文 | 單瑛 中鐵二院通號(hào)院

1 基于WLAN技術(shù)的車(chē)-地?zé)o線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)兼容性分析

基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的WALN技術(shù)是城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)，目前主要可用的寬帶數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，該技術(shù)于2004年在國(guó)內(nèi)運(yùn)用，并成為國(guó)內(nèi)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)主流的車(chē)-地通信技術(shù)，已在北京、上海、廣州、深圳、成都、西安、杭州等城市廣泛運(yùn)用。近年來(lái)，通信PIS系統(tǒng)可用的寬帶數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)制式相對(duì)信號(hào)系統(tǒng)較多，但國(guó)內(nèi)城市軌道交通已開(kāi)通和正在實(shí)施中的線(xiàn)路采用WLAN方案占多數(shù)。綜上，目前城市軌道交通環(huán)境中車(chē)-地?zé)o線(xiàn)通信系統(tǒng)以?xún)蓮圵LAN網(wǎng)絡(luò)共存的情況為主。

兩個(gè)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)電磁兼容是工程實(shí)施中必須考慮的問(wèn)題。根據(jù)已實(shí)施項(xiàng)目的實(shí)際使用情況，信號(hào)系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)的電磁兼容主要有三個(gè)方案：

方案一：信號(hào)系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)采用同一家WLAN供貨商，將信號(hào)系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)集成建設(shè)。例如，北京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)采用該方案。

方案二：信號(hào)系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)分別使用不同頻段，例如：信號(hào)系統(tǒng)使用2.4GHz頻段，PIS系統(tǒng)使用5.8GHz頻段或其它無(wú)線(xiàn)頻段。目前，上海地鐵10號(hào)線(xiàn)和西安地鐵2號(hào)線(xiàn)均采用該方案。

方案三：信號(hào)系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)采用同頻段，當(dāng)兩系統(tǒng)采用同頻段（如ISM頻段）時(shí)，在工程實(shí)施中一般采取以下三項(xiàng)措施以盡量減少相互間的干擾：選擇不同天線(xiàn)極化方向；合理規(guī)劃無(wú)線(xiàn)頻點(diǎn)；協(xié)調(diào)AP點(diǎn)位置。

2 目前城市軌道交通車(chē)-地通信存在的問(wèn)題

車(chē)－地?zé)o線(xiàn)通信系統(tǒng)采用2.4GHz開(kāi)放頻段，所有使用2.4GHz WLAN技術(shù)的設(shè)備均為信號(hào)無(wú)線(xiàn)車(chē)－地通信系統(tǒng)的干擾源，系統(tǒng)不可避免的會(huì)遭到民用通信產(chǎn)品（MiFi，WiFi，藍(lán)牙等）的干擾，可能導(dǎo)致信號(hào)車(chē)－地?zé)o線(xiàn)通信傳輸系統(tǒng)無(wú)法工作，影響信號(hào)系統(tǒng)的可用性。而且隨著將來(lái)無(wú)線(xiàn)智能城市的建設(shè)以及手機(jī)上網(wǎng)應(yīng)用的普及，將會(huì)有更多的干擾源出現(xiàn)。而且近期發(fā)生的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)車(chē)地通信受到民用3G熱點(diǎn)設(shè)備干擾，導(dǎo)致列車(chē)正常運(yùn)行受到較為嚴(yán)重影響的情況已逐漸顯現(xiàn)，如2012年10月份以來(lái)，深圳蛇口線(xiàn)（2號(hào)線(xiàn)）、環(huán)中線(xiàn)（5號(hào)線(xiàn)）信號(hào)車(chē)－地?zé)o線(xiàn)受外界干擾，列車(chē)多次發(fā)生信號(hào)保護(hù)功能動(dòng)作而產(chǎn)生的列車(chē)緊急制動(dòng)，造成了列車(chē)嚴(yán)重晚點(diǎn)，使旅客大量滯留，產(chǎn)生較大的社會(huì)影響。成都、重慶等城市的城市軌道交通線(xiàn)路也發(fā)生了類(lèi)似的情況。

3 LTE技術(shù)在車(chē)-地?zé)o線(xiàn)通信中應(yīng)用的可行性分析

若要從根本上解決目前車(chē)－地?zé)o線(xiàn)通信中的干擾問(wèn)題，保證信號(hào)系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定工作，只能通過(guò)采用專(zhuān)用頻段及更先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)解決。因此，工業(yè)和信息化部無(wú)線(xiàn)電管理局正在開(kāi)展城市軌道交通采用專(zhuān)用頻段的前期調(diào)研工作。

城市軌道交通車(chē)－地通信系統(tǒng)主要應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：高可靠性、高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率和低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、良好的移動(dòng)性能。LTE技術(shù)較WLAN技術(shù)可以更好的滿(mǎn)足上述需求[1]。

第一，LTE系統(tǒng)采用扁平化組網(wǎng)方案，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，減少了網(wǎng)元數(shù)量，系統(tǒng)可靠性高。

第二，LTE技術(shù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率和頻譜利用率高，優(yōu)于窄帶系統(tǒng)TETRA、GSM-R，也優(yōu)于WIFI、WiMAX。

第三，LTE系統(tǒng)采用扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地縮短了端到端的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，更加滿(mǎn)足城市軌道交通特別是信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

第四，LT E技術(shù)可支持高達(dá)350km/h的移動(dòng)性能，雖然城市軌道交通列車(chē)移動(dòng)速度一般不會(huì)大于100km/h，但會(huì)造成由于移動(dòng)性而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸性能下降。

第五，LTE系統(tǒng)具有頻譜靈活性特點(diǎn)，可支持不同大小的頻譜分配，可在不同大小的頻譜中部署，包括1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz，以及20MHz，支持成對(duì)和非成對(duì)頻譜。

4 信號(hào)與PIS共享LTE車(chē)-地?zé)o線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)可行性分析

信號(hào)CBTC系統(tǒng)承載安全信息，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性、丟包率、安全性要求高，但數(shù)據(jù)量較??；PIS系統(tǒng)承載的為非安全性信息，數(shù)據(jù)量大，但對(duì)時(shí)延、丟包率要求相對(duì)較低[2]。

結(jié)合LTE方案提供的網(wǎng)絡(luò)通信條件，為充分利用寬帶移動(dòng)通信平臺(tái)的能力、實(shí)現(xiàn)資源共享和投資最大化，信號(hào)CBTC系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)在理論上可以共用車(chē)－地?zé)o線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)設(shè)定不同優(yōu)先級(jí)的方式保證信號(hào)系統(tǒng)信息的可靠傳輸。

5 LTE在車(chē)－地?zé)o線(xiàn)通信應(yīng)用中的頻段選擇

3GPP組織在制定LTE協(xié)議的時(shí)候已經(jīng)制定了頻率范圍，并且制定FDD與TDD各自的頻段，兼容了全球現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)通信的頻段。

工業(yè)和信息化部于2013年12月4日向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通頒發(fā)了TD－LTE的經(jīng)營(yíng)許可，中國(guó)移動(dòng)1880 －1900 MHz、2320－2370 MHz、2575－2635 MHz；中國(guó)聯(lián)通的頻譜資源為2300－2320 MHz、2555－2575 MHz；中國(guó)電信的頻譜資源為2370－2390 MHz、2635－2655 MHz。FDD系統(tǒng)使用頻段尚未能確定。

為了推動(dòng)新一代寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)(含數(shù)字集群功能)在重點(diǎn)領(lǐng)域的行業(yè)應(yīng)用，國(guó)家在政策和頻率上也給予大力支持。針對(duì)行業(yè)信息化應(yīng)用的新需求，2008年無(wú)線(xiàn)電管理局發(fā)布了工信部無(wú)[2008]332號(hào)文擴(kuò)展了1785－1805MHz頻段的業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍，不僅可以開(kāi)展語(yǔ)音、低速數(shù)據(jù)等窄帶應(yīng)用，也可以開(kāi)展無(wú)線(xiàn)視頻傳輸?shù)葘拵?yīng)用。

近年來(lái)，我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD－LTE專(zhuān)網(wǎng)寬帶集群產(chǎn)品已在政務(wù)網(wǎng)和重點(diǎn)行業(yè)開(kāi)展商用。目前，北京、天津等城市已部署基于TD-LTE技術(shù)的政務(wù)網(wǎng)，我國(guó)為T(mén)DLTE政務(wù)網(wǎng)分配了1447－1467MHz共20MHz試用頻率。

目前在中國(guó)可申請(qǐng)用于城市軌道交通車(chē)－地?zé)o線(xiàn)通信系統(tǒng)中頻段主要包括1.8G H z（1785－1805MHz）和1.4GHz(1447－1467MHz)?？紤]到信號(hào)系統(tǒng)車(chē)－地?zé)o線(xiàn)通信系統(tǒng)采用雙網(wǎng)同時(shí)工作的需求，且為了降低兩張網(wǎng)絡(luò)同頻干擾的概率、提高系統(tǒng)的可用性和可靠性，建議在1.8GHz和1.4GHz各申請(qǐng)一定頻段，建立異頻雙網(wǎng)。

[1] 沈佳，索士強(qiáng)等.3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 人民郵電出版社，2008.

[2] 李佳. 軌道交通PIS與CBTC無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)及干擾分析研究 [J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2011.（06）