城市軌道交通車地?zé)o線通信的應(yīng)用

文/王銳 王大成

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市軌道交通得到了快速發(fā)展，舒適性和安全性受到了社會(huì)各界人士的高度重視，主要原因是乘客已經(jīng)不能滿足單一的文本、聲音信息服務(wù)，這就要求城市軌道交通急切需要提高信息服務(wù)水平，吸引更多乘客；同時(shí)國(guó)外城市軌道交通惡性事件的頻繁發(fā)生，這就要求地鐵列車增加監(jiān)控措施，以此防止意外事故的發(fā)生。對(duì)于城市軌道交通而言，車地?zé)o線通信系統(tǒng)的使用性能起著非常重要的作用，能很大城市提升服務(wù)水平和管理水平，為了更加直觀的了解施工現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)狀需要采用高速率的車載視頻信息進(jìn)行傳輸，通過利用無(wú)線通信技術(shù)來(lái)滿足軌道列車對(duì)車地通信需求，為人們提供安全舒適的乘車環(huán)境，確保地鐵平穩(wěn)安全的運(yùn)行。

1 我國(guó)城市軌道交通車地?zé)o線通信的需求

1.1 無(wú)線集群調(diào)度信息

在城市軌道交通正常運(yùn)行當(dāng)中駕駛?cè)藛T與調(diào)度員和值班員之間進(jìn)行無(wú)線調(diào)度語(yǔ)音通話，司機(jī)與維護(hù)人員是使用無(wú)線調(diào)度語(yǔ)音通話的重要對(duì)象?，F(xiàn)階段在我國(guó)范圍內(nèi)地鐵無(wú)線集群調(diào)度系統(tǒng)以800MHz的數(shù)字群系統(tǒng)為主，這一系統(tǒng)既具備調(diào)度語(yǔ)音通信功能，也具備短數(shù)據(jù)傳遞輸送功能。

1.2 列車控制信息

在軌信號(hào)系統(tǒng)中，CBTC是應(yīng)用最為廣泛的一種系統(tǒng)，車地之間的列車控制信息傳送主要是依靠ATC、CBTC兩個(gè)系統(tǒng)的移動(dòng)閉塞來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在車地?zé)o線通信系統(tǒng)中經(jīng)常采用WLAN技術(shù)，其中無(wú)線通道主要是由軌道信號(hào)或通信系統(tǒng)單獨(dú)建立的。

1.3 乘客信息多媒體信息

乘客信息多媒體信息起著非常重要的作用，向乘客播放各種類型的新聞、安全知識(shí)和非票務(wù)信息進(jìn)行宣傳，現(xiàn)階段，在我國(guó)軌道交通中大多數(shù)都是采用WiMAX、RailView、DVBT等技術(shù)，車廂內(nèi)部的乘客是指向用戶，建設(shè)實(shí)施主要是依靠地鐵乘客信息系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 城市軌道交通車地?zé)o線通信的應(yīng)用要求

在城市建設(shè)中軌道交通車地?zé)o線系統(tǒng)，主要以無(wú)線通信需求為依據(jù)，將信息分成數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、服務(wù)以及控制等，在應(yīng)用中要滿足以下幾種要求：

2.1 較大的寬帶傳輸能力

較大的寬帶傳輸能力，可以有序的做好各種類型的語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)，促使其與軌道交通系統(tǒng)的寬帶需求相適應(yīng)。此外還要對(duì)各種等級(jí)業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分，保證信息傳輸?shù)倪x擇性，做好主次分明。

2.2 高速移動(dòng)性

現(xiàn)階段在我國(guó)軌道建設(shè)時(shí)，時(shí)速為80km/h，這就要求車地?zé)o線通信可以滿足這一時(shí)速情況下的穩(wěn)定性傳輸需求，還要求具有剩余的發(fā)展空間，以此滿足日后軌道時(shí)速高達(dá)120km/h的傳輸需求，還要具備一定的先進(jìn)性，確保技術(shù)在未來(lái)不會(huì)被淘汰，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化更加明顯，能夠有效滿足國(guó)家的相關(guān)規(guī)范，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展需求。

2.3 較高的可實(shí)施性

其可以更好的適應(yīng)高架、隧道以及軌道交通等較為特殊的場(chǎng)所，為后期施工預(yù)留出一定的擴(kuò)容余地。同時(shí)可以分為初期、近期以及遠(yuǎn)期三個(gè)階段，初期階段要求具備承載乘客信息的多媒體功能，以車載火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)信息、司機(jī)室客室圖像信息為主；近期階段要求具備CBTC列車控制、無(wú)線集群調(diào)度以及車載廣播等功能；遠(yuǎn)期階段要求具備承載各種無(wú)線信息功能。

3 城市軌道交通中常見的車地?zé)o線通信技術(shù)

在城市軌道交通建設(shè)過程中車地?zé)o線通信系統(tǒng)是傳輸網(wǎng)絡(luò)的延伸，能為地面與列車之間提供通信，也為視頻監(jiān)控、乘客信息等系統(tǒng)提供車輛與車站，控制中心之間的無(wú)線傳輸通道。同時(shí)車地?zé)o線通信系統(tǒng)具備較高的可靠性，支持列車運(yùn)行速度80公里/小時(shí)或者更高速度的視頻信息，多媒體信息下的實(shí)時(shí)傳輸，并且系統(tǒng)應(yīng)該具備防止黑客和非法信息入侵的功能，更好的保證傳播信息的安全性。目前常見的車地?zé)o線通信技術(shù)主要包括以下幾種：

3.1 TRainComMT技術(shù)

在城市軌道交通中這一技術(shù)是由德國(guó)公司研究開發(fā)出來(lái)的專用通信系統(tǒng)，可以在高速度的移動(dòng)環(huán)境下保證良好的通信效率和質(zhì)量，車地最大的通信傳輸速度可以達(dá)到16Mb/s。

3.2 WLAN技術(shù)

通俗一點(diǎn)講這一技術(shù)屬于寬帶無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，需要借助特點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)置，從目前的技術(shù)水平來(lái)看，為了確保通信質(zhì)量，要在城市軌道周圍間隔100-200米的位置設(shè)置一個(gè)無(wú)線AP網(wǎng)絡(luò)，但是這一技術(shù)存在一定的系統(tǒng)切換和調(diào)整頻繁問題，并且系統(tǒng)的可靠性比較差，因此在實(shí)際工作中應(yīng)用比較少。

3.3 WiMAX（802.16）

這種技術(shù)是3G標(biāo)準(zhǔn)，采用的是OFDM、AAS等先進(jìn)技術(shù)，還具有比較高的信息傳輸速度，高達(dá)70Mb/s，同時(shí)覆蓋范圍比較廣泛，高達(dá)50km。盡管這樣，這一技術(shù)還是具有一定缺陷，不能有效實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)的無(wú)縫切換，還存在一定的盲區(qū)，并且應(yīng)用很少，技術(shù)還需要進(jìn)一步升級(jí)和優(yōu)化。

3.4 LTE無(wú)線傳輸技術(shù)

3G標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過演變形成了LTE無(wú)線傳輸技術(shù)，這是3G與4G技術(shù)的過渡，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)，這種技術(shù)改進(jìn)和增強(qiáng)了3G的空間接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。相比較與3G標(biāo)準(zhǔn)，LTE的數(shù)據(jù)速率比較高，通過分組方式進(jìn)行信息傳送，覆蓋率較為廣泛以及向下兼容等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是3G向4G演進(jìn)的主要技術(shù)，LTE無(wú)線傳輸技術(shù)在靈活分配頻譜，系統(tǒng)容量以及覆蓋等方面有著非常重要的優(yōu)勢(shì)，采用2X2MIMO進(jìn)行傳輸，能夠很大程度增加速率，許多運(yùn)營(yíng)商都一致支持使用LTE無(wú)線傳輸技術(shù)，且此傳輸技術(shù)會(huì)在未來(lái)的5G商用化的廣泛應(yīng)用上做到業(yè)務(wù)過渡。

4 城市軌道交通車地?zé)o線通信應(yīng)用的系統(tǒng)方案

4.1 總體方案

在本方案中，系統(tǒng)采用的設(shè)備為TDLTE系設(shè)備，采用四級(jí)架構(gòu)形式來(lái)設(shè)置，四級(jí)架構(gòu)分別為中心級(jí)、車站級(jí)、區(qū)間級(jí)以及車輛級(jí)，中心級(jí)的任務(wù)是擔(dān)任TDLTE核心網(wǎng)設(shè)備，車站級(jí)的任務(wù)是擔(dān)任BBU設(shè)備，區(qū)間級(jí)的任務(wù)是擔(dān)任RRU設(shè)備，車輛級(jí)的任務(wù)是擔(dān)任TAU設(shè)備。在區(qū)間覆蓋的時(shí)候，這一系統(tǒng)采用合路方式，就是區(qū)間覆蓋需要與民用通信區(qū)間泄漏電纜相互結(jié)合，這對(duì)擴(kuò)大TDLTE車地?zé)o線信號(hào)在隧道區(qū)間內(nèi)部的覆蓋率非常有利。

4.2 控制中心方案

在控制中線當(dāng)中設(shè)置一套網(wǎng)管設(shè)備，TDLTE核心網(wǎng)，這項(xiàng)設(shè)置的作用是通過乘客信息系統(tǒng)與交換機(jī)連接，并且依靠專用通信傳輸系統(tǒng)提供以太網(wǎng)，與每個(gè)車站BBU相互連接。同時(shí)還要控制中線AS、控制中心PIS互聯(lián)接口，車輛內(nèi)部所有的FAS信息和檢測(cè)信息采用DLTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)，將信息傳輸?shù)娇刂浦芯€核心網(wǎng)上，然后再利用PIS來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)，將其傳輸?shù)杰囕v維修中心和控制中心FAS。

4.3 車站與隧道方案

首先要將車站的乘客信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)交換機(jī)連接，在車站內(nèi)設(shè)置一套BBU，利用光纖方式進(jìn)行載體連接，確保其與區(qū)間RRU相連接。RRU的作用是接受車輛TAU信息，然后再經(jīng)過車站BBU乘客信息系統(tǒng)和專用信息傳輸系統(tǒng)把所有接收到的車輛TAU信息傳輸?shù)娇刂浦行?，再在隧道?nèi)設(shè)置合路器，將TDLTE車地?zé)o線信號(hào)與各個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行整合，將其反饋到區(qū)間民用泄漏電纜內(nèi)，確保無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，全面的覆蓋整個(gè)區(qū)間。

4.4 車載與車輛段方案

在兩端司機(jī)室內(nèi)分別安裝兩套TAU設(shè)備，且在車頂所處位置加設(shè)一套TAU天線設(shè)備，且與車輛控制總線、車載乘客信息系統(tǒng)以及車載視頻等相連接。同時(shí)將車輛檢測(cè)信息、視頻畫面等都上傳到控制終端，接收PIS的多媒體播放信息。另外，對(duì)于所有的車輛都應(yīng)該設(shè)置饋系統(tǒng)、BBU及RRU，以此全面覆蓋整個(gè)地面區(qū)域。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在城市建設(shè)和發(fā)展中，城市軌道交通是有效緩解交通壓力的主要通道，也是一個(gè)重要的壓力設(shè)施，車輛對(duì)地面無(wú)線通信技術(shù)有著非常重要的影響，需加強(qiáng)無(wú)線傳輸技術(shù)的研究和開發(fā)，提高無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸效率和質(zhì)量，擴(kuò)大軌道交通設(shè)備覆蓋范圍，滿足城市軌道交通的正常穩(wěn)定運(yùn)行。