城市軌道交通無線通信技術研究

丁小強

摘要 對于城市軌道交通系統(tǒng)而言，無線通信網絡的完善直接關系到其整體安全水平。文章首先針對城市軌道交通系統(tǒng)實際工作環(huán)境中無線通信的需求展開說明和分析，而后進一步基于實際發(fā)展情況對該領域無線通信體系環(huán)境以及技術加以深入討論，對于切實把握該領域的發(fā)展脈搏有著一定的積極價值。

關鍵詞 城市；軌道交通；無線；通信

城市軌道交通工作體系之中，通信占據(jù)著不容忽視的重要環(huán)節(jié)。尤其是在目前軌道運輸系統(tǒng)不斷提速，通信科技日趨成熟的整體背景之下，越來越多的應用都對無線通信系統(tǒng)提出了更高的要求。然而限于技術以及發(fā)展過程等多方面的原因，我國城市軌道交通無線通信系統(tǒng)相對而言比較缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，在不同的時期內引入的不同技術與設備，呈現(xiàn)出相對獨立和分散的工作特征，融合的有效性不足，阻礙了城市軌道無線通信體系的形成。

1.城市軌道交通系統(tǒng)對于無線通信的需求分析

在城市軌道交通環(huán)境中，除去旅客本身發(fā)起的通信呼叫以外，其他的主要構成部分為車地無線通信需求，地對地的通信需求相對傳統(tǒng)，可以通過無線和有線兩種方式予以滿足。對于車地無線通信需求而言，又可以分為2個主要部分，即無線集群調度信息以及列車控制信息。

無線集群調度信息出現(xiàn)在軌道交通的正常運營過程中，主要是考慮到列車司機需求與地面調度員、值班員來展開無線調度通話，這是在軌道交通系統(tǒng)中最主要的無線通信需求。這一方面的數(shù)據(jù)傳輸需求，要求通信系統(tǒng)能夠保持良好的穩(wěn)定性，同時考慮到目前通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)多樣化特征，這一通信支持系統(tǒng)應當同時能夠滿足語音通信和短數(shù)據(jù)傳輸兩個方面的通信需求。而列車控制系信息則更多側重于車本身與地面的聯(lián)系，這是當前該領域中自動化技術的重點體現(xiàn)。主要傳輸內容，包括列車在行進過程中諸多狀態(tài)以及監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸，并且同時承擔告警信息的采集和傳輸?shù)取?/p>

從技術特征的角度看，當前支持城市軌道交通正常運行的技術，需要能夠實現(xiàn)如下幾個方面的職能。首先，能夠支持起良好的語音集群通信，并且實現(xiàn)良好的向下兼容，對當前已經在該環(huán)境中實現(xiàn)的數(shù)字集群調度系統(tǒng)能夠有效集成，并且構建起支持調度員、司機、車站值班員之間的語音通信和短數(shù)據(jù)傳送的通信平臺。從具體功能的角度看，應當能夠實現(xiàn)包括單呼、組呼、廣播、會議、PTT話權搶占、動態(tài)重組、優(yōu)先級呼叫、強插、強拆、限時通話、端狀態(tài)呈現(xiàn)、監(jiān)聽錄音、禁話等功能。其次，考慮到軌道交通環(huán)境本身覆蓋區(qū)域呈現(xiàn)較窄鏈狀的特殊性，該領域工作的通信系統(tǒng)還應當能夠實現(xiàn)針對該工作環(huán)境的切換優(yōu)化，從而避免在越區(qū)切換的過程中發(fā)生語音通信中斷或者數(shù)據(jù)丟失。在這一方面，切換觸發(fā)條件、基站搜索方式以及目標基站的確定等方面的優(yōu)化，成為影響整個系統(tǒng)工作效率的重要因素。再次，在下一代的無線通信系統(tǒng)中，分布式基站工作模式會更為普及，此種模式可以將基站分為射頻拉遠模塊（RRU，Radio Remote Unit）和基帶處理單元（BBU，BuildingBaseband Unit），二者之間通過光纖鏈接，并且一個BBU能夠同時支撐多個RRU進行工作。將BBU安裝在機房，而RRU安裝在軌道覆蓋環(huán)境中，能夠實現(xiàn)饋線損耗的有效降低，提升發(fā)射成功率以及通信網絡的覆蓋能力。最后，載波聚合技術同樣是未來發(fā)展的重要方向。為了應付當前通信環(huán)境中頻譜資源短缺的問題，載波聚合技術應運而生。此項技術能夠將多個成員載波進行連接，提供更大的傳輸帶寬，而對于成員載波在頻率上是否連續(xù)并沒有要求，因此在當前環(huán)境中具有良好的生命力。

2.城市軌道交通無線通信系統(tǒng)的實現(xiàn)與部署

在城市軌道交通工作環(huán)境中，數(shù)據(jù)、語音、控制、安全等多種信息同時存在，形成了復雜的信息傳輸需求。因此在針對該領域進行通信網絡資源部署的時候，應當在充分保證帶寬傳輸能力的基礎之上，充分考慮軌道交通系統(tǒng)的高速運動特征，當前我國地鐵的時速能夠達到80kin/h，并且開始朝向120km/h邁進，在這樣的背景之下，確保高速行駛的列車獲取到良好的信號，是城市軌道交通安全的重要基礎。除此以外，在可實施性方面也應當著重考慮，主要是城市軌道交通需要面對高架、隧道燈特殊運行場所，這些場所對于信號都存在一定的影響，綜合考慮未來發(fā)展的過程中可能出現(xiàn)的信息總量增加的需求，共同構成了當前城市軌道交通的通信環(huán)境。

對于這樣的需求環(huán)境而言，城市軌道交通無線通信系統(tǒng)的部署，應當著力于從如下幾個方面實現(xiàn)。

2.1總體架構

目前在該領域中較多見TD-LTE設備，并且呈現(xiàn)出分層分級的配置方式，包括中心級、車站級、區(qū)間級以及車輛級工4個層級。其中中心級作為TD-LTE網絡的核心存在，車站級則包括BBU設備，區(qū)間級包括RRU設備，最基層的車輛級則涵蓋所有的跟蹤區(qū)更新設備（TAU，Train Access Uint）。同時采用合路方式來實現(xiàn)區(qū)間的覆蓋，即結合民用通信區(qū)間漏泄電纜實現(xiàn)更為有效的區(qū)間覆蓋。

2.2控制中心

在控制中心方面，設置一套網管設備以及TD-LTE核心網，其價值在于實現(xiàn)對于旅客信息系統(tǒng)核心交換機的支持，并且通過專用通信傳輸系統(tǒng)提供的以太網通道，達成與各個車站級BBU設備保持互聯(lián)的目的。除此以外，控制中心還需要與系統(tǒng)中各個不同組件以及模塊保持聯(lián)系，包括車輛火警信息（FAS，F(xiàn)ire Alarm System）以及車輛維修信息等，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步，便于實現(xiàn)系統(tǒng)對于實際情況的理解，并且做出合理的決策支持。

2.3車站以及隧道

對于車站方面而言，旅客信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)交換機保持連接，同時在車站內進行BBU設備的設置，通過光纖實現(xiàn)與區(qū)域內部RRU設備的連接。在整個系統(tǒng)中，RRU承擔著對車輛TAU相關信息的直接接收，而后進一步經由光纖傳輸?shù)杰囌綛BU設備單元中。在隧道之內布置合路器，實現(xiàn)TD-LTE車地無線信號與社會范圍內多個電信運營商的無線信號的整合，并且饋入?yún)^(qū)間民用漏泄電纜之內，實現(xiàn)無線信號的覆蓋優(yōu)化。

2.4車輛段以及車載系統(tǒng)

通常在列車兩端的司機室內設置兩套TAU設備，并且在車頂加裝對應的設備天線，實現(xiàn)車載乘客信息系統(tǒng)、車載視頻等相關組件與車輛控制系統(tǒng)的連接。通過這樣的部署，能夠將多方面的監(jiān)控信息全部上傳至控制終端，同時接受PIS的多媒體播放信息。

3.結論

在完成了對于城市軌道交通無限通信系統(tǒng)的部署之后，還應當加強測試，包括對于RRC（Radio Resource Control）建立成功率、ERAB（Radio Access Bearer）建立成功率、切換成功率、切換時延、單個用戶上行以及下行吞吐率等方面。確保能夠達到對應的數(shù)據(jù)傳輸標準要求。