城市軌道交通無線通信技術研究

丁小強

摘要 對于城市軌道交通系統而言，無線通信網絡的完善直接關系到其整體安全水平。文章首先針對城市軌道交通系統實際工作環境中無線通信的需求展開說明和分析，而后進一步基于實際發展情況對該領域無線通信體系環境以及技術加以深入討論，對于切實把握該領域的發展脈搏有著一定的積極價值。

關鍵詞 城市；軌道交通；無線；通信

城市軌道交通工作體系之中，通信占據著不容忽視的重要環節。尤其是在目前軌道運輸系統不斷提速，通信科技日趨成熟的整體背景之下，越來越多的應用都對無線通信系統提出了更高的要求。然而限于技術以及發展過程等多方面的原因，我國城市軌道交通無線通信系統相對而言比較缺乏統一的規劃，在不同的時期內引入的不同技術與設備，呈現出相對獨立和分散的工作特征，融合的有效性不足，阻礙了城市軌道無線通信體系的形成。

1.城市軌道交通系統對于無線通信的需求分析

在城市軌道交通環境中，除去旅客本身發起的通信呼叫以外，其他的主要構成部分為車地無線通信需求，地對地的通信需求相對傳統，可以通過無線和有線兩種方式予以滿足。對于車地無線通信需求而言，又可以分為2個主要部分，即無線集群調度信息以及列車控制信息。

無線集群調度信息出現在軌道交通的正常運營過程中，主要是考慮到列車司機需求與地面調度員、值班員來展開無線調度通話，這是在軌道交通系統中最主要的無線通信需求。這一方面的數據傳輸需求，要求通信系統能夠保持良好的穩定性，同時考慮到目前通信系統中的數據多樣化特征，這一通信支持系統應當同時能夠滿足語音通信和短數據傳輸兩個方面的通信需求。而列車控制系信息則更多側重于車本身與地面的聯系，這是當前該領域中自動化技術的重點體現。主要傳輸內容，包括列車在行進過程中諸多狀態以及監控數據的傳輸，并且同時承擔告警信息的采集和傳輸等。

從技術特征的角度看，當前支持城市軌道交通正常運行的技術，需要能夠實現如下幾個方面的職能。首先，能夠支持起良好的語音集群通信，并且實現良好的向下兼容，對當前已經在該環境中實現的數字集群調度系統能夠有效集成，并且構建起支持調度員、司機、車站值班員之間的語音通信和短數據傳送的通信平臺。從具體功能的角度看，應當能夠實現包括單呼、組呼、廣播、會議、PTT話權搶占、動態重組、優先級呼叫、強插、強拆、限時通話、端狀態呈現、監聽錄音、禁話等功能。其次，考慮到軌道交通環境本身覆蓋區域呈現較窄鏈狀的特殊性，該領域工作的通信系統還應當能夠實現針對該工作環境的切換優化，從而避免在越區切換的過程中發生語音通信中斷或者數據丟失。在這一方面，切換觸發條件、基站搜索方式以及目標基站的確定等方面的優化，成為影響整個系統工作效率的重要因素。再次，在下一代的無線通信系統中，分布式基站工作模式會更為普及，此種模式可以將基站分為射頻拉遠模塊（RRU，Radio Remote Unit）和基帶處理單元（BBU，BuildingBaseband Unit），二者之間通過光纖鏈接，并且一個BBU能夠同時支撐多個RRU進行工作。將BBU安裝在機房，而RRU安裝在軌道覆蓋環境中，能夠實現饋線損耗的有效降低，提升發射成功率以及通信網絡的覆蓋能力。最后，載波聚合技術同樣是未來發展的重要方向。為了應付當前通信環境中頻譜資源短缺的問題，載波聚合技術應運而生。此項技術能夠將多個成員載波進行連接，提供更大的傳輸帶寬，而對于成員載波在頻率上是否連續并沒有要求，因此在當前環境中具有良好的生命力。

2.城市軌道交通無線通信系統的實現與部署

在城市軌道交通工作環境中，數據、語音、控制、安全等多種信息同時存在，形成了復雜的信息傳輸需求。因此在針對該領域進行通信網絡資源部署的時候，應當在充分保證帶寬傳輸能力的基礎之上，充分考慮軌道交通系統的高速運動特征，當前我國地鐵的時速能夠達到80kin/h，并且開始朝向120km/h邁進，在這樣的背景之下，確保高速行駛的列車獲取到良好的信號，是城市軌道交通安全的重要基礎。除此以外，在可實施性方面也應當著重考慮，主要是城市軌道交通需要面對高架、隧道燈特殊運行場所，這些場所對于信號都存在一定的影響，綜合考慮未來發展的過程中可能出現的信息總量增加的需求，共同構成了當前城市軌道交通的通信環境。

對于這樣的需求環境而言，城市軌道交通無線通信系統的部署，應當著力于從如下幾個方面實現。

2.1總體架構

目前在該領域中較多見TD-LTE設備，并且呈現出分層分級的配置方式，包括中心級、車站級、區間級以及車輛級工4個層級。其中中心級作為TD-LTE網絡的核心存在，車站級則包括BBU設備，區間級包括RRU設備，最基層的車輛級則涵蓋所有的跟蹤區更新設備（TAU，Train Access Uint）。同時采用合路方式來實現區間的覆蓋，即結合民用通信區間漏泄電纜實現更為有效的區間覆蓋。

2.2控制中心

在控制中心方面，設置一套網管設備以及TD-LTE核心網，其價值在于實現對于旅客信息系統核心交換機的支持，并且通過專用通信傳輸系統提供的以太網通道，達成與各個車站級BBU設備保持互聯的目的。除此以外，控制中心還需要與系統中各個不同組件以及模塊保持聯系，包括車輛火警信息（FAS，Fire Alarm System）以及車輛維修信息等，用以實現數據的同步，便于實現系統對于實際情況的理解，并且做出合理的決策支持。

2.3車站以及隧道

對于車站方面而言，旅客信息系統與數據交換機保持連接，同時在車站內進行BBU設備的設置，通過光纖實現與區域內部RRU設備的連接。在整個系統中，RRU承擔著對車輛TAU相關信息的直接接收，而后進一步經由光纖傳輸到車站BBU設備單元中。在隧道之內布置合路器，實現TD-LTE車地無線信號與社會范圍內多個電信運營商的無線信號的整合，并且饋入區間民用漏泄電纜之內，實現無線信號的覆蓋優化。

2.4車輛段以及車載系統

通常在列車兩端的司機室內設置兩套TAU設備，并且在車頂加裝對應的設備天線，實現車載乘客信息系統、車載視頻等相關組件與車輛控制系統的連接。通過這樣的部署，能夠將多方面的監控信息全部上傳至控制終端，同時接受PIS的多媒體播放信息。

3.結論

在完成了對于城市軌道交通無限通信系統的部署之后，還應當加強測試，包括對于RRC（Radio Resource Control）建立成功率、ERAB（Radio Access Bearer）建立成功率、切換成功率、切換時延、單個用戶上行以及下行吞吐率等方面。確保能夠達到對應的數據傳輸標準要求。