轨道交通无线通信的精细化设计建设与优化

杨咪

摘 要 随着社会的发展进步，现代城市的轨道交通发展越来越迅速，技术不断提升，无线通信技术功能也随之不断改善，结构向精细化方向发展，切实带动了城市的发展和进步，提高了人们的生活质量。

关键词 轨道交通;无线通信;精细化

引言

随着科技发展和社会进步，轨道交通的地位在城市化建设中与日俱增。轨道交通的建设为我国的发展提供了有利机会，但是由于我国的城市轨道交通发展起步较晚、技术落后，特别是在通信系统方面，通过长期实践探索才形成了一套将无线通信、电子监控、公专电话、广播系统等相结合的完整的城市轨道交通通信系统。这些基本功能的实现，为以后发展做了充足准备。

1城市轨道交通发展概况

众所周知，我国于1970年左右正式开始建设城市轨道交通系统，整个轨道交通系统的发展过程主要经历了初始起步阶段和后续探索阶段。其中，初始起步阶段主要是指我国建造北京地铁一期工程这一重要的标志性城市轨道交通工程，工作人员从轨道交通系统工程蓝图、构想、设计、施工甚至后续运营的全部过程，前后共经历大约11年时间。该工程的成功建设和运营不仅标志着我国城市轨道交通系统的建设和发展正式起步，而且在极大程度上鼓励和直接推动了我国后续城市轨道交通系统的发展[1]。

轨道交通无线通信系统，跟随轨道交通和无线通信两个领域近二三十年快速发展，从1G快速演进到4G后实现由单一的系统应用迅速演进到多系统的语音、数据、视频等多媒体应用。从最初的模拟无线调度通信（广州地铁一号线）和地铁公安模拟350MHz，到数字集群通信（TETRA），再到1.8GHz的TD-LTE数据通信网/宽带调度综合承载网，以及2.4GHz/5GHz频段的基于802.11a/b/g/n/ac等系列WLAN轨旁车地无线数据网，为信号、PIS、车辆在线监测、视频回传等提供了数据通信业务。城市轨道交通中所使用的无线通信技术，主要作用和目的是为了保障轨道交通的安全运行，以此提供乘客的信息，具体涉及对轨道交通的监控、调度等，例如车载CCTV、信号系统CBTC以及PIS技术等。

2轨道交通无线通信的精细化设计建设与优化策略

结合国内轨道交通建设的里程，无线通信技术的发展以及在轨道交通中的应用，既有线路应用最广的轨道交通无线通信系统有800MHzTETRA集群调度系统、信号车地无线2.4GHz传输网络和LTE无线系统。下面结合具体应用，对无线网络的优化提出一些建议，这些措施在网络优化中已得到实施或测试，各城市情况可能不尽相同，仅供参考。

（1）800MHzTETRA网络，该频段是授权频段，城市地铁可申请的频段内有200个频点，同时城市应急网、民航、企业专网也在该频段内，因此，频率资源是相当紧张的，尤其是在城市地铁线网异常复杂、地下政务（应急网）与地铁专网共天馈的情况下，頻率短缺的问题尤为突出。优化网络，减少频点的整体需求，成为重要的解决方法。通过分析，我们充分认识到轨道交通线网的频率需求有最大区域，该区域也是线网的最大频率需求数。同时，机场专网、企业专网的覆盖是小面状的覆盖区域，可以考虑整体的频率复用，而地下应急网与地面的应急网上下整体是一张网，终端从地下到地面或从地面到地下是一漫游过程，两张网整体考虑频率复用。再者，地铁专网与其他网络复用频率时的同频干扰，需考虑到地铁出入口信号是从地下泄漏出来的弱信号，地面快速衰落。基于以上原则，某些地铁联合相关单位进行测试、分析、优化，累计节约44对频点[2]。

可以看出，地面应急网与轨道专网和地下应急的覆盖范围基本一致，因此：①地下、地面应急网的整体一张网复用，在地铁出入口附近设置切换区域，类似运营商的GSM地铁和地面网络，将有效降低整体频率需求。②轨道专网与地面应急网的频率复用属于异网同频复用，需充分考虑复用距离。民航机场专网是小面状覆盖，而轨道专网频率需求与线网特征密切相关（换乘最复杂区域的频率需求最大也是线网的最大频率需求）。从而得知轨道专网的频率需求最大的两个区域距离机场覆盖区域分别是15km和10km，满足异网频率复用的距离，具备复用的条件。同时，轨道交通专网泄露到地面出入口的信号小，在复用距离外，不会对民航机场专网造成同频干扰。因此，可全面复用民航机场频率，进而降低整体频率需求，提高频率复用度，节约宝贵的频率资源。

（2）由于历史的原因，目前许多线路信号CBTC的车地通信采用基于2.4GHz的WLAN组网，2.4GHzWLAN是免费频段，在智能终端充分普及的今天极易受到干扰，尤其是在高架区段。

机场城际车地无线通信采用LTE通信系统，使用国家1.8G专用频率，承载综合业务多，抗干扰能力强，数据传输移动性能好，数据传输速率高，覆盖范围广。LTE车地无线通信系统包括核心网设备、基站（采用分布式基站，由BBU+RRU组成）以及车载子系统中的TAU和车载天线等。

区间用漏泄同轴电缆进行覆盖，RRU采用两通道设备，支持2T2R多天线技术，最大输出功率80W（2×40W）。在实际的工程部署中，考虑一定的设计余量，RRU的间距可按照1Km设置。

WLAN系统虽然采用的是天线覆盖，但是本系统采用的是漏缆覆盖，抗干扰性强，并且WLAN系统采用的是2.4GHz或者5.8GHz的频段，与所使用的1.8G频段相距较远，相互之间的杂散和阻塞干扰完全可以通过各自系统的滤波器抑制掉[3]。

3结束语

综上所述，轨道交通无线必将跟随无线通信技术的发展得到越来越广泛的应用，把轨道交通带入5G通信时代。正如5G通信不再是单一通信制式的更新，而是从人人通信、人物通信到万物互联通信一样，轨道交通的无线通信业更注重万物互联通信，这将是多制式无线通信共存的局面。只有深入了解各专用业务需求，掌握各无线通信技术，并清晰还原各无线通信场景，才能设计建设紧密耦合轨道交通需求的轨道交通专网，也才能对既有无线网络进行有针对性的优化和升级。

参考文献

[1] 陈沛吉.C-V2X技术在城市轨道交通协同驾驶中的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2019.

[2] 王若昆，王锡奎.短距离无线通信技术在城市轨道交通系统中的应用[J].科技经济导刊，2018，26（31）：81.

[3] 陈利育.新时代背景下城市轨道交通通信系统的现状及前景研究[J].通讯世界，2018（6）：41-42.