軌道交通車地無線通信系統(tǒng)發(fā)展需求

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摘要:城市軌道交通車地無線通信技術將列車、車站、控制中心停車場、車輛段連接成為完善的軌道交通通信網(wǎng)絡，是列車和車站信息傳輸?shù)墓歉删W(wǎng)絡，在現(xiàn)代城市軌道交通運行中發(fā)揮著重要的作用。為了適應未來城市軌道交通的發(fā)展需求，車地無線通信技術還需要做出進一步的優(yōu)化。

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。現(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)無線集群調度信息城市交通軌道的正常運行離不開調度員、駕駛員和值班員之間的無線調度語音通話，無線調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度系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時具備了數(shù)據(jù)傳輸功能和調度語音通信功能。

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量有了更高的需求，提高地鐵服務質量，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)總體方案以四架結構為設置形式，以TDLTE為系統(tǒng)設備，四架結構分別為車輛級、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。

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作者：王富春 單位：蘭州市軌道交通有限公司