淺析城市軌道交通車地寬帶移動通信

陳爽

摘 要：目前車地寬帶移動通信可以考慮的技術有：無線數字集群通信TETRA技術、GSM技術、CDMA技術、3G技術、無線局域網技術（WLAN）、WiMAX無線寬帶接入技術、LTE技術以及一些專業廠家專有無線通信技術等。本文針對以上各移動通信技術制式對城市軌道交通的適用性、可行性及可靠性進行淺析。

關鍵詞：城市軌道交通車地寬帶移動通信

引言

隨著城市軌道交通的不斷發展，城市軌道交通已經成為人們日常出行的首選交通方式，因此軌道交通客流量也在與日俱增，軌道交通安全和運營管理顯得尤為重要。為使城軌公安部門、運營管理部分能夠更加及時有效的維護車廂內的秩序，并為乘客提供列車運行、公告、緊急疏散指示等運營信息以及新聞、商業廣告等公共信息，車地寬帶移動通信隨之應運而生。目前無線通信技術眾多，以下就城市軌道交通車地寬帶移動通信進行淺析。

1 功能需求

1.1 將控制中心下發的播放列表和播放內容以及實時新聞下傳至車載設備。

1.2 列車攝像頭采集到的視頻信號能通過無線網絡上傳至控制中心。

2 帶寬需求

城市軌道交通設計最高時速為120km/h，要求在此時速下仍能滿足帶寬需求如下：1路8Mb/s（MPEG-2）的視頻節目（下行），2路2Mb/s（MPEG-4或H.264）的車載監控圖像（上行），合計12Mbps。

3 技術比較

3.1 無線數字集群通信TETRA、GSM、CDMA、3G等技術

無線數字集群通信TETRA技術、GSM技術、CDMA技術、3G技術均為非常成熟的技術，使用面較廣，有著良好的應用實例。但是這四種技術針對于車地寬帶移動通信均存在帶寬不足的缺陷。

3.2 無線局域網技術（WLAN）

無線局域網技術（WLAN）是目前應用最為廣泛的一種移動寬帶傳輸技術，是由IEEE 802.11工作組規定的無線通信系統。IEEE小組相繼推出了802.11b、802.11a和802.11g三個物理層標準和802.11n草案。

802.11b通常也被稱為Wi-Fi，工作在2.4GHz頻段，可支持最高11Mbps的共享接入速率；802.11a工作在5.8GHz頻段，其速率高達54Mbps，分頻采用OFDM技術，但最高速率的無障礙接入距離降到30～50米；802.11g也采用OFDM技術，與802.11a一樣可支持最高54Mbps的速率，同時它工作在2.4GHz頻段，因此可以做到與802.11b兼容，而最高速率是802.11b的5倍。802.11n工作在2.4 GHz 或5 GHz，可與以前的 IEEE 802.11b/g 設備通信兼容，其速率可達108Mbps，甚至600Mbps，但目前只是一個草案。

由于WLAN技術在靜態裝置下開發的無線數據傳輸，當速度達到120km/h時，傳輸速率明顯下降，但802.11a、802.11g、802.11n網絡穩定帶寬均大于12 Mbps，仍能滿足城市軌道交通車地寬帶移動通信的帶寬需求。

3.3 WiMAX無線寬帶接入技術

WiMAX全球微波互聯接入采用IEEE 802.16d/e標準，其中802.16d屬于固定無線接入標準， 802.16e則具有移動性，可在提供移動高速數據業務的同時保證高質量的VoIP語音業務。

802.16空中接口相關標準

空間接口標準空間接口相關標準

802.16 固定寬帶無線接入（10-66GHz）

802.16a 固定寬帶無線接入（2-11GHz）

802.16d 固定寬帶無線接入（2-66GHz）

802.16e 固定和移動寬帶無線接入

802.16e技術主要面向寬帶數據用戶，其使用頻率低于6 GHz的許可頻段，標準中規定可以支持車載速率的移動業務，即至少可以支持120 km/h的移動速度，略低于3G的移動速度，802.16e可以靈活地選擇雙工方式，對雙工方式沒有做強制規定，可以支持TDD，也可以支持FDD。網絡結構主要采用點對多點（PTMP）方式，也可以支持Mesh結構。

802.16e定義了空中接口的物理層和MAC層規范，物理層可以支持單載波、OFDM、OFDMA三種方式。在這種物理層方式中，以OFDM和OFDMA為主，它具有較高的頻譜利用率，而且802.16e可以使用不同的載波帶寬，從1.75～20MHz不等，在采用較大的載波帶寬時，802.16e系統就具有比3G系統更高的傳輸速率。

3.3.1 WiMAX優勢

實現更遠的傳輸距離。WiMAX所能實現的50km的無線信號傳輸距離是無線局域網所不能比擬的，網絡覆蓋面積是3G發射塔的10倍。

提供更高速的寬帶接入。據悉，WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mbit/s，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。

提供優良的最后一公里網絡接入服務。

提供多媒體通信服務。由于WiMAX較Wi-Fi具有更好的可擴展性和安全性，從而能夠實現電信級的多媒體通信服務。

3.3.2 WiMAX劣勢

標準制定方面：802.16e標準化工作正在進行，除空中接口標準尚未完成以外，802.16還存在一個問題就是缺乏網絡規范、標準體系不完善。802.16僅僅規范了基站和移動臺之間的空中接口，沒有規定基站和基站之間，基站和網絡側的協議。在切換、移動性管理和終端狀態管理等與蜂窩組網有關的方面，還不夠成熟，需要進一步完善。

頻率問題：目前已經認可的是3.4～3.8GHz許可證頻率和5.725～5.85GHz免許可證頻率。很多國家允許使用更高的頻率，將其當作5GHz免許可證頻段的一部分，目的是室外應用。

WiMAX芯片生產廠商少，導致設備制造商的成本很高，基于IEEE 802.16e的WiMAX的系統解決方案商業化程度低。

3.4 LTE技術

LTE技術是3G的演進，始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE是3G與4G技術之間的一個過渡，是3.9G的全球標準，它改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO為核心技術。TD-LTE是中國LTE標準，是TD-SCDMA標準的演進。其主要特點是盡可能繼承TD-SCDMA的系統特點，在此基礎上通過多載波的方式擴展數據速率，滿足LTE的需求。LTE高傳輸帶寬、低延遲、廣域覆蓋可以很好的滿足城市軌道交通車地寬帶移動通信的需求。

3.5 廠家專有無線通信技術

由于城市軌道交通車地寬帶移動通信要解決快速移動下的切換、干擾和流量等問題，因此，一些廠家針對這些特點，結合自身技術特點，形成特有的無線通信系統，如德國得力風根公司專有技術TRainCom-MT車地無線寬帶技術、烽火通信公司的Railview車地無線寬帶系統等。這些專有技術在行業內部均有小范圍運用，但專有技術后期維護成本高，一般不建議使用。

4 結束語

根據以上分析，無線數字集群通信TETRA技術、GSM技術、CDMA技術、3G技術無法滿足城市軌道交通車地寬帶移動通信需求；WiMAX設備有技術優勢但設備供貨商少，價格相對較高；廠家專有無線通信技術后期維護成本高；WLAN、LTE技術成熟、產業化水平高，均已投入到城市軌道交通車地寬帶移動通信的建設中。

參考文獻

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