摘要：城市軌道在中國各大城市中發(fā)展的越來越多。隨著人們對于城市軌道的要求不斷提高，對于我們通信行業(yè)也提出出更高的要求，如何做好城市軌道通信，為人們出行安全以及路途愉快提供保障。本文主要介紹城市軌道無線通信系統(tǒng)現(xiàn)狀，以及下一代無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，僅供同行借鑒參考。

關(guān)鍵字：城市軌道；無線通信；技術(shù)研究；發(fā)展現(xiàn)狀

1 目前城市軌道交通無線系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，越來越多的應(yīng)用對無線系統(tǒng)提出了更高的要求。然而由于技術(shù)、歷史等原因，我國城市軌道交通無線通信系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，種類繁多。

城市軌道交通的無線通信系統(tǒng)分為專用無線通信系統(tǒng)和公共無線通信系統(tǒng)。專用無線通信系統(tǒng)包含無線調(diào)度通信系統(tǒng)、列控信息車-地?zé)o線傳送系統(tǒng)、移動電視系統(tǒng)、公安無線、消防無線應(yīng)急系統(tǒng)、導(dǎo)乘信息及視頻監(jiān)控車-地?zé)o線傳輸?shù)取?/p>

城市軌道交通的專用無線通信系統(tǒng)還停留在第2代和無線局域網(wǎng)的技術(shù)水平上。其中只有無線調(diào)度通信系統(tǒng)使用的TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)被業(yè)界認(rèn)可，其他各種無線寬帶技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)，同樣的應(yīng)用在不同城市甚至不同線路都可能采用不同的技術(shù)。

從目前軌道交通對于通信的實(shí)際需求來看，TETRA系統(tǒng)屬于第2代移動通信系統(tǒng)的技術(shù)，其帶寬有限，無法傳輸大量寬帶數(shù)據(jù)，從而無法實(shí)現(xiàn)移動電視、視頻監(jiān)控等寬帶數(shù)據(jù)應(yīng)用。WLAN、WiMAX等寬帶接入技術(shù)因?yàn)檠舆t、VoIP效率不高等原因，無法提供可靠語音業(yè)務(wù)。這些現(xiàn)有的寬帶接入技術(shù)都很難單獨(dú)發(fā)展成一個完整、通用的城市軌道交通無線通信系統(tǒng)。

在穩(wěn)定快速的接入基礎(chǔ)上，同時能提供可靠語音業(yè)務(wù)和更寬的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就成為我們研究下一代城市軌道交通無線通信系統(tǒng)的目標(biāo)。隨著無線技術(shù)的迅速發(fā)展，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。

2 城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

實(shí)現(xiàn)城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)的目標(biāo)，下列關(guān)鍵技術(shù)是必不可少的：大容量寬帶技術(shù)、語音集群通信技術(shù)、切換優(yōu)化、分布式基站及載波聚合技術(shù)等。

2.1 寬帶技術(shù)

新一代寬帶移動通信技術(shù)以正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）和多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）為基礎(chǔ)，綜合了混合自動重傳請求（HARQ）、自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）、功率控制、同步技術(shù)、動態(tài)信道分配（DCA）等先進(jìn)技術(shù)，而正交頻分多址（OFDMA）則是在OFDM技術(shù)的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)多用戶的接入。

相比其他多址方式，OFDMA具有頻譜效率高、接收信號處理簡單、支持靈活的寬帶擴(kuò)展、易于與多天線技術(shù)結(jié)合、易于與鏈路自適應(yīng)技術(shù)結(jié)合、易于各種多媒體業(yè)務(wù)的傳輸?shù)葍?yōu)勢。所有寬帶技術(shù)最終將統(tǒng)一于OFDMA。

OFDMA本質(zhì)上仍然是一種頻分復(fù)用多址接入技術(shù)，不同的用戶被分配在各子載波上，通過頻率的正交方式來區(qū)分用戶。OFDMA可以在同一時刻針對不同子載波組上的數(shù)據(jù)采用四相相移鍵控（QPSK），8移相鍵控（8PSK），16符號的正交幅度調(diào)制（16QAM），64符號的正交幅度調(diào)制（64QAM）等不同的調(diào)制方式和一系列不同的碼率，即不同的調(diào)制編碼方式（MCS）。自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)（AMC）使系統(tǒng)可以根據(jù)信道狀況選擇不同MCS，能夠改善頻譜利用率和功率效率。利用這個技術(shù)，語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸可以采取不同MCS，以滿足不同業(yè)務(wù)的特性，如語音業(yè)務(wù)的調(diào)制，從可靠性、實(shí)時性角度選擇，可使用QPSK方式，而從數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬角度選擇，可使用16QAM或者64QAM調(diào)制方式。

MIMO技術(shù)是新一代移動通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。MIMO技術(shù)包括空間復(fù)用（SM）、空分多址（SDMA）、預(yù)編碼（Precoding）、秩自適應(yīng)（Rankadaptation）以及開環(huán)發(fā)射分集（STTD，主要用于控制信令的傳輸）。

MIMO技術(shù)將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進(jìn)行優(yōu)化，是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理。MIMO技術(shù)現(xiàn)階段最基本的配置是下行采用雙發(fā)雙收的2×2天線配置，上行采用單發(fā)雙收的1×2天線配置，考慮的最高要求是下行鏈路MIMO和天線分集支持四發(fā)四收的4×4的天線配置或者四發(fā)雙收的4×2天線配置。MIMO技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在IEEE802.11n、LTE等寬帶技術(shù)中，日趨成熟，并有應(yīng)用方案使這項(xiàng)技術(shù)用于泄漏電纜。

以O(shè)FDM和MIMO為基礎(chǔ)的寬帶技術(shù)仍在不斷尋求突破，在最新的4G提案TD-LTE-Advanced中，無線峰值速率指標(biāo)設(shè)定為下行1Gbit/s、上行500Mbit/s。

2.2 語音集群通信技術(shù)

城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)必須向下兼容，繼承現(xiàn)有數(shù)字集群調(diào)度系統(tǒng)的所有功能，實(shí)現(xiàn)調(diào)度員、司機(jī)、車站值班員之間的語音通信和短數(shù)據(jù)傳送，具備單呼、組呼、廣播、會議、PTT話權(quán)搶占、遲后進(jìn)入、動態(tài)重組、通話組掃描、優(yōu)先級呼叫、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、限時通話、端狀態(tài)呈現(xiàn)、監(jiān)聽錄音、禁話等功能。

為了語音與數(shù)據(jù)更好地結(jié)合，城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)必須有服務(wù)質(zhì)量（QOS）保證。按照不同業(yè)務(wù)類型，劃分不同QOS等級，語音數(shù)據(jù)QOS優(yōu)先級最高，然后是列控數(shù)據(jù)等高優(yōu)先級數(shù)據(jù)，視頻監(jiān)控及電視直播等數(shù)據(jù)因?yàn)閷?shí)時性不高，可劃分為最低優(yōu)先級。通信系統(tǒng)的介質(zhì)訪問控制層（MAC層）調(diào)度算法將優(yōu)先發(fā)送語音數(shù)據(jù)，然后是高優(yōu)先級數(shù)據(jù)，最后是低優(yōu)先級數(shù)據(jù)。

2.3 針對軌道交通的切換優(yōu)化

城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)必須考慮切換對系統(tǒng)性能的影響，避免在切換過程中出現(xiàn)語音通信中斷和數(shù)據(jù)丟失。針對地鐵隧道鏈狀覆蓋的特點(diǎn)，在觸發(fā)切換條件、搜索基站、判決目標(biāo)基站等信令處理上對切換技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，避免切換時吞吐量等性能下降，減少切換時延。為了避免切換時數(shù)據(jù)丟失，切換完成之前，終端要同時與2個基站保持連接。

2.4 分布式基站

下一代無線通信系統(tǒng)中，分布式基站模式將得到廣泛應(yīng)用，此模式基站分為射頻拉遠(yuǎn)模塊（RRU）和基帶處理單元（BBU），BBU和RRU之間通過光纖連接。一個BBU可以連接多個RRU。BBU安裝在機(jī)房，RRU可布置在隧道環(huán)境中，因此，分布式基站可節(jié)約饋線損耗，有效發(fā)射功率高，可提高覆蓋能力，此外，還具有節(jié)約成本、部署更靈活等優(yōu)點(diǎn)。在不影響系統(tǒng)容量前提下，一個BBU要連接盡量多的RRU，以減少列車運(yùn)行時切換次數(shù)和節(jié)約建設(shè)成本。

2.5 載波聚合技術(shù)

隨著各種無線系統(tǒng)的發(fā)展，頻譜資源短缺越來越嚴(yán)重，在適合無線通信系統(tǒng)的頻率資源中，已經(jīng)很難找到未分配大塊帶寬。載波聚合技術(shù)是4G提案（LTE-Advanced）中定義的目標(biāo)，此技術(shù)是將多個成員載波連接起來，提供更大的傳輸帶寬，其中的成員載波可以是頻率連續(xù)的，也可以是非連續(xù)的。在城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)中，可利用此技術(shù)，將城市軌道交通中可用的不同頻段聚合在一起，為系統(tǒng)提供更大帶寬。

3 系統(tǒng)解決方案及其社會經(jīng)濟(jì)效益

以往的城市軌道交通通信建設(shè)中，無線調(diào)度通信、列控車-地通信、數(shù)字調(diào)度、應(yīng)急通信、區(qū)間工務(wù)、公安、公眾移動通信都互相獨(dú)立，各成一體，都建立自己的系統(tǒng)，重復(fù)建設(shè)，造成頻率資源和資金的浪費(fèi)。

城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)是以最新無線技術(shù)為基礎(chǔ)集成多種制式的統(tǒng)一的多通道綜合通信平臺，綜合通信平臺基于IP技術(shù)，兼容TETRA系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)集群調(diào)度功能，兼容2G/3G以實(shí)現(xiàn)公眾通信需求，最新的4G技術(shù)可為專業(yè)用戶提供更寬的數(shù)據(jù)帶寬。城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)應(yīng)能在穩(wěn)定、可靠地兼容現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)（TETRA等）各種功能基礎(chǔ)上，提供大容量、高可靠的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)乘客信息服務(wù)（如電視直播、導(dǎo)乘信息服務(wù)、緊急預(yù)警）、列控數(shù)據(jù)傳輸、機(jī)車實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸、視頻監(jiān)控等應(yīng)用，從而滿足人們?nèi)找嬖鲩L的在出行過程中娛樂、信息及安全的需要。

城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)將多種無線制式統(tǒng)一成一個平臺，有利于整合無線資源，提高頻譜效率，更有利于避免系統(tǒng)間干擾。從工程建設(shè)上看，基站數(shù)量減少，漏纜不必重復(fù)敷設(shè)，從而可以減少設(shè)備投資，降低施工成本。下一代城市軌道交通無線通信系統(tǒng)涵蓋不同部門的各種應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)備得到簡化，從而節(jié)省后期維護(hù)費(fèi)用。城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)更寬的數(shù)據(jù)應(yīng)用，列控信息、列車實(shí)時數(shù)據(jù)的可靠傳輸能為安全運(yùn)營提供進(jìn)一步保障；實(shí)時視頻監(jiān)控的傳輸更能反映時代對反恐要求；視頻媒體投放、旅客導(dǎo)乘、旅行向?qū)А⒃诰€點(diǎn)播等業(yè)務(wù)，通過市場化運(yùn)作，可實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

城市軌道交通無線通信發(fā)展如果能在穩(wěn)定、可靠地實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)語音調(diào)度基礎(chǔ)上，提供更寬的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)列控信息可靠傳輸、電視直播、乘客信息服務(wù)，視頻監(jiān)控等寬帶應(yīng)用，將極大節(jié)約頻譜資源，簡化系統(tǒng)設(shè)備。以最新無線技術(shù)為基礎(chǔ)，兼容現(xiàn)有城市軌道交通無線通信技術(shù)的多通道綜合通信平臺，將是城市軌道交通下一代無線通信系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]王映民孫紹輝.TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2010