周波

城市軌道交通車地?zé)o線通信組網(wǎng)及應(yīng)用研究

周波

中鐵十四局集團(tuán)電氣化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000

隨著城市軌道交通的不斷創(chuàng)新，車地?zé)o線通信技術(shù)在其中發(fā)揮著相當(dāng)關(guān)鍵的作用，并引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。軌道交通車地?zé)o線通信的兩個(gè)分支主要是列車信號(hào)系統(tǒng)（CBTC）和乘客信息系統(tǒng)（PIS）。在國(guó)內(nèi)目前在建軌道交通項(xiàng)目中，PIS系統(tǒng)和CBTC系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)都采用了WLAN技術(shù)。所以，必須采取必要的措施，防止隧道環(huán)境中出現(xiàn)相互干擾而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。從組網(wǎng)、占用帶寬、應(yīng)用特點(diǎn)等方面對(duì)比了PIS系統(tǒng)和CBTC系統(tǒng)的車地?zé)o線通信部分，并提出了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中應(yīng)注意的一些問(wèn)題以及車地?zé)o線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

軌道交通；車地?zé)o線通信；乘客信息系統(tǒng)

1重慶軌道交通通信系統(tǒng)

重慶軌道交通四號(hào)線一期項(xiàng)目中運(yùn)用的通信系統(tǒng)，在同一網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)上容納了運(yùn)營(yíng)指揮、企業(yè)管理、服務(wù)乘客及傳送信息等功能。它具備以下優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定易擴(kuò)展，組網(wǎng)靈便，傳送的信息涵蓋了語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等。通信系統(tǒng)一般可保障列車的安穩(wěn)高效運(yùn)營(yíng)，將高品質(zhì)的服務(wù)提供給出行乘客；特別是產(chǎn)生突發(fā)事件時(shí)可自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉罏?zāi)救援和事故處置的指揮通信體系。通信體系構(gòu)成分支有專用通信體系與公安通信體系。專用通信體系的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上擁有運(yùn)營(yíng)指揮、企業(yè)管理、服務(wù)乘客和傳送各類信息等功能，既穩(wěn)定易擴(kuò)展，又極易組網(wǎng)，能將通信信息轉(zhuǎn)化為語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等。不僅列車的安穩(wěn)運(yùn)營(yíng)有所保障，而且還讓乘客感受到高品質(zhì)的服務(wù)。遇到突發(fā)事件時(shí)可快速變?yōu)榉罏?zāi)救援和事故處理的指揮通信系統(tǒng)。公安通信系統(tǒng)設(shè)定的目的在于保障市民的出行安全，確保軌道交通列車的平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)，及時(shí)、精準(zhǔn)、高效地保障交通安全。

2 PIS車地?zé)o線系統(tǒng)與信號(hào)CBTC系統(tǒng)的比較與分析

2.1 基于IEEE 802.11系列的WLAN技術(shù)概述

IEEE的802.11工作組是一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)組織，一般都是按照IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行相關(guān)的研發(fā)工作的。隨著時(shí)間的推移，IEEE 802.11這些年來(lái)已逐漸成為一個(gè)被廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。其中，2.4?GHz代表的是公司以及科學(xué)研究機(jī)構(gòu)共用的ISM頻譜。要使無(wú)線連入點(diǎn)自身的發(fā)射功率及帶外輻射能得到有關(guān)管理部門的要求，則需要專門申請(qǐng)。只有得到相關(guān)許可的情況下才可以使用此頻段。對(duì)于5.8?GHz的頻譜，要想能夠使用這個(gè)頻段，必須向無(wú)線電管理委員會(huì)繳納一定的費(fèi)用。

802.11n是在802.11a/b/g后新出現(xiàn)的一個(gè)無(wú)線傳輸標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。此協(xié)議在2009年之后才得到了IEEE的批準(zhǔn)。它的主要特點(diǎn)是能夠在2.4?GHz與5.8?GHz這兩個(gè)不同的頻段上正常工作，而且不會(huì)相互干擾。此外，它還能夠顯著提升WLAN傳輸速率?，F(xiàn)在最高的傳輸速率已達(dá)300～600?Mbps。通過(guò)將MIMO與OFDM技術(shù)整合成MIMO-OFDM技術(shù)并加以運(yùn)用，不但無(wú)線傳送品質(zhì)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，而且傳送速度也上了一個(gè)臺(tái)階。從覆蓋范圍的角度來(lái)看，802.11n能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)波束的動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)，而且它能夠有效提升接收信號(hào)的穩(wěn)定性，防止其他信號(hào)的干擾。因此，覆蓋范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)比較寬。在兼容性層面，802.11n由于運(yùn)用了軟件無(wú)線電技術(shù)，因此它能夠全面展開(kāi)、編程，讓各個(gè)體系的基站與終端都通過(guò)此平臺(tái)中的不同軟件進(jìn)行溝通與兼容，這樣可大幅改良WLAN的兼容性。這就說(shuō)明WLAN不僅可以實(shí)現(xiàn)有效的兼容，而且還可把WLAN和無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合在一起，比如3G網(wǎng)絡(luò)。

2.2 PIS與CBTC占用帶寬比較

根據(jù)PIS車載子系統(tǒng)的性能，運(yùn)動(dòng)的列車需要與地面實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，在列車以較快的速度行駛時(shí)，要確保圖像的品質(zhì)，不能出現(xiàn)任何中斷。其中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)據(jù)關(guān)鍵劃分為車載視頻播放與監(jiān)視信息。每列列車接收是從監(jiān)控中心下發(fā)的1路標(biāo)清數(shù)字視頻信息，其中每路信息自身所占的帶寬一般都控制在4～8?MHz左右；又由于預(yù)留10%的視頻重傳技術(shù)，因此其帶寬會(huì)在4.4～8.8?MHz之間。與此同時(shí)，還包含一些文本信息。這些文本信息所占帶寬的大小為100?kHz。這樣一來(lái)，車載播放視頻帶寬必須要達(dá)到4.5～8.9?MHz。對(duì)區(qū)間運(yùn)營(yíng)中的每一列列車要傳輸2路視頻圖像信息，每路帶寬略為2?MHz，所以總帶寬約為4?MHz。通過(guò)剖析上述得知，PIS系統(tǒng)運(yùn)用于車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)中的總帶寬要高于13?MHz。

CBTC無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)字信息有：列車到達(dá)地、車次號(hào)、列車運(yùn)行中的定位點(diǎn)、列車運(yùn)營(yíng)的速度等。由于信息編碼不太長(zhǎng)，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度在1?000?bits以下。對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)供貨商來(lái)說(shuō)，一般都會(huì)把凈傳送速度控制在40～100?kbps之間，保證系統(tǒng)的最低傳送速率。

2.3 PIS與CBTC無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的比較及干擾分析

對(duì)于PIS系統(tǒng)而言，它在軌道交通項(xiàng)目中所發(fā)揮的主要作用是提供高品質(zhì)、滿意性的服務(wù)，把人放于核心位置。即使車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)受到了嚴(yán)重的干擾，也基本上不會(huì)對(duì)行車安全造成太大影響。信號(hào)體系如果受到比較嚴(yán)重的信號(hào)干擾，將會(huì)威脅列車的行駛安全，因此，信號(hào)系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)，對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自身所具有的安全性要求更高。因?yàn)樵谲壍澜煌ㄖ行盘?hào)體系比較關(guān)鍵和特別。PIS系統(tǒng)通常運(yùn)用兩種辦法來(lái)預(yù)防信號(hào)交叉，他們分別為802.11a技術(shù)與802.11b/g技術(shù)。就目前來(lái)看，這兩種形式已經(jīng)在軌道交通項(xiàng)目中得到了比較廣泛的應(yīng)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

地鐵隧道內(nèi)環(huán)境相對(duì)都比較復(fù)雜，而且具有很多類型不同的設(shè)備，這樣就很容易出現(xiàn)電磁干擾，所以除了要運(yùn)用定向天線之外，天線本身應(yīng)盡量具有較高的增益。此外，還可以將隧道的無(wú)線接入點(diǎn)安裝在金屬箱里，這樣能夠起到有一定的屏蔽作用，防止系統(tǒng)設(shè)備受到電磁干擾的影響。

[1]常棟棟，羅靜，王喆.5.8?GHz無(wú)線通信在城市軌道交通中的應(yīng)用研究[J].信息通信，2012（6）：42-43.

[2]奉志權(quán).城市軌道交通車地?zé)o線通信的應(yīng)用探討[J].工業(yè)C，2016（5）：200.

[3]李頎.城市軌道交通車地?zé)o線通信組網(wǎng)及應(yīng)用探討[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2016（10）：86.

[4]單瑛.LTE技術(shù)在城市軌道交通車—地?zé)o線通信中的應(yīng)用探討[J].中國(guó)信息化，2014（7）：54-55.

Research on Train-Ground Wireless Communication Network and Application of Urban Metro

Zhou Bo

China Railway 14th Construction Bureau Electrified Engineering Co., Ltd., Shandong Jinan 250000

With the continuous innovation of urban metro, the technology of train-ground wireless communication plays a key role in it, and has aroused wide attention from all walks of life. The two branches of metro train-ground wireless communication are the train signal system (CBTC) and the passenger information system (PIS). In the current construction of metro projects in China, the PIS system and the wireless network of the CBTC system have adopted the WLAN technology. Therefore, the necessary measures must be taken to prevent the interference in the tunnel environment and have a serious impact on the system operation. From the aspects of networking, occupied bandwidth and application characteristics, the paper compares the PIS CBTC system with the train-ground wireless communication part, and puts forward some problems needing attention in the construction and operation, and the development trend of the train-ground wireless communication technology.

metro; train-ground wireless communication; passenger information system

U285.21

A