分析無線通信技術在軌道交通通信、信號業務中的應用

劉向尚

中鐵十四局集團電氣化工程有限公司，山東濟南 200014

在我國發展軌道交通的過程中，為了給用戶提供更加舒適安全的乘車體驗、提高管理的質量以及運營效率，需要保證車地間能夠實現高效、穩定可靠和更加安全的通信。目前在我國的軌道交通系統中，無線通信技術主要涵蓋了公安通信、專網無線以及公網無線這幾大類。由于現代軌道交通車輛的行使時速已經能夠達到80km/h，因此，要保證地面與車輛要能夠在高速移動條件下實現通信信號的快速接入和實時傳輸，這對于無線信號的抗干擾能力以及帶寬的適應性等方面都提出了更高的技術要求。隨著我國無線通信相關技術的不斷進步，其帶寬以及信號傳輸能力都有了明顯的提高，新型網絡信息技術的應用為無線通信技術在軌道交通通信以及信號業務中的應用奠定了良好的基礎。在具體的技術應用方面，要準確把握軌道交通對于車地無線通信以及相關通信和信號傳輸業務的實際需要，合理選擇相應的技術設備，提高我國軌道交通無線通信的質量和水平。

1 我國軌道交通系統在通信信號領域應用無線通信技術的基本概況

隨著我國城市公共交通系統的現代化建設的不斷擴大，軌道交通已經成為其中的重要組成部分，而在軌道交通系統中的無線通信技術既是保證軌道交通正常運行的基礎性技術手段，同時也將成為通信技術發展的主要趨勢之一。通過無線通信技術的應用，可以為軌道交通開展車輛無線系統、車地無線、無線調度、車地通信信號系統的建設、民用、消防、警用等無線系統以及乘客信息等多種無線通信建設提供技術支持，從而實現車載視頻監控、自動化的信息傳輸以及檢測等各種業務。在城市軌道交通中，其車地無線通信主要分為專用以及非專用這2大類業務類型。其中民用通信、政務、消防以及公安等業務均屬于非專用類業務，需要對軌道交通的無線覆蓋介質進行共享整合，在規劃建設中最好是采取多網融合的技術手段來進行無線通信空間的建設。但是由于我國的城市軌道交通比較復雜，既要保證無線通信空間能夠跨網實現綜合性的業務功能，又要充分考慮通信信號的覆蓋范圍、資源共享以及系統維護等方面的要求，因此，必須加強無線通信技術的發展應用。

2 軌道交通無線通信業務的通信信號業務分析

2.1 軌道交通通信信號業務的主要特點

軌道交通的通信信號業務主要包括列車控制信號的傳輸、車載視頻以及監控信號的傳輸、車輛運行狀態信號的傳輸以及其他視頻廣告等相關運營信號的傳輸。以上這4類通信信號業務大多都需要在高速移動條件下進行無線通信，其數據傳輸對于實時性以及業務的優先級別都有較高的要求。同時，軌道交通無線通信信號業務在抗干擾能力方面有較高的要求，特別是控制列車的通信信號業務，必須嚴格避免無線通信系統對其產生干擾。對軌道交通通信信號業務進行標準調整時，可以將正常的無線數據傳輸標準作為調整依據。

2.2 根據需求不同對業務模型進行分類

在應用無線通信技術開展軌道交通通信信號業務時，首先應根據相關的行業標準以及業務模型的不同來對業務需求進行分析，并按照實際的業務模型需求來進行技術應用。保證軌道交通的運行安全是應用無線通信技術的基本前提。一些雙向業務對于傳輸帶寬、傳輸的穩定性以及即時性都有較高的要求，因此，可以選擇較高標準的無線通信協議。而對于比較容易受到干擾的通信信號業務則應相應的提高業務等級。一般來說，車地無線通信系統的通信信號業務對于需求度以及安全級別有較高的要求，因此，應選擇專用的無線承載頻率，或者研發相應的承載數據，從而減少不同的通信信號業務之間所產生相互干擾

2.3 無線通信技術在軌道交通中的實際應用

現階段在軌道交通系統的通信以及信號業務中所主要應用的無線通信技術主要包括2種，即WLAN技術和LTE技術，這2種技術也是無線通信技術主要的發展方向。

2.3.1 軌道交通中的WLAN通信技術應用

WLAN技術也就是無線局域網技術，其目前在實際應用中主要以802.11ac為基礎進行信號通信。在實際應用于軌道交通系統時，由于軌道交通系統能夠為無線頻段2.4、5.1、5.8GHz提供支持，因此，其主要工作頻段可以直接使用ISM公用頻段，不需要提出專項的使用申請，只需報備即可。由于WLAN技術主要以數據鏈路層作為其基礎網絡架構，且其調整方式主要采用的是256-QAM，其在靜止條件下的傳輸速率能夠達到1Gbit/s以上，當軌道列車處于運行狀態下是，也能夠保證300Mbit/s的實際傳輸速率，能夠為軌道交通的通信信號業務提供較強的帶寬支持。但該技術在實際應用中存在著一定的局限性，由于其采用非對稱的雙向網絡架構，而系統接入則主要采用的是競爭模式，因此，很難對業務接入的帶寬進行有效控制，在一定程度上影響了通信信號業務的可靠性。

2.3.2 軌道交通中的TD-LTE通信技術應用

而TD-LTE技術則主要通過綜合運用MIMO以及OFDM等多項通信技術，實現了傳輸速率以及頻譜效率的明顯提高。在軌道交通的實際運行環境下，其在實際應用中的通信主要使用1.8GHz頻段。由于軌道交通系統只能為其1.8GHz這一頻段提供支持，因此，該技術應用在軌道交通系統的通信信號業務領域時，其選擇性受到了較大的限制，而且由于1.8GHz頻率在使用前還需要專項申請。不過專用頻率的優點在于其在實際應用的過程中較少受到其他頻段的干擾，有利于提高數據傳輸的可靠性。同時該技術在應用中主要采用的是非對稱的雙向網絡架構，其上行使用的分多址主要是單載波頻，而下行則使用的分多址則主要是正交頻，具有更加靈活的適配性，進一步提高了其應用范圍。此外，該技術在采用了時分雙工的基礎上，還綜合運用了時鐘同步系統，從而有效提高了業務的保障能力。

3 無線通信技術在軌道交通系統中的承載通信以及信號業務特點

3.1 業務需求不高時的技術特點

如果軌道交通列車對于控制信號的帶寬需求不高時，可以在應用無線通信技術時采用建設車地獨立無線網絡的方式，并利用LTE技術，通過1.8GHz專用頻率進行信號傳輸。同時采用雙網組網模式來構成冗余配置。其具體建設思路為：采用EPC獨立雙核心或者單核心的熱被模式來建設無線通信系統的控制中心，提高通信系統的安全性。同時在車站應設置以太網交換機和相關的BBU裝置各兩套，為信號處理奠定良好的硬件條件。此外，應在區間軌道旁進行獨立泄漏電纜的鋪設，并與TETRA系統形成合路，從而構成無線覆蓋的冗余介質。再根據RRU的實際覆蓋范圍以及漏纜的具體布局情況來進行RRU的設置，以實現無線信號的全面覆蓋。在列車的車頭以及車尾部分，應根據車載信號設備的性能配置一或兩套終端設備，從而完成車載無線通信系統的冗余配置。

3.2 業務需求較高時的技術特點

由于軌道交通的車輛運行狀態信息傳輸、車載監控視頻以及視頻廣告等相關的運營信息業務對帶寬的需求比較高。因此，在應用無線通信技術時應充分考慮其建設成本，可以綜合采用車地無線網絡通信承載模式進行系統建設。實際應用時則主要采用WLAN技術，并選擇5.8GHz的工作頻率來進行單網組網。其主要的建設思路為：在系統的控制中心應配置單核心裝置以及關鍵性的電源、管理等熱備模塊，從而提高系統的安全性。在車站則只需要配備一套以太網交換機以及相關設備，就可以實現無線通信設備的接入以及覆蓋。由于該系統采用的主要是無線5.8Ghz工作頻段，以及40～160MHz的組網方式，其傳輸帶寬可以達到75～300Mbit/s，可以很好地為車輛運行狀態信息傳輸、車載監控視頻欻數以及視頻廣告等各種運行信息傳輸對帶寬的需要，而且也為系統未來的發展預留出了充足的帶寬。

4 結語

隨著我國現代化城市建設的不斷發展，軌道交通已經成為重要的交通方式，而其車地無線通信系統對于保證軌道交通安全、為城市居民提供更加舒適便捷的交通工具都具有十分重要的意義。在應用無線通信技術開展軌道交通的通信以及信號業務時，要充分掌握軌道交通通信業務的主要特點，同時根據無線頻率的實際應用情況，選擇相應的無線技術來滿足業務需求，從而提高車地無線通信系統規劃建設的實用性和合理性，同時在建設中也要為車地通信業務的未來發展提供良好的基礎條件。