城市軌道交通移動通信技術(shù)研究

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【摘要】隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，車地?zé)o線通信的發(fā)展已越來越不能滿足日益增長的軌道交通業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。本文通過分析當(dāng)下城市軌道交通車地通信的現(xiàn)狀，通過對移動通信相關(guān)技術(shù)原理的研究，提出了移動通信技術(shù)在城軌車地通信方面具有更穩(wěn)定、更可靠的優(yōu)勢。合理地實(shí)現(xiàn)移動通信技術(shù)與城軌車地通信的結(jié)合，能夠更好地實(shí)現(xiàn)車地?zé)o線通信傳輸，滿足軌道交通業(yè)務(wù)的需求。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；移動通信技術(shù)；車地?zé)o線通信；交通控制

1城軌交通車地?zé)o線通信現(xiàn)狀

城市軌道交通控制是基于CBTC實(shí)現(xiàn)的列車自動化控制系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控列車運(yùn)行狀態(tài)，控制列車安全行駛。因此，車地?zé)o線通信就決定了CBTC運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。當(dāng)前地鐵車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，主要是采用是基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的WLAN技術(shù)，主要存在以下問題：

（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性低

WLAN無線網(wǎng)絡(luò)單站點(diǎn)AP覆蓋范圍有限，最多不超過200米，所設(shè)站址較多，從而造成隧道內(nèi)維護(hù)困難，在高速移動情況下無法保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

（2）抗干擾能力弱

地鐵WLAN無線通信沒有專用頻段，只能使用免費(fèi)開放的2.4GHz和5.0GHz公共頻段，干擾源太多，干擾太大，也許一個(gè)普通手機(jī)用戶的手機(jī)熱點(diǎn)都可能對WLAN的傳輸質(zhì)量產(chǎn)生影響

（3）數(shù)據(jù)傳輸帶寬受限

隨著城軌信息化的發(fā)展，無線通信領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)傳輸帶寬提出了新的要求。車內(nèi)旅客信息系統(tǒng)（PIS）要求車地通信能夠提供單車6～8Mbit/s的下行傳輸帶寬，CCTV監(jiān)控系統(tǒng)要求能夠?yàn)閱诬囂峁?～6Mbit/s的上行傳輸帶寬。在保證CBTC列車控制信息正常傳輸?shù)幕A(chǔ)上，滿足上述PIS、CCTV業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，對現(xiàn)有的WLAN通信系統(tǒng)提出了新的要求。

（4）數(shù)據(jù)傳輸安全性低

由于WLAN采用公共電磁波作為載體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，任何人都有條件和可能竊聽或干擾信息，存在電磁波泄露或者數(shù)據(jù)被截聽的安全隱患。因此，對于WLAN的安全保密問題顯得尤為突出。

（5）組網(wǎng)成本高

城軌車地專用無線通信業(yè)務(wù)主要分為三部分：以TETRA為代表的語音調(diào)度業(yè)務(wù)；保障CBTC系統(tǒng)運(yùn)行的WI-FI網(wǎng)絡(luò)；車載PIS（乘客信息系統(tǒng)）與CCTV（閉路電視）的專用WI-FI網(wǎng)絡(luò)。這三種業(yè)務(wù)彼此獨(dú)立，各自單獨(dú)組建網(wǎng)絡(luò)，所建成本較高，不利于軌道交通業(yè)務(wù)的長期發(fā)展。

2移動通信技術(shù)

（1）第一代移動通信技術(shù)

第一代移動通信技術(shù)產(chǎn)生與上世紀(jì)80年代，是最初的模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，稱為FDMA（頻分多址）技術(shù)。第一代移動通信技術(shù)的一大成就就在于用戶第一次能夠在移動的狀態(tài)下?lián)艽螂娫?，但是它們只能提供基本的語音會話業(yè)務(wù)，不能提供非語音業(yè)務(wù)，并且容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和漫游業(yè)務(wù)等，上世紀(jì)90年代就基本被淘汰了。

（2）第二代移動通信技術(shù)

也稱為2G通信技術(shù)，是為解決第一代移動通信四分五裂的局面而提出來的數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其數(shù)字無線標(biāo)準(zhǔn)有：GSM和CDMAIS-95。第二代移動通信系統(tǒng)在引入數(shù)字無線電技術(shù)以后，數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)提供了更好的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅改善了語音通話質(zhì)量，提高了保密性，防止了并機(jī)盜打，而且也為移動用戶提供了無縫的國際漫游。

（3）第三代移動通信技術(shù)

第三代移動通信技術(shù)簡稱3G，它是一種真正意義上的寬帶移動多媒體通信系統(tǒng)，它能提供高質(zhì)量的寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù)，并且實(shí)現(xiàn)了全球無縫覆蓋，它的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)2Mbit/s，其通信容量是第二代移動通信技術(shù)的2-5倍。目前，最具代表性的3G標(biāo)準(zhǔn)有有美國提出的CDMA2000，歐洲和日本提出的WCDMA以及中國提出的TD-SCDMA。

（4）第四代移動通信技術(shù)

第四代移動通信同樣被稱為4G技術(shù)，它是3G技術(shù)的進(jìn)一步演化，是基于LTE標(biāo)準(zhǔn)（長期演進(jìn)技術(shù)）之上，為我們提供高速移動的網(wǎng)絡(luò)帶寬業(yè)務(wù)，它的最高無線傳輸速度可達(dá)每秒100Mbps。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量、音頻、視頻和圖像，并且能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求，有著不可比擬的優(yōu)越性。

3移動通信技術(shù)在城軌交通車地通信中應(yīng)用的優(yōu)勢

（1）多種網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

移動通信站點(diǎn)是通過基站進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，單個(gè)分布在隧道的基站覆蓋范圍可達(dá)1.2km。另外，基站的組網(wǎng)設(shè)置原則比較靈活，依據(jù)列車的運(yùn)行速度設(shè)置基站的安裝位置，增大或者減少基站網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重疊長度，可保證高速環(huán)境下成功的進(jìn)行越區(qū)切換，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（2）使用專用頻段，無線網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強(qiáng)

移動通信技術(shù)采用的是專用頻段，不同于WLAN的公共頻段，其干擾源少，抗干擾能力強(qiáng)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

（3）蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸容量大

移動通信技術(shù)也稱為蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信，通過設(shè)置基站，劃分小區(qū)，成百上千倍地增大了頻率的空間復(fù)用率，極大提高了數(shù)據(jù)傳輸量。另外，LTE技術(shù)的應(yīng)用，為第四代移動通信技無線寬帶業(yè)務(wù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，使得無線傳輸速度可達(dá)100Mbps/S。

（4）多種數(shù)據(jù)加密方式，數(shù)據(jù)安全性高

移動通信的鑒權(quán)中心主要有兩個(gè)功能：一是對用戶的IMSI號進(jìn)行鑒權(quán)，防止非本網(wǎng)絡(luò)用戶接入網(wǎng)絡(luò)；二是為無線路徑上的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保證了通信數(shù)據(jù)的安全性。

（5）網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，降低組網(wǎng)成本

移動通信網(wǎng)絡(luò)具有多種業(yè)務(wù)功能，除了基本語音通信業(yè)務(wù)之外，也可實(shí)現(xiàn)高速傳輸數(shù)據(jù)、音頻、視頻和圖像等大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)。因此可完全替代TETRA集群通信和WLAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)語音調(diào)度業(yè)務(wù)，保障CBTC系統(tǒng)運(yùn)行和車載PIS與CCTV的專用車地通信無線網(wǎng)絡(luò)，避免單獨(dú)建網(wǎng)，降低組網(wǎng)成本。

4結(jié)語

無線通信系統(tǒng)是城市軌道交通車地通信的命脈，它直接影響著城軌控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。基于移動通信系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢以及良好的發(fā)展形式，移動通信車地通信系統(tǒng)的優(yōu)越性也值得我們?nèi)リP(guān)注和研究，為城軌交通業(yè)務(wù)的發(fā)展需求提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。

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作者：鄭天賜 單位：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院