淺談無線通信技術的應用

廣州市地下鐵道總公司 廣東廣州 514000

摘要：隨著客流量的增加，地鐵的安全保障難度也隨之加大，所以在地鐵列車監(jiān)控中引入先進可靠的無線通信技術成為提高監(jiān)控效率的重要選擇。對此，本文對常見的無線通信技術作了分析，并就其在地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中的應用進行了探討。

關鍵詞：無線通信技術；地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)；應用

引言

地鐵已經(jīng)成為人們出行的重要交通工具。隨著地鐵事業(yè)的不斷發(fā)展，客運量不斷增加，地鐵安全問題受到了社會各界越來越廣泛的關注，保障地鐵安全運行，需要一套穩(wěn)定、可靠、高效的監(jiān)控系統(tǒng)支持。地下空間相對較窄，列車運行線路卻很長，沿途站點又多，需要地鐵列車與地面指揮中心進行很好的配合。因此，相互通信顯得尤為重要。無線通信技術的快速發(fā)展，為地鐵列車高質量、高速率的安全運行提供了良好的契機。

1、無線通信技術定義

無線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系。

2、無線通信技術原理

任何導體中電流強弱的變化都會產(chǎn)生電磁波。利用這一物理現(xiàn)象，通過調制可將信息加載于電磁波之上。當電磁波通過空間傳播到達收信端，電磁波引起的電磁場變化又會在導體中產(chǎn)生變化的電流，通過解調將信息從電流變化中提取出來，就達到了信息傳遞的目的。

3、常見的無線通信技術

隨著對地鐵列車監(jiān)控效率、質量、水平等要求的不斷提高，促使無線通信技術被提上議程，但在探討如何將其應用于監(jiān)控系統(tǒng)中之前，需要先了解其特點和優(yōu)勢。即無線通信技術是一種借助電磁波信號在自由空間內(nèi)完成信息傳播和交換的通信方式，并以100m為界定分為近程和遠程無線通信[1]。當下地鐵行業(yè)中常見的無線通信技術有：

3.1DVB-T技術

該技術不僅容量較大，而且便于接入，目前已在地面數(shù)字開路電視中得到了廣泛應用。具體而言，在列車行駛時，該系統(tǒng)會及時接收來自地面的信號，經(jīng)數(shù)字機頂盒加以解碼后成為視頻信號或模擬復合音頻信號，最后在視音分配器的作用下呈現(xiàn)在終端顯示器中。

3.23G技術

3G這一支持數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)牡谌苿油ㄐ偶夹g，不僅有著良好的傳輸速率，而且可同時傳送實時通信、電子郵件等信息和通話等聲音。如當頻譜寬帶為20MHz時，其傳輸速率可達到50-100Mbit/s，而且在保持350km/s的狀態(tài)下以100kbit/s的速率為移動用戶提供接入服務，同時對成對和非成對頻譜具有支持作用，可在806-960MHz、1900-1920MHz、2110-2170MHz等不同寬帶范圍內(nèi)進行靈活配置[2]。

3.3WLAN技術

WLAN技術就是我們常說的無線局域網(wǎng)，其無需連接傳輸電纜或任何導線，只需借助無線電波這一媒介便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，主要采用的是IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.11b等IEEE802.11標準，其中11a和11b分別有著5.8GHz和2.4GHz的工作頻段與54Mbit/s和11Mbit/s的最大接入速率。但在數(shù)據(jù)速率、通信保密、可靠性、兼容性、移動性、經(jīng)濟性、電磁環(huán)境等方面有著一定的技術要求。

3.4TETRE技術

TETRE技術無需通過用戶接口便可獲得寬帶支持，能夠滿足電子郵件、圖形傳輸、圖像傳輸?shù)榷喾N數(shù)據(jù)通信需求，從而可以接受并發(fā)送數(shù)據(jù)和話音，而且350MHz和806-866MHz的工作頻率、寬帶分配的動態(tài)性、7.2kbit/s的時隙通信能力以及較好的加密技術，促使通信質量和水平得到了明顯改善，因而可在同一平臺中提供數(shù)字傳輸、電話服務、指揮調度等服務，故公開、開放特點突出。

此外，WIMAX技術不但支持點對點和多點網(wǎng)絡通信結構，也可以向固定站點和移動站點提供無線寬帶接入服務，故在地鐵行業(yè)中也有所應用[3]。而無線Mesh技術因會在擴大網(wǎng)絡規(guī)模的同時增加數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)，故不符合地鐵監(jiān)控對實時性的要求。

4、無線通信技術在地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

在地鐵監(jiān)控系統(tǒng)中，最明顯的客觀條件就是系統(tǒng)本身常常會受到很大的限制，因此，無線通信技術的應用非常重要。要想使列車監(jiān)控系統(tǒng)的核心保持正常運行，就要運用高速穩(wěn)定的無線通信技術。地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)的要求有以下幾個方面：高數(shù)據(jù)傳輸速率、支持運動狀態(tài)、無線網(wǎng)絡覆蓋領域廣泛、需要利用漫游來進行切換、安全穩(wěn)定性高等。

4.1無線通信技術在地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)應用中

移動節(jié)點STA安裝在車上，列車速度可以達到120公里/小時，并且能夠沿著多個鋪設的AP向STA提供視頻和音頻數(shù)據(jù)服務，用于監(jiān)控列車的運行狀態(tài)、控制速度等。在列車提速的過程中，需要多個AP進行快速的切換，由于切換過程中很容易產(chǎn)生丟包、延遲現(xiàn)象，都會對無線網(wǎng)絡的質量產(chǎn)生很嚴重的影響，甚至導致整個網(wǎng)絡溝通障礙，引起交通事故。因此，AP和STA之間信息的成功交換是無線通信技術在地鐵中應用的重要目標。

4.2攝像頭模塊本系統(tǒng)

用于現(xiàn)場圖像采集的PTC08攝像頭是一款集視頻捕捉、圖像采集、拍攝控制、JPEG圖像壓縮、串口傳輸于一體的圖像采集處理模塊，其內(nèi)置的高性能數(shù)字信號處理芯片實現(xiàn)了對原始圖像的高比例壓縮。攝像頭拍攝的圖片采用標準JPEG格式輸出，數(shù)據(jù)通過標準RS232串口與單片機相連，此外自帶的簡單圖像傳輸協(xié)議使得攝像頭可以方便地實現(xiàn)與電腦以及各種嵌入式系統(tǒng)的連接，并可以直接匹配標準PC機的串口電平。該串口攝像頭具有上電休眠功能，即上電時只有通信接口和圖片存儲器部分工作，耗電較多的圖像處理部分處于休眠狀態(tài)。向攝像頭發(fā)出拍照命令前應喚醒然后再發(fā)送拍照命令，圖像處理部分開始正常工作。正常工作后，除非接收到休眠命令，否則攝像頭不會自動進入休眠狀態(tài)。在異步串行接口中，一個字節(jié)數(shù)據(jù)由1個起始位，8個數(shù)據(jù)位和1個停止位組成。起始位始終為0，數(shù)據(jù)位低位先發(fā)，停止位始終為1，最后發(fā)送。

4.3GPRS通信模塊

GPRS是通用分組無線業(yè)務的簡稱，具有通信速度快、永遠在線、收費合理等優(yōu)點，使得GPRS通信模塊在遠程無線通信控制中得到廣泛應用。本系統(tǒng)通過單片機控制GPRS通信模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，一方面要求所用的GPRS通信模塊能夠連接到GPRS網(wǎng)絡，另一方面要求在GPRS通信模塊支持實現(xiàn)TCP/IP傳輸協(xié)議，以實現(xiàn)在Internet網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)的GPRS通信模塊選用SIMCOM公司的SIM300S，尺寸小、功耗低、性能突出。該模塊內(nèi)置TCP/IP傳輸協(xié)議，省去了外部繁瑣的編程，同時它集成了標準的RS232接口以及SIM卡，采用AT指令集通過串口對它進行初始化設置。

4.4監(jiān)控中心

監(jiān)控中心主要由行車調度中心、車廠調度中心、視頻監(jiān)控中心以及車站控制室共同組成。監(jiān)控中心通過無線傳輸網(wǎng)絡接收列車傳輸過來的實時位置信息、車廂內(nèi)的視頻圖像等，了解列車的運行情況。列車也可以按照監(jiān)控中心發(fā)送過來的信號在監(jiān)控中心的遠程控制下運行。

4.5紅外探測模塊

為了滿足在出現(xiàn)非法入侵時自動對監(jiān)控現(xiàn)場進行拍照的需求，本系統(tǒng)采用了紅外人體感應探測器。感模塊工作電壓范圍可在4.5～20V，靜態(tài)工作電流小于50μA，可通過跳線方式設置探測模塊工作在可重復觸發(fā)方式或不可重復觸發(fā)方式。當有人非法進入紅外模塊感應范圍時，紅外感應模塊輸出高電平，用以啟動圖像采集模塊進行拍照，并將所拍圖片通過GPRS通信模塊發(fā)往指定號碼的手機，實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)自動對現(xiàn)場的實時監(jiān)控。

5、結束語

總之，狹窄的地下空間、增長的客流量、較多的沿途站點和較長的運行線路要求地鐵列車和地面指揮中心之間保持良好的通信與配合，這就要求我們認真分析無線通信技術的優(yōu)勢特點，努力研究其在地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中的最佳應用途徑和方式，以此優(yōu)化通信條件、提升通信速率、改善通信效益，進而促進地鐵列車安全、高效、穩(wěn)定運行。

參考文獻：

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[3]張輝.無線局域網(wǎng)技術分析及在軌道交通建設中的應用[J].鐵路通信信號工程技術，2011，（02）：25-26

[4]李佳祎，黃純昉.地鐵PIS系統(tǒng)車地無線技術的探討[J].鐵道工程學報，2010，（04）：07-09