轨道交通车地无线通信系统发展需求

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摘要:城市轨道交通车地无线通信技术将列车、车站、控制中心停车场、车辆段连接成为完善的轨道交通通信网络，是列车和车站信息传输的骨干网络，在现代城市轨道交通运行中发挥着重要的作用。为了适应未来城市轨道交通的发展需求，车地无线通信技术还需要做出进一步的优化。

关键词:城市轨道交通;车地无线通信系统;发展需求

无线通信是现代城市轨道交通的标志，车地无线通信技术在现代城市轨道交通发展中扮演着重要的角色。现阶段，我国的城市轨道交通运营线路网络逐渐复杂，给无线通信系统的应用提出了更高的要求。车地无线通信系统主要使用TETRA、LET、WLAN等无线网络技术，对于提高轨道交通运营的效率和质量具有良好的优势。在技术的实际应用中，主要以无线通信需求为依据，以保证较高的可实施性、高速移动性和较大的带宽传输能力为基本要求，以合理选择应用方案为前提，促进我国城市轨道交通的不断发展。

一、城市轨道交通车地无线通信系统的需求分析

(一)乘客信息多媒体信息现阶段，我国城市轨道交通具有一定的信息宣传的作用，宣传的对象为车厢内部的乘客，宣传的内容主要有安全知识、各种类型的新闻和一些非票务信息，而类宣传也被称作乘客信息多媒体信息，乘客信息多媒体信息的实施主要依靠地铁乘客信息系统实现，在目前多采用DVBT、RairView、WiMAX等技术实施。

(二)列车控制信息CBTC是当前轨道信号系统中常用的一种系统，主要依靠CBTC和ATC这两个系统的移动闭塞来实现车地之间的列车控制信息传送。其中，WLAN技术主要用于车地无线通信系统，并由通信系统和轨道信号单独建立无线通道，从而实现列车控制信息的传送。

(三)无线集群调度信息城市交通轨道的正常运行离不开调度员、驾驶员和值班员之间的无线调度语音通话，无线调度语音通话的使用以维护人员和司机最为重要，是保证列车行驶安全的重要保证。当前我国主要采用800MHz的数字群系统为主的地铁无线集群调度系统，该系统同时具备了数据传输功能和调度语音通信功能。

二、城市轨道交通车地无线通信系统的应用要求

(一)较高的可实施性较高的可实施性指的是城市轨道交通车地无线通信系统能够很好地适应隧道、高架等特殊场所。车地无线通信系统的应用需要分为三个阶段。第一阶段即应用初期，该阶段需要具备司机乘客室画像信息、火灾自动报警系统信息以及乘客信息、多媒体信息等基本通信需求。第二阶段即近期阶段，该阶段主要以车载广播、无线集群调度、CBTC列车控制等功能的应用为主。第三阶段也就是远期阶段，这一时期需要城市轨道交通承载各种无线通信功能。

(二)高速移动性近年来，我国城市轨道列车运行的速度不断创新高，这也就要求其无线通信系统具有高速移动性，能满足不断发展的城市轨道运行需求。对高速移动性的具体要求为:在满足不同时速的轨道运行无线通信需求的基础上，保证传输的稳定性并具有剩余发展空间。其次，该技术的应用还要保证一定的先进性，具有更为明显的系统标准化，确保不会在短期内淘汰，并满足产业链的发展需求，符合国家的相关规范。

(三)较大的带宽传输能力交通车地无线通信的应用需要保证各种类型的视频和语音业务满足无线通信的服务需求。该需求主要依靠较大的带宽传输能力，使轨道交通系统的带宽需求与各类型业务相适应。另外，在具体的应用过程中要划分不同的业务等级，做到主次分明，使信息传输具有一定的选择性。总之，车地无线通信系统在城市轨道交通中的应用以无线通信需求为依据，在应用中将信息划分为服务、语音、数据、控制等，现阶段该系统的应用除了满足可实施性、高速移动性和宽带传输能力之外，还要不断寻求更多的应用需求，为后期的发展留有一定的空间，满足不断发展的城市轨道交通的运营需要。

(四)较高的安全性城市轨道交通无线通信网络的安全性是保障乘客个人信息、财产安全的必要条件。车地无线通信系统往往会用到WLAN技术，该技术有着较强的开放性，同时也带来了一定的安全隐患，即使我国当前对开放的无线网络安全性采取了一系列的措施，但黑客入侵、伪装攻击等非法盗窃信息的事件时有发生。对无线网络系统的安全性防护一直是轨道交通运行中的重点需求，相关部门应将车地无线通信系统的安全性充分重视起来，全面打击危害网络安全的违法行为，修复当前网络系统中的漏洞，让不法分子无可乘之机，切实保证轨道交通乘客的信息安全。

三、车地无线通信系统现状

(一)网络性不能满足实际需求我国城市轨道交通运行的过程中，主要通过TETRA、LTE、WLAN这三种无线网络技术实现车地无线通信系统的运行，这些无线网络技术分别承载着无线语音集群系统、TC-MS、Wi-Fi、PIS、CCTV等业务，发挥着提高运营、提升服务效率、维护轨道交通运营安全的作用。但在实际应用中存在着一定的网络性能差的问题，难以满足正常的服务、语音、数据等信息的无线通信。主要表现在以下几个方面:首先，WLAN无线技术的抗干扰性差，当前一般采用5．8GHz或2．4GHz的公共频段，很容易被外界的民用无线通信网络干扰。同时，列车运行速度的增加会对WLAN无线技术传输速度、时延等指标造成影响，尤其是在时速120km/h以上的快线轨道交通中劣势更为明显。其次，TETRA无线网络存在较强的局限性，传输的速率只有700Kbps，属于2G网络，仅支持对一些文本信息和语音数据的传输。最后，LTE-M无线技术不能同时支持多项业务，受到有限频率资源的影响，存在一定的局限性。

(二)多网并存多网并存指的是当前我国城市轨道交通车地无线通信系统普遍采用三张及多张WLAN无线网络，分别承载Wi-Fi、PIS、CBTC等业务，也有部分路线对CCTV、PIS、TCMS等业务由LTE-M无线技术所承载，造成了多网并存的现状。无线车地网络系统多网并存的现状对我国轨道交通的运行带来了一定的不利影响，具有维护成本高、运营管理难以落实等缺点，对新业务的开展和后期业务的整合造成了一定的阻碍。

四、运营业务的需求变革

针对当前车地无线通信系统的现状来看，车地无线网络承载着PIS系统、视频监控系统、无线集群调度系统、车辆信息检测等业务。不同的业务对网络传输有着不同的性能要求。其中，PIS视频直播以及视频监控对网络传输的干扰性和时延要求较低，但需要大带宽。无线集群、CBTC等系统要求无线网络不干扰，极低时延，也对带宽的需求低。随着现代科学技术的高速发展，全自动驾驶、智能化运营、智慧车站、智慧列车等各种新业务不断出现，而这些新的业务也对车地无线通信系统的性能提出了更高的要求。在地铁智能维护、高速运营的环境下，性能各异的车地无线网络将面临发展的瓶颈，无线网络技术的变革是应对未来城市轨道交通新增业务需求的必要基础。在智慧运营的环境下，城市轨道交通将面临更多的新需求，实现地铁列车的全自动驾驶必然需要更智能和高清的视频监控系统;智能维护和管理对车载设备状态信息的实时回传分析提出了更高的要求;人民生活水平的提升对轨道交通运行的服务质量有了更高的需求，提高地铁服务质量，增强乘客乘车的舒适度则需要适时、高清的PIS视频直播。综上所述，这些新需求的实现必然对车地无线通信系统提出了更严格的要求，在考虑接口拓展能力、建设、维护成本等因素的同时，不断建设能够承载多项业务、稳定、高速、广覆盖、大带宽的综合性无线通信网络。

五、车地无线通信技术应用的系统方案

(一)总体方案以四架结构为设置形式，以TDLTE为系统设备，四架结构分别为车辆级、区间级、车站级和中心级别，分别担任TAU设备、RRU设备、BBU设备和核心网设备，采用合路的方式进行区间覆盖，使民用通信区间泄漏电缆与区间覆盖相结合，提高隧道区间内部TDLTE车地无线信号的覆盖率。

(二)车载与车辆段方案分别将三套TAU设备安装与车顶所处位置以及两端司机室内，使TAU设备与车载视频、车载乘客信息、车辆控制总线等相连接，将视频画面和车辆的检测信息上传至控制终端。其次，对所有列车设置RRU、BBU和反馈系统。

(三)车站与隧道方案车辆的TAU信息可以通过BBU接受，由专用信息传输系统和BBU乘客信息系统将接收到的信息传送至控制中心。以此为原理，在车站设置一套BBU，将数据交接机与乘客信息系统相连接，对载体利用光纤连接，使区间RRU与车站乘客信息系统相连接，将合路器置于隧道内，整合各电信运营商和TDLTE车地无线信号，通过民用泄露电缆进行信息反馈，实现无线信号的传输，对整个区间内实现全面覆盖。

(四)控制中心方案在控制中线中设置TDLTE核心网，将数据交换机与车站的乘客信息相连接，利用专门的通信传输系统连接每个车站的BBS，并对控制中心PIS和控制中线AS进行互联接口，以TDLTE车地无线通信系统将列车的检车信息和车辆内部的FAS信息传输至中线核心网，对中线核心网上的信息利用PIS转发至控制中心FAS和车辆维修中心。

(五)车地无线通信新技术的应用车地无线通信新技术的应用是实现移动新、高速率、大宽带的无线网络技术新需求的必要的条件。如使用1785-1805MHz专用频段的LTE-M技术具有更强的传输速率和较强的抗干扰能力，并且支持高速移动;5G技术以及LTE-U技术具有高移动性和超大带宽，在PIS、Wi-Fi等业务的应用上有着良好的优势和应用前景。

六、结语

随着轨道交通的乘客群体、运营线路网络体系的快速发展和日趋复杂，智慧运维、全自动运维等轨道交通运营的新业务已近逐渐展开，车地无线网络的发展面临新的需求，大带宽、高速率、高移动性、综合承载等将成为未来车地无线网络系统的发展趋势。

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作者：王富春 单位：兰州市轨道交通有限公司