浅析城市轨道交通车地宽带移动通信

陈爽

摘 要：目前车地宽带移动通信可以考虑的技术有：无线数字集群通信TETRA技术、GSM技术、CDMA技术、3G技术、无线局域网技术（WLAN）、WiMAX无线宽带接入技术、LTE技术以及一些专业厂家专有无线通信技术等。本文针对以上各移动通信技术制式对城市轨道交通的适用性、可行性及可靠性进行浅析。

关键词：城市轨道交通车地宽带移动通信

引言

随着城市轨道交通的不断发展，城市轨道交通已经成为人们日常出行的首选交通方式，因此轨道交通客流量也在与日俱增，轨道交通安全和运营管理显得尤为重要。为使城轨公安部门、运营管理部分能够更加及时有效的维护车厢内的秩序，并为乘客提供列车运行、公告、紧急疏散指示等运营信息以及新闻、商业广告等公共信息，车地宽带移动通信随之应运而生。目前无线通信技术众多，以下就城市轨道交通车地宽带移动通信进行浅析。

1 功能需求

1.1 将控制中心下发的播放列表和播放内容以及实时新闻下传至车载设备。

1.2 列车摄像头采集到的视频信号能通过无线网络上传至控制中心。

2 带宽需求

城市轨道交通设计最高时速为120km/h，要求在此时速下仍能满足带宽需求如下：1路8Mb/s（MPEG-2）的视频节目（下行），2路2Mb/s（MPEG-4或H.264）的车载监控图像（上行），合计12Mbps。

3 技术比较

3.1 无线数字集群通信TETRA、GSM、CDMA、3G等技术

无线数字集群通信TETRA技术、GSM技术、CDMA技术、3G技术均为非常成熟的技术，使用面较广，有着良好的应用实例。但是这四种技术针对于车地宽带移动通信均存在带宽不足的缺陷。

3.2 无线局域网技术（WLAN）

无线局域网技术（WLAN）是目前应用最为广泛的一种移动宽带传输技术，是由IEEE 802.11工作组规定的无线通信系统。IEEE小组相继推出了802.11b、802.11a和802.11g三个物理层标准和802.11n草案。

802.11b通常也被称为Wi-Fi，工作在2.4GHz频段，可支持最高11Mbps的共享接入速率；802.11a工作在5.8GHz频段，其速率高达54Mbps，分频采用OFDM技术，但最高速率的无障碍接入距离降到30～50米；802.11g也采用OFDM技术，与802.11a一样可支持最高54Mbps的速率，同时它工作在2.4GHz频段，因此可以做到与802.11b兼容，而最高速率是802.11b的5倍。802.11n工作在2.4 GHz 或5 GHz，可与以前的 IEEE 802.11b/g 设备通信兼容，其速率可达108Mbps，甚至600Mbps，但目前只是一个草案。

由于WLAN技术在静态装置下开发的无线数据传输，当速度达到120km/h时，传输速率明显下降，但802.11a、802.11g、802.11n网络稳定带宽均大于12 Mbps，仍能满足城市轨道交通车地宽带移动通信的带宽需求。

3.3 WiMAX无线宽带接入技术

WiMAX全球微波互联接入采用IEEE 802.16d/e标准，其中802.16d属于固定无线接入标准， 802.16e则具有移动性，可在提供移动高速数据业务的同时保证高质量的VoIP语音业务。

802.16空中接口相关标准

空间接口标准空间接口相关标准

802.16 固定宽带无线接入（10-66GHz）

802.16a 固定宽带无线接入（2-11GHz）

802.16d 固定宽带无线接入（2-66GHz）

802.16e 固定和移动宽带无线接入

802.16e技术主要面向宽带数据用户，其使用频率低于6 GHz的许可频段，标准中规定可以支持车载速率的移动业务，即至少可以支持120 km/h的移动速度，略低于3G的移动速度，802.16e可以灵活地选择双工方式，对双工方式没有做强制规定，可以支持TDD，也可以支持FDD。网络结构主要采用点对多点（PTMP）方式，也可以支持Mesh结构。

802.16e定义了空中接口的物理层和MAC层规范，物理层可以支持单载波、OFDM、OFDMA三种方式。在这种物理层方式中，以OFDM和OFDMA为主，它具有较高的频谱利用率，而且802.16e可以使用不同的载波带宽，从1.75～20MHz不等，在采用较大的载波带宽时，802.16e系统就具有比3G系统更高的传输速率。

3.3.1 WiMAX优势

实现更远的传输距离。WiMAX所能实现的50km的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍。

提供更高速的宽带接入。据悉，WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mbit/s，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。

提供优良的最后一公里网络接入服务。

提供多媒体通信服务。由于WiMAX较Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。

3.3.2 WiMAX劣势

标准制定方面：802.16e标准化工作正在进行，除空中接口标准尚未完成以外，802.16还存在一个问题就是缺乏网络规范、标准体系不完善。802.16仅仅规范了基站和移动台之间的空中接口，没有规定基站和基站之间，基站和网络侧的协议。在切换、移动性管理和终端状态管理等与蜂窝组网有关的方面，还不够成熟，需要进一步完善。

频率问题：目前已经认可的是3.4～3.8GHz许可证频率和5.725～5.85GHz免许可证频率。很多国家允许使用更高的频率，将其当作5GHz免许可证频段的一部分，目的是室外应用。

WiMAX芯片生产厂商少，导致设备制造商的成本很高，基于IEEE 802.16e的WiMAX的系统解决方案商业化程度低。

3.4 LTE技术

LTE技术是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。LTE是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO为核心技术。TD-LTE是中国LTE标准，是TD-SCDMA标准的演进。其主要特点是尽可能继承TD-SCDMA的系统特点，在此基础上通过多载波的方式扩展数据速率，满足LTE的需求。LTE高传输带宽、低延迟、广域覆盖可以很好的满足城市轨道交通车地宽带移动通信的需求。

3.5 厂家专有无线通信技术

由于城市轨道交通车地宽带移动通信要解决快速移动下的切换、干扰和流量等问题，因此，一些厂家针对这些特点，结合自身技术特点，形成特有的无线通信系统，如德国得力风根公司专有技术TRainCom-MT车地无线宽带技术、烽火通信公司的Railview车地无线宽带系统等。这些专有技术在行业内部均有小范围运用，但专有技术后期维护成本高，一般不建议使用。

4 结束语

根据以上分析，无线数字集群通信TETRA技术、GSM技术、CDMA技术、3G技术无法满足城市轨道交通车地宽带移动通信需求；WiMAX设备有技术优势但设备供货商少，价格相对较高；厂家专有无线通信技术后期维护成本高；WLAN、LTE技术成熟、产业化水平高，均已投入到城市轨道交通车地宽带移动通信的建设中。

参考文献

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[3]李宝荣，熊尚坤，陈长怡.移动WMiAX的发展与应用[J].电信科学，2008（6）.