城市軌道交通車地無線通信系統(tǒng)發(fā)展需求探討

王富春

關鍵詞：城市軌道交通;車地無線通信系統(tǒng);發(fā)展需求

無線通信是現(xiàn)代城市軌道交通的標志，車地無線通信技術在現(xiàn)代城市軌道交通發(fā)展中扮演著重要的角色?，F(xiàn)階段，我國的城市軌道交通運營線路網(wǎng)絡逐漸復雜，給無線通信系統(tǒng)的應用提出了更高的要求。車地無線通信系統(tǒng)主要使用TETRA、LET、WLAN等無線網(wǎng)絡技術，對于提高軌道交通運營的效率和質(zhì)量具有良好的優(yōu)勢。在技術的實際應用中，主要以無線通信需求為依據(jù)，以保證較高的可實施性、高速移動性和較大的帶寬傳輸能力為基本要求，以合理選擇應用方案為前提，促進我國城市軌道交通的不斷發(fā)展。

一、城市軌道交通車地無線通信系統(tǒng)的需求分析

（一）乘客信息多媒體信息

現(xiàn)階段，我國城市軌道交通具有一定的信息宣傳的作用，宣傳的對象為車廂內(nèi)部的乘客，宣傳的內(nèi)容主要有安全知識、各種類型的新聞和一些非票務信息，而類宣傳也被稱作乘客信息多媒體信息，乘客信息多媒體信息的實施主要依靠地鐵乘客信息系統(tǒng)實現(xiàn)，在目前多采用DVBT、RairView、WiMAX等技術實施。

（二）列車控制信息

CBTC是當前軌道信號系統(tǒng)中常用的一種系統(tǒng)，主要依靠CBTC和ATC這兩個系統(tǒng)的移動閉塞來實現(xiàn)車地之間的列車控制信息傳送。其中，WLAN技術主要用于車地無線通信系統(tǒng)，并由通信系統(tǒng)和軌道信號單獨建立無線通道，從而實現(xiàn)列車控制信息的傳送。

（三）無線集群調(diào)度信息

城市交通軌道的正常運行離不開調(diào)度員、駕駛員和值班員之間的無線調(diào)度語音通話，無線調(diào)度語音通話的使用以維護人員和司機最為重要，是保證列車行駛安全的重要保證。當前我國主要采用800MHz的數(shù)字群系統(tǒng)為主的地鐵無線集群調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時具備了數(shù)據(jù)傳輸功能和調(diào)度語音通信功能。

二、城市軌道交通車地無線通信系統(tǒng)的應用要求

（一）較高的可實施性

較高的可實施性指的是城市軌道交通車地無線通信系統(tǒng)能夠很好地適應隧道、高架等特殊場所。車地無線通信系統(tǒng)的應用需要分為三個階段。第一階段即應用初期，該階段需要具備司機乘客室畫像信息、火災自動報警系統(tǒng)信息以及乘客信息、多媒體信息等基本通信需求。第二階段即近期階段，該階段主要以車載廣播、無線集群調(diào)度、CBTC列車控制等功能的應用為主。第三階段也就是遠期階段，這一時期需要城市軌道交通承載各種無線通信功能。

（二）高速移動性

近年來，我國城市軌道列車運行的速度不斷創(chuàng)新高，這也就要求其無線通信系統(tǒng)具有高速移動性，能滿足不斷發(fā)展的城市軌道運行需求。對高速移動性的具體要求為：在滿足不同時速的軌道運行無線通信需求的基礎上，保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性并具有剩余發(fā)展空間。其次，該技術的應用還要保證一定的先進性，具有更為明顯的系統(tǒng)標準化，確保不會在短期內(nèi)淘汰，并滿足產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展需求，符合國家的相關規(guī)范。

（三）較大的帶寬傳輸能力

交通車地無線通信的應用需要保證各種類型的視頻和語音業(yè)務滿足無線通信的服務需求。該需求主要依靠較大的帶寬傳輸能力，使軌道交通系統(tǒng)的帶寬需求與各類型業(yè)務相適應。另外，在具體的應用過程中要劃分不同的業(yè)務等級，做到主次分明，使信息傳輸具有一定的選擇性?？傊?，車地無線通信系統(tǒng)在城市軌道交通中的應用以無線通信需求為依據(jù)，在應用中將信息劃分為服務、語音、數(shù)據(jù)、控制等，現(xiàn)階段該系統(tǒng)的應用除了滿足可實施性、高速移動性和寬帶傳輸能力之外，還要不斷尋求更多的應用需求，為后期的發(fā)展留有一定的空間，滿足不斷發(fā)展的城市軌道交通的運營需要。

（四）較高的安全性

城市軌道交通無線通信網(wǎng)絡的安全性是保障乘客個人信息、財產(chǎn)安全的必要條件。車地無線通信系統(tǒng)往往會用到WLAN技術，該技術有著較強的開放性，同時也帶來了一定的安全隱患，即使我國當前對開放的無線網(wǎng)絡安全性采取了一系列的措施，但黑客入侵、偽裝攻擊等非法盜竊信息的事件時有發(fā)生。對無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全性防護一直是軌道交通運行中的重點需求，相關部門應將車地無線通信系統(tǒng)的安全性充分重視起來，全面打擊危害網(wǎng)絡安全的違法行為，修復當前網(wǎng)絡系統(tǒng)中的漏洞，讓不法分子無可乘之機，切實保證軌道交通乘客的信息安全。

三、車地無線通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

（一）網(wǎng)絡性不能滿足實際需求

我國城市軌道交通運行的過程中，主要通過TETRA、LTE、WLAN這三種無線網(wǎng)絡技術實現(xiàn)車地無線通信系統(tǒng)的運行，這些無線網(wǎng)絡技術分別承載著無線語音集群系統(tǒng)、TC-MS、Wi-Fi、PIS、CCTV等業(yè)務，發(fā)揮著提高運營、提升服務效率、維護軌道交通運營安全的作用。但在實際應用中存在著一定的網(wǎng)絡性能差的問題，難以滿足正常的服務、語音、數(shù)據(jù)等信息的無線通信。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，WLAN無線技術的抗干擾性差，當前一般采用5.8GHz或2.4GHz的公共頻段，很容易被外界的民用無線通信網(wǎng)絡干擾。同時，列車運行速度的增加會對WLAN無線技術傳輸速度、時延等指標造成影響，尤其是在時速120km/h以上的快線軌道交通中劣勢更為明顯。其次，TETRA無線網(wǎng)絡存在較強的局限性，傳輸?shù)乃俾手挥?00Kbps，屬于2G網(wǎng)絡，僅支持對一些文本信息和語音數(shù)據(jù)的傳輸。最后，LTE-M無線技術不能同時支持多項業(yè)務，受到有限頻率資源的影響，存在一定的局限性。

（二）多網(wǎng)并存

多網(wǎng)并存指的是當前我國城市軌道交通車地無線通信系統(tǒng)普遍采用三張及多張WLAN無線網(wǎng)絡，分別承載Wi-Fi、PIS、CBTC等業(yè)務，也有部分路線對CCTV、PIS、TCMS等業(yè)務由LTE-M無線技術所承載，造成了多網(wǎng)并存的現(xiàn)狀。無線車地網(wǎng)絡系統(tǒng)多網(wǎng)并存的現(xiàn)狀對我國軌道交通的運行帶來了一定的不利影響，具有維護成本高、運營管理難以落實等缺點，對新業(yè)務的開展和后期業(yè)務的整合造成了一定的阻礙。

四、運營業(yè)務的需求變革

針對當前車地無線通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀來看，車地無線網(wǎng)絡承載著PIS系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無線集群調(diào)度系統(tǒng)、車輛信息檢測等業(yè)務。不同的業(yè)務對網(wǎng)絡傳輸有著不同的性能要求。其中，PIS視頻直播以及視頻監(jiān)控對網(wǎng)絡傳輸?shù)母蓴_性和時延要求較低，但需要大帶寬。無線集群、CBTC等系統(tǒng)要求無線網(wǎng)絡不干擾，極低時延，也對帶寬的需求低。隨著現(xiàn)代科學技術的高速發(fā)展，全自動駕駛、智能化運營、智慧車站、智慧列車等各種新業(yè)務不斷出現(xiàn)，而這些新的業(yè)務也對車地無線通信系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。在地鐵智能維護、高速運營的環(huán)境下，性能各異的車地無線網(wǎng)絡將面臨發(fā)展的瓶頸，無線網(wǎng)絡技術的變革是應對未來城市軌道交通新增業(yè)務需求的必要基礎。

在智慧運營的環(huán)境下，城市軌道交通將面臨更多的新需求，實現(xiàn)地鐵列車的全自動駕駛必然需要更智能和高清的視頻監(jiān)控系統(tǒng);智能維護和管理對車載設備狀態(tài)信息的實時回傳分析提出了更高的要求;人民生活水平的提升對軌道交通運行的服務質(zhì)量有了更高的需求，提高地鐵服務質(zhì)量，增強乘客乘車的舒適度則需要適時、高清的PIS視頻直播。綜上所述，這些新需求的實現(xiàn)必然對車地無線通信系統(tǒng)提出了更嚴格的要求，在考慮接口拓展能力、建設、維護成本等因素的同時，不斷建設能夠承載多項業(yè)務、穩(wěn)定、高速、廣覆蓋、大帶寬的綜合性無線通信網(wǎng)絡。

五、車地無線通信技術應用的系統(tǒng)方案

（一）總體方案

以四架結(jié)構(gòu)為設置形式，以TDLTE為系統(tǒng)設備，四架結(jié)構(gòu)分別為車輛級、區(qū)間級、車站級和中心級別，分別擔任TAU設備、RRU設備、BBU設備和核心網(wǎng)設備，采用合路的方式進行區(qū)間覆蓋，使民用通信區(qū)間泄漏電纜與區(qū)間覆蓋相結(jié)合，提高隧道區(qū)間內(nèi)部TDLTE車地無線信號的覆蓋率。

（二）車載與車輛段方案

分別將三套TAU設備安裝與車頂所處位置以及兩端司機室內(nèi)，使TAU設備與車載視頻、車載乘客信息、車輛控制總線等相連接，將視頻畫面和車輛的檢測信息上傳至控制終端。其次，對所有列車設置RRU、BBU和反饋系統(tǒng)。

（三）車站與隧道方案

車輛的TAU信息可以通過BBU接受，由專用信息傳輸系統(tǒng)和BBU乘客信息系統(tǒng)將接收到的信息傳送至控制中心。以此為原理，在車站設置一套BBU，將數(shù)據(jù)交接機與乘客信息系統(tǒng)相連接，對載體利用光纖連接，使區(qū)間RRU與車站乘客信息系統(tǒng)相連接，將合路器置于隧道內(nèi)，整合各電信運營商和TDLTE車地無線信號，通過民用泄露電纜進行信息反饋，實現(xiàn)無線信號的傳輸，對整個區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)全面覆蓋。

（四）控制中心方案

在控制中線中設置TDLTE核心網(wǎng)，將數(shù)據(jù)交換機與車站的乘客信息相連接，利用專門的通信傳輸系統(tǒng)連接每個車站的BBS，并對控制中心PIS和控制中線AS進行互聯(lián)接口，以TDLTE車地無線通信系統(tǒng)將列車的檢車信息和車輛內(nèi)部的FAS信息傳輸至中線核心網(wǎng)，對中線核心網(wǎng)上的信息利用PIS轉(zhuǎn)發(fā)至控制中心FAS和車輛維修中心。

（五）車地無線通信新技術的應用

車地無線通信新技術的應用是實現(xiàn)移動新、高速率、大寬帶的無線網(wǎng)絡技術新需求的必要的條件。如使用1785—1805MHz專用頻段的LTE-M技術具有更強的傳輸速率和較強的抗干擾能力，并且支持高速移動;5G技術以及LTE-U技術具有高移動性和超大帶寬，在PIS、Wi-Fi等業(yè)務的應用上有著良好的優(yōu)勢和應用前景。

六、結(jié)語

隨著軌道交通的乘客群體、運營線路網(wǎng)絡體系的快速發(fā)展和日趨復雜，智慧運維、全自動運維等軌道交通運營的新業(yè)務已近逐漸展開，車地無線網(wǎng)絡的發(fā)展面臨新的需求，大帶寬、高速率、高移動性、綜合承載等將成為未來車地無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。