城市軌道交通無線通信技術應用探析

吳宗洋

【摘要】：無線通信技術在城市軌道交通中發(fā)揮著至關重要的作用，在軌道交通日益普遍的今天，需要正確認識無線通信技術在整個交通通信系統(tǒng)中的定位，以期實現(xiàn)無線通信技

術在軌道交通通信系統(tǒng)中實現(xiàn)最大的價值，促進軌道交通更良好的發(fā)展。

【關鍵詞】：城市軌道交通；無線通信技術；應用

【引言】：隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，建立安全可靠、高效穩(wěn)定的車地無線通信系統(tǒng)是提高運營效率、管理質量、用戶體驗的必要手段。地面與高速行駛車輛（時速80km/h）之間的數(shù)據(jù)傳輸通道需要在高速移動的狀態(tài)下，具備優(yōu)秀的快速接入性、實時傳輸性、帶寬調整性和抗干擾性等特點。

1. 在軌道交通使用環(huán)境下無線通信技術分析

目前，應用于軌道交通通信、信號的主流無線通信技術有基于802.11ac的WLAN及LTE兩種，代表著未來的發(fā)展方向和趨勢。以下將結合軌道交通的實際應用情況對兩種技術進行介紹。

1.1 基于802.11ac的WLAN技術介紹

IEEE802.11ac，是 一 個802.11無 線 局 域 網(wǎng)（WLAN）通信標準。WLAN標準從1997年第一代頒布以來，經歷了802.11、802.11b、802.11g/a、802.11n、802.11ac的發(fā)展過程。結合軌道交通的環(huán)境特性，其主要技術特性如下：

1.1.1在軌道交通領域，系統(tǒng)可支持2.4GHz/5.1GHz/5.8GHz無線頻段，具備更多的選擇，且工作在ISM頻段（公用頻率），對于頻率使用只需要進行報備，無需專項申請；

1.1.2 WLAN技術網(wǎng)絡架構基于數(shù)據(jù)鏈路層，系統(tǒng)開銷小，采用最高至256-QAM的調整方式，理論上在160MHz的無線頻率資源，靜止狀態(tài)可提供不小于1Gbit/s的傳輸速率。實際軌道交通環(huán)境列車運動狀態(tài)下的平均傳輸速率300Mbit/s；頻普轉換率接近到1：1：85，業(yè)務的帶寬支持能力強。

1.1.3 網(wǎng)絡架構采用雙向非對稱設計、上、下行采用統(tǒng)一正交頻分復用（OFDM）技術，但系統(tǒng)采用競爭接入模式，業(yè)務的接入無法有效實現(xiàn)保障性的帶寬控制，多業(yè)務的QOS保障存在局限性，同時也無法實現(xiàn)針對業(yè)務進行上下、下行數(shù)據(jù)的按需靈活配置。

1.2 TD-LTE技術介紹

LTE是由3GPP組織制定的通用移動通信系統(tǒng)技術標準的長期演進。LTE系統(tǒng)引入了OFDM和MIMO等關鍵技術，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，在20MHz頻譜帶寬，2×2MIMO天線的模式下，理論下行最大傳輸速率為201Mbit/s，但根據(jù)實際組網(wǎng)以及終端能力限制，一般認為下行峰值速率為100Mbit/s，上行為50Mbit/s。結合軌道交通的環(huán)境特性，其主要技術特性如下：

1.2.1在軌道交通領域，系統(tǒng)僅支持1.8GHz專用頻率，選擇較為單一。使用1.8GHz頻率時需要進行專項申請，一般在合法的情況下能夠爭取到10MHz的頻率帶寬。

1.2.2 TD-LTE技術網(wǎng)絡架構基于網(wǎng)絡層，系統(tǒng)開銷相對較大，采用64-QAM調整方式下靜止狀態(tài)下頻譜轉化率可達到1：5，運動狀態(tài)下利用率接近1：1：5，采用10MHz的無線頻率資源，靜止狀態(tài)可提供不小于50Mbit/s的傳輸速率，運動狀態(tài)下的邊緣有效傳輸帶寬可達15Mbit/s。

1.2.3網(wǎng)絡架構采用雙向非對稱設計，上行采用單載波頻分多址（SC-FDMA），下行采用正交頻分多址（OFDMA）。

1.2.4系統(tǒng)采用TDD（時分雙工）方式，同時引入同步時鐘系統(tǒng)，能夠在有效劃分業(yè)務的同時，確保各業(yè)務的QOS。業(yè)務保障性能力強【1】。

2通信技術在城市軌道交通中的應用

2.1 WLAN局域網(wǎng)

WLAN（WirelessLocalAreaNetworks，局域網(wǎng)）的多媒體信息傳輸技術基于802.11協(xié)議族，IEEE802.11a規(guī)定WLAN的頻點為5GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為1-2Mb/s是一種適用于室內移動環(huán)境的通信技術。

2.2 3G技術

3G（第三代移動通信技術）具有TD-SCDMA、CDMA200和WCDMA三種不同的制式，3G技術不僅可以對音頻等多媒體形式進行處理，還能為客戶提供電子商務、網(wǎng)頁瀏覽和電話會議等多種服務。其中，3G數(shù)據(jù)服務的重點是多媒體業(yè)務，因而3G技術必須具備較高的傳輸速率才能要求。

2.3 Wi-Fi技術

Wi-Fi（WIreless-Fidelity，保真技術）和藍牙技術有一定的相似性，Wi-Fi也屬于短距通信技術。

3.無線通信技術在城軌交通車地通信中應用的優(yōu)勢

3.1多種網(wǎng)絡覆蓋方案，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

無線通信站點是通過基站進行無線網(wǎng)絡覆蓋，單個分布在隧道的基站覆蓋范圍可達1.2km。另外，基站的組網(wǎng)設置原則比較靈活，依據(jù)列車的運行速度設置基站的安裝位置，增大或者減少基站網(wǎng)絡覆蓋的重疊長度，可保證高速環(huán)境下成功的進行越區(qū)切換，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

3.2使用專用頻段，無線網(wǎng)絡抗干擾能力強

移動通信技術采用的是專用頻段，不同于WLAN的公共頻段，其干擾源少，抗干擾能力強，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3.3蜂窩網(wǎng)絡技術，數(shù)據(jù)傳輸容量大

移動通信技術也稱為蜂窩網(wǎng)絡通信，通過設置基站，劃分小區(qū)，成百上千倍地增大了頻率的空間復用率，極大提高了數(shù)據(jù)傳輸量。

3.4多種數(shù)據(jù)加密方式，數(shù)據(jù)安全性高

無線通信的鑒權中心主要有兩個功能：一是對用戶的IMSI號進行鑒權，防止非本網(wǎng)絡用戶接入網(wǎng)絡；二是為無線路徑上的通信數(shù)據(jù)進行加密，保證了通信數(shù)據(jù)的安全性。

3.5網(wǎng)絡功能強大，降低組網(wǎng)成本

移動通信網(wǎng)絡具有多種業(yè)務功能，除了基本語音通信業(yè)務之外，也可實現(xiàn)高速傳輸數(shù)據(jù)、音頻、視頻和圖像等大數(shù)據(jù)量業(yè)務。

結語

無線通信技術是城市軌道交通車地通 信的命脈，它直接影響著城軌控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。基于無線通信系統(tǒng)技術的優(yōu)勢以及良好的發(fā)展形式，移動通信車地通信系統(tǒng)的優(yōu)越性也值得我們去關注和研究，為城軌交通業(yè)務的發(fā)展需求提供強大的技術支持。

【參考文獻】：

[1]黃輝.基于TDD-LTE技術的城市軌道交通車地無線通信網(wǎng)絡化技術[J].城市軌道交通研究，2016，04：29-33.

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[3]甘玉璽.軌道交通車地無線通信技術研討[J].城市軌道交通研究，2014（1）：103-106.