地鐵PIS車地?zé)o線技術(shù)方案研究

樊睿

摘要：車地?zé)o線通信作為乘客信息系統(tǒng)（以下簡稱PIS）中重要的組成部分，其主要功能就是列車在快速移動過程中，為車 - 地以及地 - 車之間的各種數(shù)據(jù)信息、視頻信息和控制信息提供傳輸通道，這也是PIS 相對于其他系統(tǒng)所特有的需求。而 PIS 的實施，尤其是車地?zé)o線部分往往面臨著比其他系統(tǒng)復(fù)雜得多的物理環(huán)境。另外，隨著高清視頻的不斷發(fā)展及地鐵運(yùn)營的需求增加，對車地?zé)o線服務(wù)的需求量也不斷增大。因此，如何選擇能夠提供穩(wěn)定的車地?zé)o線服務(wù)的集成方案是當(dāng)前亟需解決的重要課題。

關(guān)鍵詞：PIS；車地?zé)o線；數(shù)字電視；LTE；WLAN

1 PIS車地?zé)o線技術(shù)要求

當(dāng)前地鐵 PIS 在車地?zé)o線通信方面主要關(guān)注下面5個問題。

1.1 帶寬

網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)不僅是數(shù)據(jù)信息，還包括視頻和音頻信息，因此對通信帶寬有著較高的要求，當(dāng)前地鐵運(yùn)營要求車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)至少提供 15 Mbps 以上的帶寬。

1.2 漫游

列車在高速移動情況下，車載無線設(shè)備需要不斷地與軌旁的無線設(shè)備進(jìn)行通信，考慮到 PIS 的車地?zé)o線主要為視頻數(shù)據(jù)的雙向傳輸，因此即便是短暫的通信中斷也會嚴(yán)重影響視頻的播放效果，因此要求漫游切換時間非常短。

1.3 丟包率

因為數(shù)據(jù)的丟包會對視頻播放的效果影響嚴(yán)重，所以本系統(tǒng)需要對無線通信的丟包率有嚴(yán)格的控制，一般為小于 1%。

1.4 抗干擾

PIS 系統(tǒng)的車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，同時會與其他系統(tǒng)（如信號系統(tǒng)的 CBTC 系統(tǒng)等）的無線網(wǎng)絡(luò)有所疊加，因此必須保證 PIS 系統(tǒng)的無線信號和專用無線系統(tǒng)場強(qiáng)能夠在全線無縫覆蓋，同時避免對地鐵其它系統(tǒng)產(chǎn)生相互干擾。

1.5 管理維護(hù)

因為 PIS 是旅客乘坐地鐵出行的一個重要窗口，所以對車地?zé)o線通信維護(hù)管理的要求非常高。

2 PIS車地?zé)o線方案應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)分析

2.1 數(shù)字電視

目前，基于數(shù)字電視技術(shù)構(gòu)建地鐵PIS 車地?zé)o線方案的主要有 2 種：（1）基于 DVB-T 技術(shù)；（2）基于數(shù)字電視技術(shù)為地鐵行業(yè)定制開發(fā)的解決方案。

在 DVB-T 技術(shù)下，要求獨(dú)立設(shè)置基站并借助軌道交通民用通信移動信號引入（POI）系統(tǒng)的漏纜通道?；?DVB-T 的移動電視系統(tǒng)采用廣播電視頻率，并不易受到干擾，同時不會影響其他無線系統(tǒng)，實現(xiàn)了視頻信號實時播放。但是，該技術(shù)僅僅實現(xiàn)了控制中心到列車的單向數(shù)據(jù)傳輸，即實現(xiàn)了 PIS 系統(tǒng)資訊節(jié)目的下傳，而無法實現(xiàn)車載視頻上傳控制中心的功能和車載無線設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理功能，無法滿足軌道交通運(yùn)營管理要求。并且，該方案需要獨(dú)立建設(shè)，占用漏纜資源，各建設(shè)方協(xié)調(diào)難度大，產(chǎn)權(quán)不清晰，對無線信號覆蓋要求高，而漏纜覆蓋受到公網(wǎng)運(yùn)營商的制約，很難實現(xiàn)最優(yōu)的覆蓋效果。更適合地面部分的傳輸，沒有針對適應(yīng)地鐵使用環(huán)境的定制開發(fā)，缺乏 QoS 保障機(jī)制。

當(dāng)前，地鐵線路中應(yīng)用的數(shù)字電視方案一般都是基于地面數(shù)字電視廣播的以太網(wǎng)無線寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)繼承新的時域同步正交頻分復(fù)用調(diào)制和單頻網(wǎng)組網(wǎng)覆蓋核心技術(shù)，可進(jìn)行雙向傳輸、媒體流轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的定制開發(fā)、引用智能多天線技術(shù)提高數(shù)據(jù)接收的可靠性、進(jìn)行數(shù)據(jù)包的分集處理支持多頻段定制開發(fā)，滿足不同運(yùn)營者的需求。

DTMB 是一種具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地面數(shù)字多媒體電視廣播的服務(wù)需求、傳輸條件和信道特征，DTMB 傳輸系統(tǒng)采用了創(chuàng)新的 TDS-OFDM 調(diào)制方式。使用特殊設(shè)計的PN 序列作為同步信號填充 OFDM 保護(hù)間隔，實現(xiàn)了快速穩(wěn)健的同步和高效的信道估計，提高了頻譜效率。在抗多信道噪聲、多徑、多普勒衰落、時鐘恢復(fù)、傳輸效率等方面優(yōu)于其它地面數(shù)字電視傳輸國際標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的性能。DTMB 高度靈活的操作模式，使其具有很強(qiáng)的移動接受能力。

2.2 LTE

長期演進(jìn)采用 OFDM 和MIMO 作 為 其 無 線網(wǎng) 絡(luò) 演 進(jìn) 的 唯 一 標(biāo)準(zhǔn)。在 20 MHz 頻譜帶寬下能夠提供理論上下行 100 Mbit/s 與上行 50 Mbit/s 的峰值速率。時分長期演進(jìn)用 時 間來分離接收和發(fā)送信道，接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時 隙 作 為 信 道 的 承載，其單方向的資源在 時 間 上 是 不 連 續(xù)的，時間資源在兩個方向上進(jìn)行分配，可以比較好地適應(yīng)地鐵PIS 車地間的非對稱業(yè)務(wù)需求。

TD-LTE 方案采用 車 站 部 署 BBU，軌旁部署 RRU 的方式實現(xiàn)無線信號的覆蓋，對于隧道可以采用漏纜方式，對于地面或者高架段可以采用天線方式。在漏纜的使用方式上，也可采用與民用無線共用的方式，以節(jié)省建設(shè)成本。

2.3 WLAN

WLAN 是地鐵 PIS 車地?zé)o線中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)方案，也是目前在 PIS 車地?zé)o線領(lǐng)域應(yīng)用業(yè)績最廣、技術(shù)最為成熟的方案。

車地?zé)o線高帶寬不僅可以承載更多車到地的高清監(jiān)控視頻，而且也可以承擔(dān)更多的業(yè)務(wù)，如車廂無線熱點覆蓋業(yè)務(wù)，為地鐵帶來更多的運(yùn)營方式和利益增長點。另外，采用 WLAN 技術(shù)主要工作在 2.4 G 和 5 G 頻段，該頻段屬于 ISM 頻段，無需授權(quán)許可即可使用，所以，不必承擔(dān)頻段占用費(fèi)用，可以免費(fèi)使用，這將給地鐵 PIS 的后續(xù)運(yùn)營節(jié)省大量的運(yùn)營成本。高帶寬提供能力以及豐富的免費(fèi)頻帶資源都是 WLAN 技術(shù)在地鐵 PIS 的車地?zé)o線方案中相對于數(shù)字電視和 LTE 技術(shù)的重要優(yōu)勢。

2.4 技術(shù)方案對比

通過對數(shù)字電視、LTE、WLAN 這 3 種在地鐵PIS 中的技術(shù)方案進(jìn)行分析，可得出如表 1 中的結(jié)論。

3 結(jié)束語

通過對數(shù)字電視、LTE、WLAN 在地鐵 PIS 車地?zé)o線應(yīng)用方案的分析，可以看出，WLAN 作為目前技術(shù)最為成熟、應(yīng)用文案例最為廣泛的車地?zé)o線方案，相對于其他技術(shù)具備很大的優(yōu)勢。隨著地鐵行業(yè)頻段的確定以及后續(xù) 802.11ac 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，WLAN方案將能夠發(fā)揮更大的優(yōu)勢，為地鐵車地?zé)o線帶來更高更加穩(wěn)定的帶寬，不僅能夠滿足當(dāng)前 PIS 業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需要，同時也可以滿足其他涉及車地?zé)o線業(yè)務(wù)的承載，為地鐵運(yùn)營方創(chuàng)造更大的價值，同時也為廣大乘客帶來更好的乘坐體驗。

（作者單位：南京地鐵資源開發(fā)有限責(zé)任公司）