城市轨道交通车地无线通信组网及应用研究

周波

城市轨道交通车地无线通信组网及应用研究

周波

中铁十四局集团电气化工程有限公司，山东 济南 250000

随着城市轨道交通的不断创新，车地无线通信技术在其中发挥着相当关键的作用，并引起社会各界的广泛关注。轨道交通车地无线通信的两个分支主要是列车信号系统（CBTC）和乘客信息系统（PIS）。在国内目前在建轨道交通项目中，PIS系统和CBTC系统的无线网络都采用了WLAN技术。所以，必须采取必要的措施，防止隧道环境中出现相互干扰而对系统运行造成严重影响。从组网、占用带宽、应用特点等方面对比了PIS系统和CBTC系统的车地无线通信部分，并提出了建设和运营中应注意的一些问题以及车地无线通信技术的发展趋势。

轨道交通；车地无线通信；乘客信息系统

1重庆轨道交通通信系统

重庆轨道交通四号线一期项目中运用的通信系统，在同一网络通信平台上容纳了运营指挥、企业管理、服务乘客及传送信息等功能。它具备以下优点：稳定易扩展，组网灵便，传送的信息涵盖了语言、文字、数据、图像等。通信系统一般可保障列车的安稳高效运营，将高品质的服务提供给出行乘客；特别是产生突发事件时可自动转变为防灾救援和事故处置的指挥通信体系。通信体系构成分支有专用通信体系与公安通信体系。专用通信体系的网络平台上拥有运营指挥、企业管理、服务乘客和传送各类信息等功能，既稳定易扩展，又极易组网，能将通信信息转化为语言、文字、数据、图像等。不仅列车的安稳运营有所保障，而且还让乘客感受到高品质的服务。遇到突发事件时可快速变为防灾救援和事故处理的指挥通信系统。公安通信系统设定的目的在于保障市民的出行安全，确保轨道交通列车的平稳运营，及时、精准、高效地保障交通安全。

2 PIS车地无线系统与信号CBTC系统的比较与分析

2.1 基于IEEE 802.11系列的WLAN技术概述

IEEE的802.11工作组是一个无线局域网标准的开发组织，一般都是按照IEEE 802.11标准来进行相关的研发工作的。随着时间的推移，IEEE 802.11这些年来已逐渐成为一个被广泛认可的标准。其中，2.4 GHz代表的是公司以及科学研究机构共用的ISM频谱。要使无线连入点自身的发射功率及带外辐射能得到有关管理部门的要求，则需要专门申请。只有得到相关许可的情况下才可以使用此频段。对于5.8 GHz的频谱，要想能够使用这个频段，必须向无线电管理委员会缴纳一定的费用。

802.11n是在802.11a/b/g后新出现的一个无线传输标准协议。此协议在2009年之后才得到了IEEE的批准。它的主要特点是能够在2.4 GHz与5.8 GHz这两个不同的频段上正常工作，而且不会相互干扰。此外，它还能够显著提升WLAN传输速率。现在最高的传输速率已达300～600 Mbps。通过将MIMO与OFDM技术整合成MIMO-OFDM技术并加以运用，不但无线传送品质有了一个质的飞跃，而且传送速度也上了一个台阶。从覆盖范围的角度来看，802.11n能够实现对波束的动态化调节，而且它能够有效提升接收信号的稳定性，防止其他信号的干扰。因此，覆盖范围相对来说比较宽。在兼容性层面，802.11n由于运用了软件无线电技术，因此它能够全面展开、编程，让各个体系的基站与终端都通过此平台中的不同软件进行沟通与兼容，这样可大幅改良WLAN的兼容性。这就说明WLAN不仅可以实现有效的兼容，而且还可把WLAN和无线广域网络联合在一起，比如3G网络。

2.2 PIS与CBTC占用带宽比较

根据PIS车载子系统的性能，运动的列车需要与地面实现有效的数据传输，在列车以较快的速度行驶时，要确保图像的品质，不能出现任何中断。其中，无线网络传送的数据关键划分为车载视频播放与监视信息。每列列车接收是从监控中心下发的1路标清数字视频信息，其中每路信息自身所占的带宽一般都控制在4～8 MHz左右；又由于预留10%的视频重传技术，因此其带宽会在4.4～8.8 MHz之间。与此同时，还包含一些文本信息。这些文本信息所占带宽的大小为100 kHz。这样一来，车载播放视频带宽必须要达到4.5～8.9 MHz。对区间运营中的每一列列车要传输2路视频图像信息，每路带宽略为2 MHz，所以总带宽约为4 MHz。通过剖析上述得知，PIS系统运用于车地无线网络中的总带宽要高于13 MHz。

CBTC无线网络传送的数字信息有：列车到达地、车次号、列车运行中的定位点、列车运营的速度等。由于信息编码不太长，数据包长度在1 000 bits以下。对于信号系统供货商来说，一般都会把净传送速度控制在40～100 kbps之间，保证系统的最低传送速率。

2.3 PIS与CBTC无线网络的比较及干扰分析

对于PIS系统而言，它在轨道交通项目中所发挥的主要作用是提供高品质、满意性的服务，把人放于核心位置。即使车地无线网络受到了严重的干扰，也基本上不会对行车安全造成太大影响。信号体系如果受到比较严重的信号干扰，将会威胁列车的行驶安全，因此，信号系统相对来说，对于无线网络自身所具有的安全性要求更高。因为在轨道交通中信号体系比较关键和特别。PIS系统通常运用两种办法来预防信号交叉，他们分别为802.11a技术与802.11b/g技术。就目前来看，这两种形式已经在轨道交通项目中得到了比较广泛的应用。

3 结束语

地铁隧道内环境相对都比较复杂，而且具有很多类型不同的设备，这样就很容易出现电磁干扰，所以除了要运用定向天线之外，天线本身应尽量具有较高的增益。此外，还可以将隧道的无线接入点安装在金属箱里，这样能够起到有一定的屏蔽作用，防止系统设备受到电磁干扰的影响。

[1]常栋栋，罗静，王喆.5.8 GHz无线通信在城市轨道交通中的应用研究[J].信息通信，2012（6）：42-43.

[2]奉志权.城市轨道交通车地无线通信的应用探讨[J].工业C，2016（5）：200.

[3]李颀.城市轨道交通车地无线通信组网及应用探讨[J].城市建设理论研究：电子版，2016（10）：86.

[4]单瑛.LTE技术在城市轨道交通车—地无线通信中的应用探讨[J].中国信息化，2014（7）：54-55.

Research on Train-Ground Wireless Communication Network and Application of Urban Metro

Zhou Bo

China Railway 14th Construction Bureau Electrified Engineering Co., Ltd., Shandong Jinan 250000

With the continuous innovation of urban metro, the technology of train-ground wireless communication plays a key role in it, and has aroused wide attention from all walks of life. The two branches of metro train-ground wireless communication are the train signal system (CBTC) and the passenger information system (PIS). In the current construction of metro projects in China, the PIS system and the wireless network of the CBTC system have adopted the WLAN technology. Therefore, the necessary measures must be taken to prevent the interference in the tunnel environment and have a serious impact on the system operation. From the aspects of networking, occupied bandwidth and application characteristics, the paper compares the PIS CBTC system with the train-ground wireless communication part, and puts forward some problems needing attention in the construction and operation, and the development trend of the train-ground wireless communication technology.

metro; train-ground wireless communication; passenger information system

U285.21

A