軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)發(fā)展需求

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摘要:城市軌道交通車地無線通信技術(shù)將列車、車站、控制中心停車場(chǎng)、車輛段連接成為完善的軌道交通通信網(wǎng)絡(luò)，是列車和車站信息傳輸?shù)墓歉删W(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)代城市軌道交通運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。為了適應(yīng)未來城市軌道交通的發(fā)展需求，車地?zé)o線通信技術(shù)還需要做出進(jìn)一步的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞:城市軌道交通;車地?zé)o線通信系統(tǒng);發(fā)展需求

無線通信是現(xiàn)代城市軌道交通的標(biāo)志，車地?zé)o線通信技術(shù)在現(xiàn)代城市軌道交通發(fā)展中扮演著重要的角色?，F(xiàn)階段，我國(guó)的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路網(wǎng)絡(luò)逐漸復(fù)雜，給無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用提出了更高的要求。車地?zé)o線通信系統(tǒng)主要使用TETRA、LET、WLAN等無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)于提高軌道交通運(yùn)營(yíng)的效率和質(zhì)量具有良好的優(yōu)勢(shì)。在技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，主要以無線通信需求為依據(jù)，以保證較高的可實(shí)施性、高速移動(dòng)性和較大的帶寬傳輸能力為基本要求，以合理選擇應(yīng)用方案為前提，促進(jìn)我國(guó)城市軌道交通的不斷發(fā)展。

一、城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)的需求分析

(一)乘客信息多媒體信息現(xiàn)階段，我國(guó)城市軌道交通具有一定的信息宣傳的作用，宣傳的對(duì)象為車廂內(nèi)部的乘客，宣傳的內(nèi)容主要有安全知識(shí)、各種類型的新聞和一些非票務(wù)信息，而類宣傳也被稱作乘客信息多媒體信息，乘客信息多媒體信息的實(shí)施主要依靠地鐵乘客信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在目前多采用DVBT、RairView、WiMAX等技術(shù)實(shí)施。

(二)列車控制信息CBTC是當(dāng)前軌道信號(hào)系統(tǒng)中常用的一種系統(tǒng)，主要依靠CBTC和ATC這兩個(gè)系統(tǒng)的移動(dòng)閉塞來實(shí)現(xiàn)車地之間的列車控制信息傳送。其中，WLAN技術(shù)主要用于車地?zé)o線通信系統(tǒng)，并由通信系統(tǒng)和軌道信號(hào)單獨(dú)建立無線通道，從而實(shí)現(xiàn)列車控制信息的傳送。

(三)無線集群調(diào)度信息城市交通軌道的正常運(yùn)行離不開調(diào)度員、駕駛員和值班員之間的無線調(diào)度語音通話，無線調(diào)度語音通話的使用以維護(hù)人員和司機(jī)最為重要，是保證列車行駛安全的重要保證。當(dāng)前我國(guó)主要采用800MHz的數(shù)字群系統(tǒng)為主的地鐵無線集群調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時(shí)具備了數(shù)據(jù)傳輸功能和調(diào)度語音通信功能。

二、城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)的應(yīng)用要求

(一)較高的可實(shí)施性較高的可實(shí)施性指的是城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)隧道、高架等特殊場(chǎng)所。車地?zé)o線通信系統(tǒng)的應(yīng)用需要分為三個(gè)階段。第一階段即應(yīng)用初期，該階段需要具備司機(jī)乘客室畫像信息、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)信息以及乘客信息、多媒體信息等基本通信需求。第二階段即近期階段，該階段主要以車載廣播、無線集群調(diào)度、CBTC列車控制等功能的應(yīng)用為主。第三階段也就是遠(yuǎn)期階段，這一時(shí)期需要城市軌道交通承載各種無線通信功能。

(二)高速移動(dòng)性近年來，我國(guó)城市軌道列車運(yùn)行的速度不斷創(chuàng)新高，這也就要求其無線通信系統(tǒng)具有高速移動(dòng)性，能滿足不斷發(fā)展的城市軌道運(yùn)行需求。對(duì)高速移動(dòng)性的具體要求為:在滿足不同時(shí)速的軌道運(yùn)行無線通信需求的基礎(chǔ)上，保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性并具有剩余發(fā)展空間。其次，該技術(shù)的應(yīng)用還要保證一定的先進(jìn)性，具有更為明顯的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，確保不會(huì)在短期內(nèi)淘汰，并滿足產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展需求，符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)范。

(三)較大的帶寬傳輸能力交通車地?zé)o線通信的應(yīng)用需要保證各種類型的視頻和語音業(yè)務(wù)滿足無線通信的服務(wù)需求。該需求主要依靠較大的帶寬傳輸能力，使軌道交通系統(tǒng)的帶寬需求與各類型業(yè)務(wù)相適應(yīng)。另外，在具體的應(yīng)用過程中要?jiǎng)澐植煌臉I(yè)務(wù)等級(jí)，做到主次分明，使信息傳輸具有一定的選擇性?？傊嚨?zé)o線通信系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用以無線通信需求為依據(jù)，在應(yīng)用中將信息劃分為服務(wù)、語音、數(shù)據(jù)、控制等，現(xiàn)階段該系統(tǒng)的應(yīng)用除了滿足可實(shí)施性、高速移動(dòng)性和寬帶傳輸能力之外，還要不斷尋求更多的應(yīng)用需求，為后期的發(fā)展留有一定的空間，滿足不斷發(fā)展的城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)需要。

(四)較高的安全性城市軌道交通無線通信網(wǎng)絡(luò)的安全性是保障乘客個(gè)人信息、財(cái)產(chǎn)安全的必要條件。車地?zé)o線通信系統(tǒng)往往會(huì)用到WLAN技術(shù)，該技術(shù)有著較強(qiáng)的開放性，同時(shí)也帶來了一定的安全隱患，即使我國(guó)當(dāng)前對(duì)開放的無線網(wǎng)絡(luò)安全性采取了一系列的措施，但黑客入侵、偽裝攻擊等非法盜竊信息的事件時(shí)有發(fā)生。對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性防護(hù)一直是軌道交通運(yùn)行中的重點(diǎn)需求，相關(guān)部門應(yīng)將車地?zé)o線通信系統(tǒng)的安全性充分重視起來，全面打擊危害網(wǎng)絡(luò)安全的違法行為，修復(fù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的漏洞，讓不法分子無可乘之機(jī)，切實(shí)保證軌道交通乘客的信息安全。

三、車地?zé)o線通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

(一)網(wǎng)絡(luò)性不能滿足實(shí)際需求我國(guó)城市軌道交通運(yùn)行的過程中，主要通過TETRA、LTE、WLAN這三種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車地?zé)o線通信系統(tǒng)的運(yùn)行，這些無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分別承載著無線語音集群系統(tǒng)、TC-MS、Wi-Fi、PIS、CCTV等業(yè)務(wù)，發(fā)揮著提高運(yùn)營(yíng)、提升服務(wù)效率、維護(hù)軌道交通運(yùn)營(yíng)安全的作用。但在實(shí)際應(yīng)用中存在著一定的網(wǎng)絡(luò)性能差的問題，難以滿足正常的服務(wù)、語音、數(shù)據(jù)等信息的無線通信。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:首先，WLAN無線技術(shù)的抗干擾性差，當(dāng)前一般采用5．8GHz或2．4GHz的公共頻段，很容易被外界的民用無線通信網(wǎng)絡(luò)干擾。同時(shí)，列車運(yùn)行速度的增加會(huì)對(duì)WLAN無線技術(shù)傳輸速度、時(shí)延等指標(biāo)造成影響，尤其是在時(shí)速120km/h以上的快線軌道交通中劣勢(shì)更為明顯。其次，TETRA無線網(wǎng)絡(luò)存在較強(qiáng)的局限性，傳輸?shù)乃俾手挥?00Kbps，屬于2G網(wǎng)絡(luò)，僅支持對(duì)一些文本信息和語音數(shù)據(jù)的傳輸。最后，LTE-M無線技術(shù)不能同時(shí)支持多項(xiàng)業(yè)務(wù)，受到有限頻率資源的影響，存在一定的局限性。

(二)多網(wǎng)并存多網(wǎng)并存指的是當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)普遍采用三張及多張WLAN無線網(wǎng)絡(luò)，分別承載Wi-Fi、PIS、CBTC等業(yè)務(wù)，也有部分路線對(duì)CCTV、PIS、TCMS等業(yè)務(wù)由LTE-M無線技術(shù)所承載，造成了多網(wǎng)并存的現(xiàn)狀。無線車地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多網(wǎng)并存的現(xiàn)狀對(duì)我國(guó)軌道交通的運(yùn)行帶來了一定的不利影響，具有維護(hù)成本高、運(yùn)營(yíng)管理難以落實(shí)等缺點(diǎn)，對(duì)新業(yè)務(wù)的開展和后期業(yè)務(wù)的整合造成了一定的阻礙。

四、運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)的需求變革

針對(duì)當(dāng)前車地?zé)o線通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀來看，車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)承載著PIS系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無線集群調(diào)度系統(tǒng)、車輛信息檢測(cè)等業(yè)務(wù)。不同的業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸有著不同的性能要求。其中，PIS視頻直播以及視頻監(jiān)控對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母蓴_性和時(shí)延要求較低，但需要大帶寬。無線集群、CBTC等系統(tǒng)要求無線網(wǎng)絡(luò)不干擾，極低時(shí)延，也對(duì)帶寬的需求低。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，全自動(dòng)駕駛、智能化運(yùn)營(yíng)、智慧車站、智慧列車等各種新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，而這些新的業(yè)務(wù)也對(duì)車地?zé)o線通信系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。在地鐵智能維護(hù)、高速運(yùn)營(yíng)的環(huán)境下，性能各異的車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)將面臨發(fā)展的瓶頸，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的變革是應(yīng)對(duì)未來城市軌道交通新增業(yè)務(wù)需求的必要基礎(chǔ)。在智慧運(yùn)營(yíng)的環(huán)境下，城市軌道交通將面臨更多的新需求，實(shí)現(xiàn)地鐵列車的全自動(dòng)駕駛必然需要更智能和高清的視頻監(jiān)控系統(tǒng);智能維護(hù)和管理對(duì)車載設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)回傳分析提出了更高的要求;人民生活水平的提升對(duì)軌道交通運(yùn)行的服務(wù)質(zhì)量有了更高的需求，提高地鐵服務(wù)質(zhì)量，增強(qiáng)乘客乘車的舒適度則需要適時(shí)、高清的PIS視頻直播。綜上所述，這些新需求的實(shí)現(xiàn)必然對(duì)車地?zé)o線通信系統(tǒng)提出了更嚴(yán)格的要求，在考慮接口拓展能力、建設(shè)、維護(hù)成本等因素的同時(shí)，不斷建設(shè)能夠承載多項(xiàng)業(yè)務(wù)、穩(wěn)定、高速、廣覆蓋、大帶寬的綜合性無線通信網(wǎng)絡(luò)。

五、車地?zé)o線通信技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)方案

(一)總體方案以四架結(jié)構(gòu)為設(shè)置形式，以TDLTE為系統(tǒng)設(shè)備，四架結(jié)構(gòu)分別為車輛級(jí)、區(qū)間級(jí)、車站級(jí)和中心級(jí)別，分別擔(dān)任TAU設(shè)備、RRU設(shè)備、BBU設(shè)備和核心網(wǎng)設(shè)備，采用合路的方式進(jìn)行區(qū)間覆蓋，使民用通信區(qū)間泄漏電纜與區(qū)間覆蓋相結(jié)合，提高隧道區(qū)間內(nèi)部TDLTE車地?zé)o線信號(hào)的覆蓋率。

(二)車載與車輛段方案分別將三套TAU設(shè)備安裝與車頂所處位置以及兩端司機(jī)室內(nèi)，使TAU設(shè)備與車載視頻、車載乘客信息、車輛控制總線等相連接，將視頻畫面和車輛的檢測(cè)信息上傳至控制終端。其次，對(duì)所有列車設(shè)置RRU、BBU和反饋系統(tǒng)。

(三)車站與隧道方案車輛的TAU信息可以通過BBU接受，由專用信息傳輸系統(tǒng)和BBU乘客信息系統(tǒng)將接收到的信息傳送至控制中心。以此為原理，在車站設(shè)置一套BBU，將數(shù)據(jù)交接機(jī)與乘客信息系統(tǒng)相連接，對(duì)載體利用光纖連接，使區(qū)間RRU與車站乘客信息系統(tǒng)相連接，將合路器置于隧道內(nèi)，整合各電信運(yùn)營(yíng)商和TDLTE車地?zé)o線信號(hào)，通過民用泄露電纜進(jìn)行信息反饋，實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的傳輸，對(duì)整個(gè)區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。

(四)控制中心方案在控制中線中設(shè)置TDLTE核心網(wǎng)，將數(shù)據(jù)交換機(jī)與車站的乘客信息相連接，利用專門的通信傳輸系統(tǒng)連接每個(gè)車站的BBS，并對(duì)控制中心PIS和控制中線AS進(jìn)行互聯(lián)接口，以TDLTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)將列車的檢車信息和車輛內(nèi)部的FAS信息傳輸至中線核心網(wǎng)，對(duì)中線核心網(wǎng)上的信息利用PIS轉(zhuǎn)發(fā)至控制中心FAS和車輛維修中心。

(五)車地?zé)o線通信新技術(shù)的應(yīng)用車地?zé)o線通信新技術(shù)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)新、高速率、大寬帶的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)新需求的必要的條件。如使用1785-1805MHz專用頻段的LTE-M技術(shù)具有更強(qiáng)的傳輸速率和較強(qiáng)的抗干擾能力，并且支持高速移動(dòng);5G技術(shù)以及LTE-U技術(shù)具有高移動(dòng)性和超大帶寬，在PIS、Wi-Fi等業(yè)務(wù)的應(yīng)用上有著良好的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。

六、結(jié)語

隨著軌道交通的乘客群體、運(yùn)營(yíng)線路網(wǎng)絡(luò)體系的快速發(fā)展和日趨復(fù)雜，智慧運(yùn)維、全自動(dòng)運(yùn)維等軌道交通運(yùn)營(yíng)的新業(yè)務(wù)已近逐漸展開，車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展面臨新的需求，大帶寬、高速率、高移動(dòng)性、綜合承載等將成為未來車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

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作者：王富春 單位：蘭州市軌道交通有限公司