周鴻

[摘 要]目前，國內的城市軌道交通建設處于迅猛發(fā)展時期，各大城市相繼開展線路施工建設。隨著越來越多的城市軌道交通建設規(guī)劃獲批，帶來更大規(guī)模的軌道交通建設工作。在通信信號領域，隨著無線電技術飛速發(fā)展后，各廠商開始孜孜不倦地研發(fā)一種基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)。針對軌道交通通信、信號業(yè)務需求特點，在技術和可用性層面上對LTE技術、WLAN技術進行了描述及分析，使軌道交通通信、信號系統(tǒng)中車地無線系統(tǒng)的建設規(guī)劃更為合理，高效。

[關鍵詞]無線通信技術；軌道交通；通信

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0150-01

1 引言

隨著軌道交通的快速發(fā)展，建立安全可靠、高效穩(wěn)定的車地無線通信系統(tǒng)是提高運營效率、管理質量、用戶體驗的必要手段。地面與高速行駛車輛（時速80km/h）之間的數(shù)據(jù)傳輸通道需要在高速移動的狀態(tài)下，具備優(yōu)秀的快速接入性、實時傳輸性、帶寬調整性和抗干擾性等特點。本文結合軌道交通通信、信號業(yè)務需求和車地無線的技術特點，分析不同無線技術在軌道交通通信、信號車地無線承載業(yè)務中的適用范圍。

2 在軌道交通使用環(huán)境下無線通信技術分析

目前，應用于軌道交通通信、信號的主流無線通信技術有基于802.11ac的WLAN及LTE兩種，代表著未來的發(fā)展方向和趨勢。以下將結合軌道交通的實際應用情況對兩種技術進行介紹。

2.1 基于802.11ac的WLAN技術介紹

IEEE802.11ac，是 一 個802.11無 線 局 域 網(wǎng)（WLAN）通信標準。WLAN標準從1997年第一代頒布以來，經(jīng)歷了802.11、802.11b、802.11g/a、802.11n、802.11ac的發(fā)展過程。結合軌道交通的環(huán)境特性，其主要技術特性如下：

（1） 在軌道交通領域，系統(tǒng)可支持2.4GHz/5.1GHz/5.8GHz無線頻段，具備更多的選擇，且工作在ISM頻段（公用頻率），對于頻率使用只需要進行報備，無需專項申請；

（2）WLAN技術網(wǎng)絡架構基于數(shù)據(jù)鏈路層，系統(tǒng)開銷小，采用最高至256-QAM的調整方式，理論上在160MHz的無線頻率資源，靜止狀態(tài)可提供不小于1Gbit/s的傳輸速率。實際軌道交通環(huán)境列車運動狀態(tài)下的平均傳輸速率300Mbit/s；頻普轉換率接近到1：1：85，業(yè)務的帶寬支持能力強。

（3）網(wǎng)絡架構采用雙向非對稱設計、上、下行采用統(tǒng)一正交頻分復用（OFDM）技術，但系統(tǒng)采用競爭接入模式，業(yè)務的接入無法有效實現(xiàn)保障性的帶寬控制，多業(yè)務的QOS保障存在局限性，同時也無法實現(xiàn)針對業(yè)務進行上下、下行數(shù)據(jù)的按需靈活配置；整體的業(yè)務保障性能力一般。

2.2 TD-LTE技術介紹

LTE是由3GPP組織制定的通用移動通信系統(tǒng)技術標準的長期演進。LTE系統(tǒng)引入了OFDM和MIMO等關鍵技術，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，在20MHz頻譜帶寬，2×2MIMO天線的模式下，理論下行最大傳輸速率為201Mbit/s，但根據(jù)實際組網(wǎng)以及終端能力限制，一般認為下行峰值速率為100Mbit/s，上行為50Mbit/s。目前LTE技術逐步應用在軌道交通行業(yè)，通過1.8GHz頻帶進行通信。結合軌道交通的環(huán)境特性，其主要技術特性如下：

（1）在軌道交通領域，系統(tǒng)僅支持1.8GHz專用頻率，選擇較為單一。使用1.8GHz頻率時需要進行專項申請，一般在合法的情況下能夠爭取到10MHz的頻率帶寬。系統(tǒng)頻率使用限制大，但專用頻率不易受到干擾，可靠性非常高。

（2）TD-LTE技術網(wǎng)絡架構基于網(wǎng)絡層，系統(tǒng)開銷相對較大，采用64-QAM調整方式下靜止狀態(tài)下頻譜轉化率可達到1：5，運動狀態(tài)下利用率接近1：1：5，采用10MHz的無線頻率資源，靜止狀態(tài)可提供不小于50Mbit/s的傳輸速率，運動狀態(tài)下的邊緣有效傳輸帶寬可達15Mbit/s。

（3）網(wǎng)絡架構采用雙向非對稱設計，上行采用單載波頻分多址（SC-FDMA），下行采用正交頻分多址（OFDMA）。LTE總共7種上下行子幀配比，業(yè)務的需求配合非常靈活。

（4）系統(tǒng)采用TDD（時分雙工）方式，同時引入同步時鐘系統(tǒng)，能夠在有效劃分業(yè)務的同時，確保各業(yè)務的QOS。業(yè)務保障性能力強。

3 對軌道交通信號、通信各業(yè)務承載采用無線技術的建議

（1）對于軌道交通各項需求級別最高，帶寬需求一般的列車控制信號業(yè)務，采用獨立車地無線網(wǎng)絡建設，采用在1.8GHz特殊頻率下工作的LTE技術。通過A/B雙網(wǎng)的組網(wǎng)方式，形成冗余配置，建設思路如下：

a.控制中心配置單核心EPC熱備模式或獨立雙EPC核心網(wǎng)設備，確保整體系統(tǒng)的管理安全。

b.車站配置兩套以太網(wǎng)交換機及對應的BBU設備用于信號處理。

c.區(qū)間軌旁獨立鋪設一根泄露電纜，同時與800MHz專用調度TETRA系統(tǒng)泄漏電纜合路，組成冗余的無線覆蓋介質，同時結合漏纜布置原則和RRU覆蓋范圍，設置若干RRU用于無線信號的覆蓋。

d.車載設備CPE車頭、車尾按照信號廠商的情況，分別配置主、備一套或兩套無線終端設備，實現(xiàn)車載部分的冗余配置。

（2）對于軌道交通各項需求級別一般，帶寬需求較大的業(yè)務如：車載視頻監(jiān)控、視頻廣告、運營信息、輛狀態(tài)信息等，利于建設成本考慮，建議采用車地無線網(wǎng)絡綜合承載的建設模式，采用在5.8GHz頻率下工作的WLAN（802.11ac）技術。通過單網(wǎng)的組網(wǎng)方式，建設思路如下：

a.控制中心配置單核心設備，關鍵模塊（管理、電源）熱備模式，確保整體系統(tǒng)的管理安全。

b.車站配置單臺太網(wǎng)交換機關鍵模塊（管理、電源）熱備模式，用于無線覆蓋設備的接入。

c.采用5GHz或5.8GHz無線頻段，根據(jù)頻率報備和業(yè)務帶寬需求情況，采用40MHz、80MHz或160MHz組網(wǎng)；在40MHz的模式下可轉換平均75Mbit/s的傳輸帶寬，在80MHz的模式下可轉換平均150Mbit/s的傳輸帶寬，在160MHz的模式下可轉換平均300Mbit/s的傳輸帶寬，完全滿足車載視頻監(jiān)控、視頻廣告、運營信息、輛狀態(tài)信息等業(yè)務傳輸帶寬不小于65Mbit/s的需求，同時進行了帶寬預留。

4 結束語

目前，各地軌道交通建設蓬勃發(fā)展，而車地無線系統(tǒng)作為地鐵運用部門便民服務及保障安全的一個關鍵環(huán)節(jié)得到極大的重視。本文針對現(xiàn)有軌道交通信號、通信中重要業(yè)務特性和主流無線技術體系進行了分析，并結合實際的無線頻率使用情況，將業(yè)務和無線技術進行了合理的配對，使車地無線系統(tǒng)整體的規(guī)劃更為切合實際，同時也為軌道交通業(yè)務后期的發(fā)展預留了想象的空間。

參考文獻：

[1]黃輝.基于TDD-LTE技術的城市軌道交通車地無線通信網(wǎng)絡化技術[J].城市軌道交通研究，2016，04：29-33.

[2]文豪.淺談軌道交通信號系統(tǒng)無線傳輸應用[J]. 科技創(chuàng)新導報，2016，05：10-11.