無線通信技術在城軌通信、信號系統中的應用探討

龔光全

摘要：分析軌道交通車地無線系統業務承載，建立高效的車地無線通信系統。無線通信業務系統是提高安全運營效率的基本方式，也是應用在軌道交通通信、信號業務中的基本形式。

關鍵詞：無線通信技術；軌道交通通信；信號業務

城市軌道交通無線通信業務主要包括專網無線、公網無線以及公安通信三種。相比其他交通方式，城市軌道交通速度快、運量大，成為大多數人選擇的出行方式，隨著通信技術的不斷發展，人們對城市軌道交通中通信業務需求也越來越多，為了讓人們的需求得到滿足，需不斷增強寬帶的數據傳輸能力、提高通信的實時信息處理能力是將來通信技術發展的必然方向。

1.城市軌道交通無線通信系統建設現狀

在城市軌道交通中應用無線通信技術的系統包括信號系統車地通信、乘客信息系統、公安無線系統、車載時間監控系統、車載火災報警系統信息回傳等，此外還有無線政務網、乘客無線上網需求等。非專用軌道交通車地業務需求主要包括政務、民用通信等，從系統安全性、穩定性等方面對軌道交通無線傳輸介質的共享方案分析，不建議對無線通信設備進行整合。目前，軌道交通各系統采用專用無線通信網絡的模式，系統復雜多樣，資源共享度低，不利于實現綜合承載多業務功能。北京軌道交通燕房線采用基于LTE-M的無線系統技術，實現軌道交通多業務接入承載功能，承載信息主要包括CBTC業務信息、列車狀態信息、PIS圖像信息（含PIS緊急文本信息）等，LTE-M無線系統技術在燕房線的成功應用，對軌道交通車地通信系統技術的應用起到良好的示范作用。

2.城市軌道交通通信及信號業務的應用現狀

城市軌道交通通信技術是確保軌道列車正常運行和體現高效、安全、準時、快速等特征的核心問題。現階段，我國城市軌道交通通信技術已經在城市軌道各個方面得到了的應用，并且實現了通信技術與城市軌道交通的充分契合。在城市軌道交通通信、信號業務當中，應用無線通信技術的系統包括專用無線調度、乘客信息系統、信號系統車地通信、警用無線系統、民用無線系統等多種檢測方式和信息傳播方式、車載視頻監控系統等。

城市軌道交通的發展隨著城市化進程的不斷推進發生了巨大的變化，在發展方向不斷多樣化的同時，也出現了大量的市郊快線、大中運量線路，這些線路對城市軌道通信技術提出了更高的要求。為了順應城市的發展需求，必須創新城市軌道交通通信技術，有效提升我國城市軌道技術的整體裝備水平。

3.車地無線系統綜合承載業務分析

在軌道交通對車地無線系統的需求主要體現在信號、通信系統專業，其主要需求如下：

（1）用于傳輸列車控制信號業務；

（2）用于傳輸車載視頻監控業務；

（3）用于傳輸車輛狀態信息業務；

（4）用于集群調度業務（語音）；

（5）用于集群調度業務（視頻）；

（6）用于緊急信息文本下發。

車地無線系統在列車高速移動狀態下（80km/h）必須具備以關鍵性能指標：

（1）系統可用性：≥99.99%；

（2）平均吞吐量：采用20MHz系統帶寬、4天線通道基站設備組網時，無線網絡平均有效帶寬應不低于50Mb/s；

（3）數據實時傳輸，傳輸時延小于50ms，系統平均丟包率小于0.5%；

（4）具有QoS分級控制功能，支持不少于9級QoS優先級定義；

（5）平均切換中斷小于100ms；

（6）上下行業務承載可按需調整；

（7）完善的網管功能。

4.城市軌道交通通信系統中的關鍵技術

4.1開放式網絡傳輸技術

開放式網絡傳輸技術在三類必需的通信技術中最具優勢的是自身較強的性能和穩定性，能夠在數據和接口類型數量過多時滿足其不同的需求，在城市軌道通信技術服務中，開放式網絡傳輸技術具有一定的專門性，在新形勢下開放式網絡傳輸技術已經無法滿足日益增長的帶寬需求。首先，國際上并沒有設立統一的開放式網絡傳輸技術標準，無法在根本上消除自身的缺陷，在升級和優化系統方面存在一定的問題。其次，大量的業務量突然涌向我國的城市軌道交通業務，對網絡技術提出了更高的要求。而開放式網絡傳輸技術無法在不斷改進帶寬的背景下順應時代的發展。所以，開放式網絡傳輸技術需要不斷地進行升級和創新。

4.2異步轉移模式技術

異步轉移模式技術與其他通信技術相比更加具有多樣化的服務，能夠根據不同的業務開展相應的互動與服務，尤其是在視頻相關的業務中最為明顯。就屬性而言，該技術屬于連接技術的一種，能夠更高頻率地運用寬帶。此技術也存在無法避免的缺陷。首先，由于自身較強的復雜性，異步轉移模式技術很容易受到技術上的影響以及阻礙，進而造成系統的安全性、可靠性不高。其次，城市軌道的傳輸業務量在不斷地提高，現有技術已無法滿足其需求，需要不斷創新和開發全新的技術。在以后城市軌道交通通信技術的應用中，將自身的兼容性、直接性和快捷性等特點發揮出來，并通過千兆以太網等技術來保證自身運轉，進而更好地更具有針對性地運用異步轉移模式技術。

4.3同步數字傳輸技術

與開放式網絡傳輸技術相比，同步數字傳輸技術在技術方面更加優秀和成熟。從一個角度上來說，同步數字傳輸技術具有國際上的統一標準，有助于系統及時的創新和更換，且該技術還具備自動化網管功能和自愈功能，能夠有效促進城市軌道交通的順利運行。這些優勢促使同步數字傳輸技術成為了通信技術中無法忽略和取代的關鍵性技術，該技術具有較強的專業性，更加適合運用于語音業務。此技術在圖像業務與數據方面上存在一定的不足。因此，同步數字傳輸技術的創新和升級應注重提升其在圖像信息和數據傳輸方面上的技術全面性。

5.對軌道交通通信、信號綜合承載業務的建議分析

城市軌道交通通信、信號業務代表兩種無線通信技術的發展方向，在兩種業務技術中應用通信無線系統技術，是實現軌道交通車地無線發展的價值所在，也是一種對軌道交通業務發展的建議形式，其具體的特點發展如下：

1）軌道交通列車控制信號業務級別很高，列車控制信號業務直接涉及運營安全，業務各項需求等級最高，特別是抗干擾性要求極高，業務傳輸帶寬需求較小，雙向業務帶寬需求較為平衡。控制中心獨立配置雙核心設備模式，確保整體系統的管理安全，列車車頭、車尾配備信號接收設備等，按照兩套的終端設備進行配置和設計。

2）軌道交通一般通信業務對帶寬需求較多。各地交通的需求級別也不一樣，如車載視頻監控、視頻廣告、運營信息、車輛狀態信息、車載廣播等方式，比較利用成本后，多數考慮通過單網組網的方式建設控制中心在內的配置單核心設備，確保系統的管理安全。區間軌道旁邊獨立設置的配套信息，組成的無線覆蓋網絡，車頭、車尾各配置了一整套終端的配套設施。

各地的軌道交通建設已開始向著更加蓬勃的方向發展，車地無線系統已具備地鐵運用部門的便民服務保障安全性，也具備許多環境保障地區一個關鍵性業務和主流無線技術體系業務。在結合實際無線頻率的基礎上，將業務和無線系統技術全都合理的配對并規劃出整體的預留空間。

6.新時代背景下我國城市軌道交通通信系統發展

隨著我國經濟水平的提高，我國城市化建設進程也開始逐步加快，城市道路交通建設規模逐步擴大，為有效解決城市交通擁堵問題、提升城市公共交通運輸承載水平，城市軌道交通工程建設規模逐步增加，有效改善了單一地面交通規劃建設的格局，成為現階段城市交通立體化規劃建設中至關重要組成部分。通過對比國內外城市軌道交通及通信系統的發展現狀，進一步研究我國現階段城市軌道交通發展進程中所存在的主要問題，提出我國未來城市軌道交通通信系統出現問題時的應對手段，希望能對我國城市軌道交通通信系統的發展提供一定的借鑒與幫助。

結束語

城市軌道交通無線通信系統，不僅是一項承載著許多用戶和線網的業務，同樣也是一項具有獨立設置空間的無線通信業務。為了更進一步保證軌道交通運營安全，采用城市軌道交通無線通信系統融合方案，為日后的軌道交通建設創造更加有利的條件。

參考文獻

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（作者單位：上海市隧道工程軌道交通設計研究院）