成錦

【摘要】下文主要根據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)及對(duì)通信技術(shù)的了解介紹了當(dāng)前應(yīng)用較多的幾種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)及其在地鐵中的應(yīng)用，那么我們從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)地鐵隧道區(qū)間內(nèi)不同無(wú)線組網(wǎng)方式的比較分析，推出了一種新的商用通信系統(tǒng)的無(wú)線引入方式，用以減少無(wú)線干擾。通過(guò)對(duì)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的研究，選擇了能夠滿足地鐵通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)和乘客資訊系統(tǒng)（PIS）功能需求的802.1lg標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線通信；技術(shù)；組網(wǎng)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TN921 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）01—0172-02

1 前言

伴隨著我國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，我國(guó)地鐵行業(yè)也在不斷發(fā)展改進(jìn)，其中通信技術(shù)承擔(dān)著提高地鐵運(yùn)營(yíng)效率、保障行車(chē)安全的重要任務(wù)。那么，地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)該確保高通信質(zhì)量和全線場(chǎng)強(qiáng)全覆蓋。同時(shí)，通過(guò)高清晰數(shù)字視頻通信，使各級(jí)行車(chē)指揮調(diào)度對(duì)列車(chē)車(chē)載電話、車(chē)廂內(nèi)電視圖像以及行駛列車(chē)對(duì)前方車(chē)站客流情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。列車(chē)無(wú)線通信所提供的車(chē)地之間的數(shù)據(jù)傳輸通道必須兼?zhèn)涓邤?shù)據(jù)容量號(hào)快速移動(dòng)性能。

2 無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用

目前，國(guó)內(nèi)地鐵行業(yè)使用的無(wú)線通信技術(shù)主要有以下幾種。

2.1 TETRA技術(shù)

TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）制訂的唯一支持?jǐn)?shù)字集群專(zhuān)用移動(dòng)通信的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，可以在同一平臺(tái)上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸及電話服務(wù)，并具有公開(kāi)、開(kāi)放的優(yōu)點(diǎn)，其功能特點(diǎn)：①提供必要的帶寬，無(wú)需通過(guò)用戶接口即可同時(shí)發(fā)送或接收話音和數(shù)據(jù)；②支持?jǐn)?shù)字圖形、圖像傳輸、電子郵件等多種數(shù)據(jù)通信；③動(dòng)態(tài)分配帶寬，一個(gè)通信鏈路最多容納4個(gè)時(shí)隙；④每個(gè)時(shí)隙的通信能力為7.2k bit/s，總體傳輸速率可達(dá)28.8kbit/s；⑤在一個(gè)物理信道機(jī)內(nèi)可容納4個(gè)時(shí)分信道，可在不同的時(shí)隙內(nèi)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，頻譜利用率高；⑥具有話音和數(shù)據(jù)加密功能，支持開(kāi)放式信道信令。即允許來(lái)自不同廠商的產(chǎn)品進(jìn)入同一個(gè)公共通信信道。

2.2 3G技術(shù)

第三代移動(dòng)通信（3G）能夠在20 MHz頻譜帶寬提供下行100Mbit/s、上行50 Mbit/s的峰值傳輸速率；改善小區(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時(shí)延低于5 ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50 ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100 ms；支持100 km半徑的小區(qū)覆蓋；能夠?yàn)? 50 km/h高速移動(dòng)用戶提供大于100 kbit/s的接入服務(wù)；支持成對(duì)或非成對(duì)頻譜，并可靈活配置1.25 20 MHz多種帶寬。

2.3 WLAN技術(shù)

無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的主要標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11，具體包括IEEE802.11b、802.11a和802.11g等。802.11b通常也被稱(chēng)為wi-Fi（WirelessFidelity），工作在2.4GHz頻段，可支持最高11Mbit/s的共享接入速率；802.11a工作在5.8GHz頻段，其速率高達(dá)54Mbit/s，分頻采用OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)，但最高速率的無(wú)障礙接入距離降到30-50m；802.11g也采用OFDM技術(shù)，與802.11a一樣可支持最高54Mbit/s的速率，同時(shí)它工作在2.4GHz頻段，因此，可以做到與802.11b兼容，而最高速率是802.11b的5倍。

2.4 WiMAX技術(shù)

WiMAx是建立在IEEE 802.16和ETSI HiperMAN無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可選擇在需執(zhí)照頻段或免執(zhí)照的頻譜中操作。它可為固定站提供達(dá)50 km的寬帶無(wú)線接入，可為移動(dòng)站提供5-15 km的寬帶無(wú)線接入。但WiMAx核心網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)至今仍在制定和完善中，空中接口標(biāo)準(zhǔn)也存在信令開(kāi)銷(xiāo)大的問(wèn)題，由于目前尚未通過(guò)中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)審定，未被頻率分配，技術(shù)開(kāi)展緩慢。

2.5 DVB-T技術(shù)

數(shù)字視頻地面廣播（DVB-T）是DVB一系列標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，用于地面開(kāi)路數(shù)字電視系統(tǒng)，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2編碼，COFDM（編碼正交頻分復(fù)用）調(diào)制方式。在地鐵列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中連續(xù)不斷地接收到由泄漏電纜或地面發(fā)射基站發(fā)射的實(shí)時(shí)信號(hào)，通過(guò)數(shù)字機(jī)頂盒進(jìn)行解碼，并轉(zhuǎn)換為模擬復(fù)合視頻和音頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)視音頻分配器輸出到終端顯示屏上。DVB-T具有容量大、接入方便等特點(diǎn)，其技術(shù)使用于下行高速數(shù)據(jù)的傳輸，可以工作在多個(gè)頻點(diǎn)，減少無(wú)線頻段干擾。

2.6 Mesh技術(shù)

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)所需設(shè)備小巧輕便，易于安裝。由于其路由選擇特性使得鏈路中斷，所以局部擴(kuò)容和升級(jí)不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多跳轉(zhuǎn)發(fā)，每一跳至少都會(huì)帶來(lái)一些延遲，隨著無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，跳接越多，積累的總延遲就會(huì)越大，一些對(duì)通信延遲要求高的應(yīng)用（如話音或流媒體應(yīng)用等），可能面臨無(wú)法接受的延遲過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。目前，解決這一問(wèn)題主要是增加Mesh節(jié)點(diǎn)以及合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。盡管在有線網(wǎng)絡(luò)中使用的各種端到端安全技術(shù)（如虛擬專(zhuān)用網(wǎng)VPN）同樣可以用來(lái)解決無(wú)線Mesh的安全問(wèn)題，但正如Internet一樣，安全是選擇無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)不容忽視的問(wèn)題。

2.7 TRainCom

TRainCom無(wú)線電系統(tǒng)是一種適用于各種數(shù)據(jù)服務(wù)和運(yùn)用的列車(chē)無(wú)線電系統(tǒng)。與現(xiàn)行的其他列車(chē)無(wú)線電系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)能提供更多的帶寬。全雙工模式下總數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)16 Mbit/s（取決于無(wú)線通信系統(tǒng)的架構(gòu)）。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造可升級(jí)，無(wú)線通信系統(tǒng)幾乎適用于所有列車(chē)系統(tǒng)——輕軌車(chē)、高速列車(chē)和高速磁懸浮列車(chē)。TRainCom是一套交鑰匙系統(tǒng)。而且，符合列車(chē)市場(chǎng)要求的CCTV和VoIP模塊也可有多種應(yīng)用。

3 無(wú)線組網(wǎng)

地鐵無(wú)線信號(hào)覆蓋主要是站廳、站臺(tái)以及隧道區(qū)間。站廳及站臺(tái)區(qū)域多呈長(zhǎng)條形，且站廳支柱及其他障礙物較多，為此，站廳層和站臺(tái)層多采用天線覆蓋。隧道區(qū)間無(wú)線信號(hào)的覆蓋是關(guān)鍵，隧道區(qū)間中無(wú)線組網(wǎng)的方式主要有裂縫波導(dǎo)、漏泄電纜和無(wú)線電臺(tái)等。

3.1 裂縫波導(dǎo)

裂縫波導(dǎo)網(wǎng)主要由中空鋁質(zhì)矩形管（WG）、無(wú)線接入設(shè)備（TRE）、波導(dǎo)管連接器（TGC）、雙面連接法蘭（DFL）、末端負(fù)載等組成。波導(dǎo)信息網(wǎng)移動(dòng)站由車(chē)載計(jì)算機(jī)、車(chē)載無(wú)線電臺(tái)、數(shù)據(jù)采集卡、窄縫探測(cè)接收器等組成。信號(hào)傳輸是通過(guò)中心控制室、車(chē)站計(jì)算機(jī)、車(chē)載計(jì)算機(jī)、車(chē)載電臺(tái)和列車(chē)上的定向天線發(fā)射和接收信號(hào)，軌旁單元通過(guò)同軸電纜與裂縫波導(dǎo)連接，以裂縫波導(dǎo)為載體雙向傳輸列車(chē)實(shí)時(shí)信息。

3.2 漏泄電纜

漏泄電纜系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)通常采用基站與漏纜中繼方式。全線通常設(shè)1個(gè)控制中心，1個(gè)或若干個(gè)基站，1個(gè)無(wú)線移動(dòng)交換機(jī)，基站信道數(shù)根據(jù)用戶數(shù)及話務(wù)量大小靈活配置，動(dòng)態(tài)分配。調(diào)度員發(fā)出的信息經(jīng)控制中心及無(wú)線移動(dòng)交換機(jī)傳至基站，基站各無(wú)線信道發(fā)射機(jī)通過(guò)合路器、光電轉(zhuǎn)換器、光分路器與光纜相接，基站發(fā)出的信息通過(guò)光纜傳送至各車(chē)站中繼器，由中繼器將信號(hào)放大后饋送至全線漏泄同軸電纜輻射出去，使列車(chē)司機(jī)、車(chē)站值班員、手持臺(tái)持有者能很好地收到來(lái)自控制中心的信息。反過(guò)來(lái)，列車(chē)司機(jī)、車(chē)站值班員、手持臺(tái)持有者發(fā)出的信息由漏泄同軸電纜接收后傳送至中繼器，中繼器將信號(hào)放大后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、光合路器與光纜相連，通過(guò)光纜將信息傳送至基站，再由基站經(jīng)控制中心及無(wú)線移動(dòng)交換機(jī)傳至控制中心。需要說(shuō)明的是，有時(shí)無(wú)線覆蓋是直接由基站將電信號(hào)傳至漏泄同軸電纜等終端設(shè)備進(jìn)行無(wú)線信號(hào)覆蓋的，不需要經(jīng)過(guò)具備光電轉(zhuǎn)換功能的中繼設(shè)備，這主要取決于無(wú)線場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的范圍和距離。

3.3 無(wú)線電臺(tái)

無(wú)線電臺(tái)組網(wǎng)方式是指利用1根光纜將每?jī)烧疽粎^(qū)間上下行隧道組成一個(gè)封閉的光環(huán)網(wǎng)，通過(guò)以太網(wǎng)與車(chē)站無(wú)線網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及隧道接入點(diǎn)（AP）連接?？刂浦行陌l(fā)出的信息經(jīng)骨干網(wǎng)傳輸?shù)杰?chē)站子系統(tǒng)，再?gòu)能?chē)站交換機(jī)發(fā)送到隧道區(qū)間交換機(jī)，由隧道區(qū)間交換機(jī)把信息下發(fā)到連接到該交換機(jī)的所有AP上，最后通過(guò)AP與地鐵列車(chē)相互通信。

4 應(yīng)用方案

到目前為止，地鐵行業(yè)無(wú)論是在通信系統(tǒng)的無(wú)線引入、PIS的無(wú)線布網(wǎng)還是信號(hào)系統(tǒng)的無(wú)線組網(wǎng)以及使用的標(biāo)準(zhǔn)方面并沒(méi)有形成一套成熟的系統(tǒng)。各種不同的無(wú)線引入、組網(wǎng)方式和標(biāo)準(zhǔn)都在試驗(yàn)中。

4.1 建議在車(chē)站的站廳層和站臺(tái)層分別加裝手機(jī)信號(hào)接入設(shè)備，直接與控制中心連接；在車(chē)廂內(nèi)同樣加裝手機(jī)信號(hào)接入設(shè)備，通過(guò)和乘客資訊系統(tǒng)（PIS）或信號(hào)系統(tǒng)使用同一個(gè)無(wú)線通信信道傳輸?shù)杰?chē)站?？刂浦行呐c運(yùn)營(yíng)商連接，這樣一來(lái)就可以減少商用通信系統(tǒng)的引入設(shè)備，大大地減少了干擾源特別是區(qū)間隧道內(nèi)的干擾。

4.2 無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的選擇

地鐵在追求性能的同時(shí)更應(yīng)該注重的是穩(wěn)定和成熟。目前能夠滿足802.11a標(biāo)準(zhǔn)系列的產(chǎn)品比較少，布置密度大，TRainCom無(wú)線電系統(tǒng)則屬于私有的技術(shù)，不具備開(kāi)放性，對(duì)其二次開(kāi)發(fā)、升級(jí)與維護(hù)等均需要依賴技術(shù)持有方；其他的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)不是傳輸?shù)膸捫?，無(wú)法滿足地鐵的功能需求，就是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還不夠成熟。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)城市地鐵都是采用WLAN技術(shù)。

其中，城軌信號(hào)CBTC系統(tǒng)和乘客資訊系統(tǒng)（PIS）都使用同一個(gè)WLAN無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，802.11g無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)只有3個(gè)互不干擾的信道，由于信號(hào)系統(tǒng)是保證列車(chē)的行車(chē)安全，必須保證其帶寬，所以，一般信號(hào)系統(tǒng)分配2個(gè)信道，PIS系統(tǒng)占1個(gè)信道。

雖然PIS系統(tǒng)只使用1個(gè)信道，但是實(shí)踐證明基本上能夠滿足地鐵功能的需求。西門(mén)子（SIEMENS）在北京地鐵10號(hào)線測(cè)試PIS系統(tǒng)中無(wú)線傳輸系統(tǒng)的帶寬，其中信號(hào)系統(tǒng)也是使用802.11g標(biāo)準(zhǔn)，并且由于其重要性占用了1和11信道。這樣PIS系統(tǒng)只能使用其中的6信道，經(jīng)過(guò)測(cè)試在移動(dòng)的狀態(tài)下有15M bit/s，靜止的狀態(tài)下可達(dá)到20 Mbit/s。

如果兩條線的信號(hào)系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)都是采用802.11g標(biāo)準(zhǔn)，那么會(huì)在換乘站有比較大的同頻干擾，所以在采用標(biāo)準(zhǔn)和分配信道的時(shí)候應(yīng)該綜合考慮整個(gè)地鐵網(wǎng)。

5 總結(jié)

總得來(lái)說(shuō)，不難看出，隨著研究的不斷深入，運(yùn)用于地鐵的無(wú)線通信系統(tǒng)也不斷完善，提高了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。今后，在現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展下，地鐵的無(wú)線通信系統(tǒng)將有更大的發(fā)展，地鐵運(yùn)營(yíng)商根據(jù)其運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，結(jié)合自身發(fā)展實(shí)際，可以選擇最優(yōu)方案。地鐵通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案逐漸優(yōu)化，突破傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)的局限性，突出其便捷性和高速型。在地鐵建設(shè)中做好通信工程的設(shè)計(jì)施工技術(shù)管理，對(duì)落實(shí)完成設(shè)計(jì)指標(biāo)，達(dá)到和發(fā)揮其功能要求，節(jié)約管理成本，有效推進(jìn)整個(gè)工程建設(shè)進(jìn)度等至關(guān)重要。