王朋

摘要：地鐵通信系統(tǒng)為公共交通和公共安全人員提供無縫的無線電覆蓋，這些人員在地下部分車載列車以及車站平臺和樓梯出口處運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的疏散目的。通信系統(tǒng)捕獲來自現(xiàn)有地面陸地移動無線電系統(tǒng)的無線射頻信號，放大并饋送到位于整個地下的同軸電纜和點(diǎn)源天線，然后將信號輻射給無線電用戶。本文對地鐵通信系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以期進(jìn)一步提高地鐵通信效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：地鐵；通信系統(tǒng)；應(yīng)用

1. 地鐵通信系統(tǒng)的類型

1.1模擬通信

考慮到消息信號和通信介質(zhì)的模擬特性，自然的設(shè)計選擇是將模擬消息信號（例如，從聲學(xué)域轉(zhuǎn)換到電子域的音頻信號）映射到模擬發(fā)送信號（例如，承載音頻信號的無線電波，其與通信的物理介質(zhì)兼容（例如，通過空中廣播來自FM無線電臺的音頻）。

這種通信系統(tǒng)設(shè)計方法如圖1所示，稱為模擬通信。早期的通信系統(tǒng)都是模擬的：常見的應(yīng)用包括AM（幅度調(diào)制）和FM（調(diào)頻）無線電、第一代蜂窩電話技術(shù)（基于FM）、VHS或beta錄像帶。從第二代開始的蜂窩電話技術(shù)是數(shù)字的。由于經(jīng)濟(jì)和政治因素，諸如無線電之類的廣播技術(shù)通常較慢升級，但是數(shù)字廣播無線電和電視技術(shù)正在替換模擬FM / AM無線電和廣播。

1.2數(shù)字通信

數(shù)字通信的概念基礎(chǔ)由克勞德·香農(nóng)于1948年創(chuàng)立，當(dāng)時他創(chuàng)立了信息理論領(lǐng)域。這個理論有兩個主線：·源編碼和壓縮：任何信息承載信號都可以通過數(shù)字信號（即從離散集中取值的離散時間信號）表示，其最簡單的形式只是一個二進(jìn)制數(shù)字序列（零或1）或位。

用于執(zhí)行從原始源信號到比特序列的映射的技術(shù)通常稱為源編碼。它們通常以利用源信號的屬性的方式涉及壓縮或去除冗余（例如，可以利用圖像中的相鄰像素之間的重空間相關(guān)性來比像素逐像表示更有效地表示它。）。

一旦源編碼完成，通信任務(wù)就會減少，以便在源編碼器的輸出端可靠地傳輸比特序列。任何地鐵通信系統(tǒng)的性能取決于信號和噪聲或干擾的相對強(qiáng)度，以及信道施加的失真。實(shí)踐引用表明，一旦為任何通信信道確定了這些操作參數(shù)，就存在最大可能的可靠通信速率，稱為信道容量。因此，給定源編碼器輸出端的信息比特原則上，只要信息速率小于信道容量，就可以在給定鏈路上可靠地發(fā)送信號。而在模擬通信中，隨著信道條件變差，再現(xiàn)源信號的質(zhì)量通常逐漸降低。

2. 地鐵通信系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1源編碼器

源編碼器將消息信號轉(zhuǎn)換為信息比特序列。信息比特率取決于消息信號的性質(zhì)（例如，語音、音頻、視頻）和應(yīng)用要求。即使修復(fù)了消息信號類別，源編碼器的選擇也很大程度上取決于地鐵通信系統(tǒng)的設(shè)置。例如，當(dāng)視頻信號通過蜂窩鏈路發(fā)送到移動設(shè)備時被嚴(yán)重壓縮，但是當(dāng)被發(fā)送到高清晰度電視（HDTV）集時被輕微壓縮。

除此之外，源代碼可以完全與鏈接設(shè)計分離。對于灰度數(shù)字圖像，每個像素的強(qiáng)度可以用8位表示。乘以像素數(shù)給出了大約630萬位，或大約0.8Mbyte（一個字節(jié)等于8位）。然而，對于典型圖像，相鄰像素的強(qiáng)度是高度相關(guān)的，這可以被利用來顯著減少表示圖像所需的比特數(shù)。例如，可以采用二維傅立葉變換，其將較低頻率的大部分信息集中在圖像中，然后丟棄許多高頻系數(shù)。對于自然圖像，最先進(jìn)的圖像壓縮算法可以提供10倍壓縮（即相對于原始數(shù)據(jù)的位數(shù)減少）未壓縮的數(shù)字圖像幾乎沒有任何感知降級。對于視頻，除了用于圖像壓縮的空間相關(guān)性之外，還可以利用連續(xù)幀之間的時間相關(guān)性。

2.2通道編碼器

信道編碼器為從源編碼器獲得的信息比特增加了冗余，以便在通過信道傳輸之后的錯誤恢復(fù)。然而，信道編碼器添加的冗余是針對將要發(fā)生信息傳輸?shù)男诺蓝ㄖ频?，而原始消息信號中的冗余一般處于地鐵通信系統(tǒng)的控制范圍內(nèi)。

2.3調(diào)制器

調(diào)制器將信道編碼器輸出端的編碼比特映射到要通過信道發(fā)送的發(fā)送信號，其中用戶之間和共存系統(tǒng)之間的干擾是主要問題。WiFi傳輸通常在2.4或5GHz頻帶中占用20-40MHz的帶寬。第四代蜂窩系統(tǒng)中的傳輸通?？梢栽?00MHz至3GHz的頻率范圍內(nèi)占用1-20MHz范圍內(nèi)的帶寬。

雖然這些信號帶寬正在增加以努力提高數(shù)據(jù)速率（例如，新興WiFi標(biāo)準(zhǔn)高達(dá)160 GHz，新興蜂窩標(biāo)準(zhǔn)高達(dá)100 MHz），并且正在積極探索新的頻段，傳輸?shù)男盘柸匀恍枰M(jìn)行調(diào)制以適應(yīng)某些頻譜約束。假設(shè)通過發(fā)送信號s（t）發(fā)送比特值0，并通過發(fā)送-s（t）發(fā)送比特值1，必須設(shè)計信號s（t），使其符合頻譜約束（例如，兩個不同的用戶可以使用兩個不同的頻譜段以避免相互干擾）。對于無線通信，這些信號是由耦合到天線的電路產(chǎn)生的電壓，并且最終作為來自天線的電磁波發(fā)射。地鐵信道編碼器和調(diào)制器通常是聯(lián)合設(shè)計的，稱為編碼調(diào)制器。

3. 結(jié)語

本文介紹了地鐵通信系統(tǒng)的概念基礎(chǔ)。現(xiàn)代通信系統(tǒng)對于現(xiàn)代社會的運(yùn)作是不可或缺的，在地鐵的日常運(yùn)行和管理中，通信系統(tǒng)更是發(fā)揮著重要的作用。通過對地鐵通信系統(tǒng)的應(yīng)用分析，可以更好地了解地鐵通信系統(tǒng)的功能，從而提升其運(yùn)行質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)

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[2]何琳娜.無線通信技術(shù)在列車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2018（10）：201-203.

（作者單位：南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司）