)務(wù)的QOS保障存在局限性，同時也無法實(shí)現(xiàn)針對業(yè)務(wù)進(jìn)行上下、下行數(shù)據(jù)的按需靈活配置；整體的業(yè)務(wù)保障性能力一般。

2.2 TD-LTE技術(shù)介紹

LTE是由3GPP組織制定的通用移動通信系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進(jìn)。LTE系統(tǒng)引入了OFDM和MIMO等關(guān)鍵技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，在20MHz頻譜帶寬，2×2MIMO天線的模式下，理論下行最大傳輸速率為201Mbit/s，但根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)以及終端能力限制，一般認(rèn)為下行峰值速率為100Mbit/s，上行為50Mbit/s。目前LTE技術(shù)逐步應(yīng)用在軌道交通行業(yè)，通過1.8GHz頻帶進(jìn)行通信。結(jié)合軌道交通的環(huán)境特性，其主要技術(shù)特性如下：

（1）在軌道交通領(lǐng)域，系統(tǒng)僅支持1.8GHz專用頻率，選擇較為單一。使用1.8GHz頻率時需要進(jìn)行專項(xiàng)申請，一般在合法的情況下能夠爭取到10MHz的頻率帶寬。系統(tǒng)頻率使用限制大，但專用頻率不易受到干擾，可靠性非常高。

（2）TD-LTE技術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于網(wǎng)絡(luò)層，系統(tǒng)開銷相對較大，采用64-QAM調(diào)整方式下靜止?fàn)顟B(tài)下頻譜轉(zhuǎn)化率可達(dá)到1：5，運(yùn)動狀態(tài)下利用率接近1：1：5，采用10MHz的無線頻率資源，靜止?fàn)顟B(tài)可提供不小于50Mbit/s的傳輸速率，運(yùn)動狀態(tài)下的邊緣有效傳輸帶寬可達(dá)15Mbit/s。

（3）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用雙向非對稱設(shè)計(jì)，上行采用單載波頻分多址（SC-FDMA），下行采用正交頻分多址（OFDMA）。LTE總共7種上下行子幀配比，業(yè)務(wù)的需求配合非常靈活。

（4）系統(tǒng)采用TDD（時分雙工）方式，同時引入同步時鐘系統(tǒng)，能夠在有效劃分業(yè)務(wù)的同時，確保各業(yè)務(wù)的QOS。業(yè)務(wù)保障性能力強(qiáng)。

3 對軌道交通信號、通信各業(yè)務(wù)承載采用無線技術(shù)的建議

（1）對于軌道交通各項(xiàng)需求級別最高，帶寬需求一般的列車控制信號業(yè)務(wù)，采用獨(dú)立車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，采用在1.8GHz特殊頻率下工作的LTE技術(shù)。通過A/B雙網(wǎng)的組網(wǎng)方式，形成冗余配置，建設(shè)思路如下：

a.控制中心配置單核心EPC熱備模式或獨(dú)立雙EPC核心網(wǎng)設(shè)備，確保整體系統(tǒng)的管理安全。

b.車站配置兩套以太網(wǎng)交換機(jī)及對應(yīng)的BBU設(shè)備用于信號處理。

c.區(qū)間軌旁獨(dú)立鋪設(shè)一根泄露電纜，同時與800MHz專用調(diào)度TETRA系統(tǒng)泄漏電纜合路，組成冗余的無線覆蓋介質(zhì)，同時結(jié)合漏纜布置原則和RRU覆蓋范圍，設(shè)置若干RRU用于無線信號的覆蓋。

d.車載設(shè)備CPE車頭、車尾按照信號廠商的情況，分別配置主、備一套或兩套無線終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車載部分的冗余配置。

（2）對于軌道交通各項(xiàng)需求級別一般，帶寬需求較大的業(yè)務(wù)如：車載視頻監(jiān)控、視頻廣告、運(yùn)營信息、輛狀態(tài)信息等，利于建設(shè)成本考慮，建議采用車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)綜合承載的建設(shè)模式，采用在5.8GHz頻率下工作的WLAN（802.11ac）技術(shù)。通過單網(wǎng)的組網(wǎng)方式，建設(shè)思路如下：

a.控制中心配置單核心設(shè)備，關(guān)鍵模塊（管理、電源）熱備模式，確保整體系統(tǒng)的管理安全。

b.車站配置單臺太網(wǎng)交換機(jī)關(guān)鍵模塊（管理、電源）熱備模式，用于無線覆蓋設(shè)備的接入。

c.采用5GHz或5.8GHz無線頻段，根據(jù)頻率報備和業(yè)務(wù)帶寬需求情況，采用40MHz、80MHz或160MHz組網(wǎng)；在40MHz的模式下可轉(zhuǎn)換平均75Mbit/s的傳輸帶寬，在80MHz的模式下可轉(zhuǎn)換平均150Mbit/s的傳輸帶寬，在160MHz的模式下可轉(zhuǎn)換平均300Mbit/s的傳輸帶寬，完全滿足車載視頻監(jiān)控、視頻廣告、運(yùn)營信息、輛狀態(tài)信息等業(yè)務(wù)傳輸帶寬不小于65Mbit/s的需求，同時進(jìn)行了帶寬預(yù)留。

4 結(jié)束語

目前，各地軌道交通建設(shè)蓬勃發(fā)展，而車地?zé)o線系統(tǒng)作為地鐵運(yùn)用部門便民服務(wù)及保障安全的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)得到極大的重視。本文針對現(xiàn)有軌道交通信號、通信中重要業(yè)務(wù)特性和主流無線技術(shù)體系進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際的無線頻率使用情況，將業(yè)務(wù)和無線技術(shù)進(jìn)行了合理的配對，使車地?zé)o線系統(tǒng)整體的規(guī)劃更為切合實(shí)際，同時也為軌道交通業(yè)務(wù)后期的發(fā)展預(yù)留了想象的空間。

參考文獻(xiàn)：

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