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(yè)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(fā)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(yè)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(fā)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(jié)目（下行），2路2Mb/s（MPEG-4或H.264）的車載監(jiān)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(guī)定的無線通信系統(tǒng)。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(tài)裝置下開發(fā)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(wěn)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(yè)務的同時保證高質量的VoIP語音業(yè)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(guī)定可以支持車載速率的移動業(yè)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(guī)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(guī)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(tǒng)就具有比3G系統(tǒng)更高的傳輸速率。

3.3.1 WiMAX優(yōu)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(fā)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(yōu)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(guī)范、標準體系不完善。802.16僅僅規(guī)范了基站和移動臺之間的空中接口，沒有規(guī)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(tài)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(tǒng)解決方案商業(yè)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(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)等。這些專有技術在行業(yè)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(yōu)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(yè)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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