摘要：随着城市化进程加速，私家车的普及，城市交通压力越来越大，城市轨道交通成为许多城市人群的出行首选，在加速城市轨道交通建设的同时，也对车地无线通信系统提出严峻的挑战，应该借助先进的无线通信技术满足快速行驶的轨道列车对地通信需要，为人们提供安全、舒适、信息化的乘车环境，实现地铁的平稳运营。本文就此展开论述，探讨城市轨道交通车地无线通信的具体应用。
关键词：城市轨道交通；车地无线通信；功能；技术
车地无线通信系统是城市轨道交通的重要基础设施，是地铁安全运营所必须的信息交互系统，系统的通信质量和可靠性直接决定地铁的运营状况，与人们的出行体验息息相关。近些年，随着车地无线通信技术的发展，形成多种无线通信技术，如何选择合适的车地无线通信技术，满足地铁运营的需要成为设计、建设人员需要重点思考的问题。
1城市轨道交通车地无线通信的主要信息类型
1.1无线集群调度信息
调度信息是车地进行信息交互的重要参数，是地铁列车司机和调度员之间进行的沟通，涉及到列车的运行状况，轨道情况和各类突发状况等，是实现地铁平稳运行的重要数据支撑。一般来说，调度信息主要以语音辅以短数据形式进行传输。
1.2列车控制信息
CBTC是目前应用最广的地铁信号制式，车地间的列车控制信息传送主要通过信号的车地无线通信系统实现。信号车地无线通信系统，采用的是WLAN技术。
1.3列车状态监控信息
列车状态监控为调度人员提供实时的车辆状态信息，包括列车火警信号、车门状态、牵引供电数据、轴温、空调、照明及其他车辆机电设备状态数据，方便调度人员实时撑握在线列车的运行健康状况。
1.4车载广播信息
车载广播信息是调度中心人员对地铁列车乘客进行的信息播报，是应对各类突发状况的重要手段，以数字语音的方式进行传播。
1.5车载乘客信息系统多媒体信息
该信息是为了丰富乘客的旅途体验而设立的，通过车厢内部的液晶显示屏进行播报，其内容涉及新闻、广告、出行信息等，在突发事件发生时，还具备指导疏散、应急指挥的作用。
1.6车载视频监控图像信息
车载视频监控为运营调度、公安反恐应急指挥提供远程实时可视图像，传输的信息内容为经过编码压缩的数字化图像。
以上列车集群调度信息和列车控制信息涉及行车安全，为安全信息，其余信息为非安全类信息。
2城市轨道交通对车地无线通信系统的功能要求
2.1大带宽的信息传输能力
根据上文内容可知，车地无线通信系统承担地铁列车调度、控制、车载广播、乘客信息多媒体信息和车载CCTV等内容，以数据、音频和视频等形式进行传输，系统的瞬时信息传输需求是极大的，应该保证车地无线通信系统具有大带宽，能够满足城市轨道交通对通信系统信息传输能力的要求。
2.2极强的抗干扰能力
城市轨道交通列车在复杂的电磁环境中穿行，其通信环境相对较差，极易受到系统内部和外部的通信干扰，应该确保车地无线通信系统具备极强的抗干扰能力，能够保证通信的效率和质量，避免因通信不畅引发严重的调度、安全事故。
2.3高速移动性
目前，投入运营的地铁最高时速为120km/h，车地无线通信系统应该满足列车在内高速移动状况下的通信需要，这是当前地铁车地通信系统面临和亟待解决的问题，如果无法实现该功能，城市轨道交通的可靠性和安全性将无从保障，存在巨大的安全隐患。
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2.4极高的适应性
众所周知，城市轨道交通的运行环境较为复杂，存在高架、地下隧道及地面等多种形式，需要满足不同环境下的车地无线通信需要，能够实现信息的持续、动态、可靠传输。
2.5无缝衔接
轨道交通列车在几十公里的长大空间内快速运动，无法依靠一两个通信站点实现空间范围内的全覆盖，需要借助分站进行信号的接续，这牵涉到站点间的无缝衔接问题，如果无法实现信息传输的无缝衔接将导致信息传输中断，存在极大的安全隐患。
3城市轨道交通中常见的车地无线通信技术
3.1 TETRA技术
TETRA数字集群通信系统是一种基于数字时分多址TDMA）技术的无线集群移动通信系统，是最早应用于轨道交通的数字无线通信技术。技术成熟，采用25KHz信道间隔，每载频4时隙。用于解决轨道交通语音集群调度的同时，提供数据传输和短消息服务，最大数据传输速率128Kbps。
3.2 WLAN技术
WLAN（Wireless Local Area Networks无线局域网络）是一种相当便利的数据传输系统，它其实是众多无线通信网络的统称，其中最广泛应用的当属于WiFi技术。WLAN基于IEEE802.11协议标准，包含了IEEE802.1lb/g/n及IEEE802.11a/IEEE802.11ac等协议族。使用ISM频段中的2.4GHz和5GHz两个频段进行无线连接。目前普遍采用的协议族是802.11n，采用分集复用技术理论最大传输速率达450Mbps，最新基于802.11ac协议的产品，理论最大传输速率超过1Gbps。
WiFi技术设计之初并不是用于快速移动通信，所以造成早期使用该技术的一些地铁车地无线通信带宽不足且极不稳定，快速移动切换过程中经常掉线造成数据中断。最近几年，WiFi厂商不甘示弱，为分得轨道交通领域一杯羹，针对轨道交通应用实际需求，在标准协议的基础上不断演进，设计了诸如预连接、预切换等技术，在高速移动环境下，列车AP与隧道AP间的切换更平滑，连接更迅速，切换丢包率基本能控制在1%左右。采用802.11ac协议的产品，采用双80MHz频率捆绑，在轨道交通实际应用环境中平均速度达400Mbps。为乘客信息系统、车载视频监控系统，甚至乘客上网服务等对带宽要求较高的业务提供了一种解决方案。
3.3 LTE-M技术
LTE-M技术是在民用4G LTE技术基础上衍生出来的车地无线通信技术，小区覆盖范围大，切换次数少，切换平滑，适应于高速移动场景下车地通信；使用1.8G专用频段，系统不易受干扰。随着国家无委对1.8G频率使用在轨道交通安全领域的批复，以及轨道交通协会关于LTE-M标准的相继出台，近几年新建轨道交通线路，越来越多采用该项技术。LTE采用“正交频分复用”（OFDM）的射频接收技术，以及2×2和4×4 MIMO的分集复用天线技术，TDD理论下行峰值速率能达到100Mbps，上行50Mbps。
尽管LTE-M有这么多的优点，但目前可用频段为1795~1805MHz，仅有20MHz，往下有中国电信FDD的上行业务频率，往上有中国移动DCS1800的下行业务频率。而且其他行业也在争抢这块蛋糕，所能获批频率带宽很少。频率资源稀缺，直接导致无线传输带宽受限，在10MHz频率配置时平均下行带宽不足20Mbps。
3.4 EUHT技术
EUHT超高速无线局域网技术是国家2010重大科技项目。适应于更高移动速度下的大带宽无线通信，解决了高带宽与高移动性之间的矛盾，比802.11ac WiFi传输速率更大，适用移动速度比LTE-M更高，稳定性更好。峰值传输速率可达到1.28Gbps，可支持360km/h高铁应用，高速移动下车地峰值传输速率可达560Mbps，切换成功率大于99.99%，切换延迟小于50ms，布设成本更低。
综上，城市轨道交通是未来大中城市缓解交通压力的重要设施，其车地无线通信技术的发展对城市轨道交通的发展有极强的影响作用。除上面列举的几种轨道交通常见的无线通信技术外，还有DMR、McWILL、WiMAX等技术，设计人员应根据城市轨道交通业务的特点选择合适的车地无线通信技术，提高无线数据传输的效率和质量，解决通信设备的覆盖范围和无缝衔接问题，降低轨道交通建设、维护成本，满足城市轨道交通的正常运营需要。
参考文献：
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论文作者:丁称发
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/5
标签：轨道交通论文; 信息论文; 列车论文; 技术论文; 城市论文; 通信系统论文; 无线通信论文; 《基层建设》2017年第27期论文;