基于無線通信的軌道交通CBTC技術分析

劉茜倩++何晶++陳玉江

摘要：基于通信的列車控制系統CBTC技術在城市軌道交通中已得到廣泛應用。本文針對基于無線通信的列車控制系統的技術方案，分析了目前CBTC系統車地無線通信的方式，將WALN和LTE的特點進行了對比。結合實際應用案例，認為LTE承載CBTC列車控制信息的能力滿足CBTC列車控制系統對無線傳輸系統的指標要求。

關鍵詞：CBTC；車地無線通信；WLAN；LTE

中圖分類號：N972 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）08-0010-02

1 概述

基于通信的列車控制系統（CBTC）已成軌道交通信號系統的主流技術。系統中列車自身具有測速定位功能，信號軌旁設備通過車-地雙向通信實時地獲取列車位置和速度，并向列車傳送安全間隔信息，能提供更小的列車安全間隔，從而更好地滿足城市大容量高密度的客運要求。近年來，國內外主要信號系統供貨商都在全面開發和應用CBTC 信號系統，城市軌道交通信號系統的建設和改造幾乎都選用了CBTC信號系統，如紐約、巴黎、倫敦地鐵的信號系統改造，國內2006年后新建的軌道交通信號系統也都采用了CBTC信號系統。

2 車地無線通信技術方案

目前，城市軌道交通信號CBTC車地無線傳輸系統主要有WLAN、交叉感應環線、LTE等幾種方式。

2.1 WLAN技術

基于IEEE802.11的無線通信系統，也稱無線局域網（WLAN），是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。經過多年努力，IEEE 802.11已經發展成為了一系列標準。目前，802.11n的無線傳輸質量及速率得到了大幅提升。在抗干擾性方面，802.11n采用智能天線技術，可以動態調整波束，抗干擾性能強。在兼容性方面，不同廠商的接入和終端設備都可以實現互通兼容。

采用WLAN方式時，軌道沿線布置無線AP設備，車站設置交換機設備和控制設備，列車上安裝天線和車載無線接入設備。

2.2 交叉感應環線傳輸方式

交叉感應環線傳輸方式的速率較低，車地間通過電磁感應方式交換信息。軌旁設備對所轄區域內的所有列車車載設備進行輪詢，列車車載設備將列車運行信息實時傳遞給軌旁設備，軌旁設備根據正線所有列車位置信息，計算生成列車的運行權限再傳遞給列車。

2.3 LTE技術

LTE（Long Term Evolution）移動通信技術的目標是建立一個能夠獲得高傳輸速率、低時延，支持增強型多媒體廣播組播業務的可演進的無線接入架構。LTE 技術具備頻譜申請靈活、上下行資源可調配的特點，可根據業務需要靈活配置上下行業務比例。

LTE技術采用自動頻率校正確保高速移動場景下的無線鏈路質量，接入速度快，終端從空閑狀態到激活狀態延遲時間小于100ms。同時采用ICIC技術有效降低小區邊緣頻率干擾，提高小區吞吐率。單小區覆蓋范圍大，列車終端切換次數大幅減少，終端掉線率降低。

3 車地無線通信方案比較

城市軌道交通車地通信的特點是列車為中低速運行，對數據通信帶寬要求不高，需頻繁切換無線接入點、要求抗干擾性及可靠性高。交叉感應環線技術車地通信傳輸帶寬小，軌旁安裝量大，支持廠家有限，因此不推薦采用。當前軌道交通車地無線主要采用的是IEEE802.11系列標準的2.4GHz無線局域網技術，其技術的根源是為慢速移動下熱點的覆蓋問題，又因了2.4GHz為免執照頻段，各類應用集中在該頻段范圍內，導致無線干擾問題存在。2012年11月，深圳地鐵CBTC系統就因為受到乘客攜帶的移動Mi-Fi干擾，多趟列車在運行中突然停車。

2015年2月，國家無委會正式批準了1.8GHz頻段的使用，鼓勵擁有自主知識產權的TD-LTE產品應用于軌道交通等行業。WLAN和LTE系統技術的關鍵點對比如表1。

4 LTE組網方案

鑒于城市軌道交通綜合業務傳輸和信號系統高可靠性的需求，城市軌道交通協會明確了LTE-M的綜合傳輸和頻段使用的方案為：建立冗余的TD-LTE雙網，并推薦LTE采用漏泄電纜作為傳輸媒介進行場強覆蓋。列車上安裝無線終端，用于連接軌旁無線網絡，軌旁設備提供沿線無線接入服務，同時接入地面有線網絡，完成對CBTC業務的雙向數據傳輸，如圖1。

5 案例應用

在國家相關規定的指導下，武漢地鐵分別聯合泰雷茲與卡斯柯兩大信號系統供應商進行了實驗室TD-LTE技術論證。2014年10月武漢烽火集成技術有限公司與上海自儀泰雷茲信號公司聯合完成基于TD-LTE技術的軌道交通無線通信系統實驗室測試。在實驗室模擬現場環境下的無線信號傳輸模型，測試包括：靜態測試、優先級測試、越區切換測試、白噪聲干擾測試和臨區干擾測試。經過測試得出：基于TD-LTE的軌道交通車地無線系統具備承載CBTC車地通信的能力。2015年10月烽火集成完成與卡斯柯的現場動態測試工作，測試地點選擇武漢4號線孟家鋪至玉龍路段，測試包括，場強，丟包率，延時，切換，切換成功率和LTE設備穩定性，結果表明TD-LTE解決方案可以滿足CBTC車地無線業務的需求。

經過上述實驗室測試，動態測試，及與卡斯柯信號系統進行的實際控車測試，基于LTE技術的軌道交通CBTC各項功能和技術要求滿足實際應用需求，該技術已在武漢軌道交通6號線一期工程中實際應用。

6 結語

隨著科學技術的發展，LTE技術以其領先的技術優勢正向軌道交通行業走來，截至目前，鄭州地鐵和武漢地鐵均已建設完成并投入運營，隨著技術的不斷完善和實際應用，基于LTE技術的軌道交通CBTC技術將得到大力推廣及發展。

參考文獻

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