無(wú)線通信技術(shù)在城軌通信、信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

龔光全

摘要：分析軌道交通車(chē)地?zé)o線系統(tǒng)業(yè)務(wù)承載，建立高效的車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)。無(wú)線通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)是提高安全運(yùn)營(yíng)效率的基本方式，也是應(yīng)用在軌道交通通信、信號(hào)業(yè)務(wù)中的基本形式。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信技術(shù)；軌道交通通信；信號(hào)業(yè)務(wù)

城市軌道交通無(wú)線通信業(yè)務(wù)主要包括專(zhuān)網(wǎng)無(wú)線、公網(wǎng)無(wú)線以及公安通信三種。相比其他交通方式，城市軌道交通速度快、運(yùn)量大，成為大多數(shù)人選擇的出行方式，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)城市軌道交通中通信業(yè)務(wù)需求也越來(lái)越多，為了讓人們的需求得到滿足，需不斷增強(qiáng)寬帶的數(shù)據(jù)傳輸能力、提高通信的實(shí)時(shí)信息處理能力是將來(lái)通信技術(shù)發(fā)展的必然方向。

1.城市軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

在城市軌道交通中應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)的系統(tǒng)包括信號(hào)系統(tǒng)車(chē)地通信、乘客信息系統(tǒng)、公安無(wú)線系統(tǒng)、車(chē)載時(shí)間監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)載火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)信息回傳等，此外還有無(wú)線政務(wù)網(wǎng)、乘客無(wú)線上網(wǎng)需求等。非專(zhuān)用軌道交通車(chē)地業(yè)務(wù)需求主要包括政務(wù)、民用通信等，從系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性等方面對(duì)軌道交通無(wú)線傳輸介質(zhì)的共享方案分析，不建議對(duì)無(wú)線通信設(shè)備進(jìn)行整合。目前，軌道交通各系統(tǒng)采用專(zhuān)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的模式，系統(tǒng)復(fù)雜多樣，資源共享度低，不利于實(shí)現(xiàn)綜合承載多業(yè)務(wù)功能。北京軌道交通燕房線采用基于LTE-M的無(wú)線系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軌道交通多業(yè)務(wù)接入承載功能，承載信息主要包括CBTC業(yè)務(wù)信息、列車(chē)狀態(tài)信息、PIS圖像信息（含PIS緊急文本信息）等，LTE-M無(wú)線系統(tǒng)技術(shù)在燕房線的成功應(yīng)用，對(duì)軌道交通車(chē)地通信系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用起到良好的示范作用。

2.城市軌道交通通信及信號(hào)業(yè)務(wù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

城市軌道交通通信技術(shù)是確保軌道列車(chē)正常運(yùn)行和體現(xiàn)高效、安全、準(zhǔn)時(shí)、快速等特征的核心問(wèn)題?，F(xiàn)階段，我國(guó)城市軌道交通通信技術(shù)已經(jīng)在城市軌道各個(gè)方面得到了的應(yīng)用，并且實(shí)現(xiàn)了通信技術(shù)與城市軌道交通的充分契合。在城市軌道交通通信、信號(hào)業(yè)務(wù)當(dāng)中，應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)的系統(tǒng)包括專(zhuān)用無(wú)線調(diào)度、乘客信息系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)車(chē)地通信、警用無(wú)線系統(tǒng)、民用無(wú)線系統(tǒng)等多種檢測(cè)方式和信息傳播方式、車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

城市軌道交通的發(fā)展隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)發(fā)生了巨大的變化，在發(fā)展方向不斷多樣化的同時(shí)，也出現(xiàn)了大量的市郊快線、大中運(yùn)量線路，這些線路對(duì)城市軌道通信技術(shù)提出了更高的要求。為了順應(yīng)城市的發(fā)展需求，必須創(chuàng)新城市軌道交通通信技術(shù)，有效提升我國(guó)城市軌道技術(shù)的整體裝備水平。

3.車(chē)地?zé)o線系統(tǒng)綜合承載業(yè)務(wù)分析

在軌道交通對(duì)車(chē)地?zé)o線系統(tǒng)的需求主要體現(xiàn)在信號(hào)、通信系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)，其主要需求如下：

（1）用于傳輸列車(chē)控制信號(hào)業(yè)務(wù)；

（2）用于傳輸車(chē)載視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)；

（3）用于傳輸車(chē)輛狀態(tài)信息業(yè)務(wù)；

（4）用于集群調(diào)度業(yè)務(wù)（語(yǔ)音）；

（5）用于集群調(diào)度業(yè)務(wù)（視頻）；

（6）用于緊急信息文本下發(fā)。

車(chē)地?zé)o線系統(tǒng)在列車(chē)高速移動(dòng)狀態(tài)下（80km/h）必須具備以關(guān)鍵性能指標(biāo)：

（1）系統(tǒng)可用性：≥99.99%；

（2）平均吞吐量：采用20MHz系統(tǒng)帶寬、4天線通道基站設(shè)備組網(wǎng)時(shí)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平均有效帶寬應(yīng)不低于50Mb/s；

（3）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，傳輸時(shí)延小于50ms，系統(tǒng)平均丟包率小于0.5%；

（4）具有QoS分級(jí)控制功能，支持不少于9級(jí)QoS優(yōu)先級(jí)定義；

（5）平均切換中斷小于100ms；

（6）上下行業(yè)務(wù)承載可按需調(diào)整；

（7）完善的網(wǎng)管功能。

4.城市軌道交通通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

4.1開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)在三類(lèi)必需的通信技術(shù)中最具優(yōu)勢(shì)的是自身較強(qiáng)的性能和穩(wěn)定性，能夠在數(shù)據(jù)和接口類(lèi)型數(shù)量過(guò)多時(shí)滿足其不同的需求，在城市軌道通信技術(shù)服務(wù)中，開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)具有一定的專(zhuān)門(mén)性，在新形勢(shì)下開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的帶寬需求。首先，國(guó)際上并沒(méi)有設(shè)立統(tǒng)一的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法在根本上消除自身的缺陷，在升級(jí)和優(yōu)化系統(tǒng)方面存在一定的問(wèn)題。其次，大量的業(yè)務(wù)量突然涌向我國(guó)的城市軌道交通業(yè)務(wù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了更高的要求。而開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)無(wú)法在不斷改進(jìn)帶寬的背景下順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。所以，開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)需要不斷地進(jìn)行升級(jí)和創(chuàng)新。

4.2異步轉(zhuǎn)移模式技術(shù)

異步轉(zhuǎn)移模式技術(shù)與其他通信技術(shù)相比更加具有多樣化的服務(wù)，能夠根據(jù)不同的業(yè)務(wù)開(kāi)展相應(yīng)的互動(dòng)與服務(wù)，尤其是在視頻相關(guān)的業(yè)務(wù)中最為明顯。就屬性而言，該技術(shù)屬于連接技術(shù)的一種，能夠更高頻率地運(yùn)用寬帶。此技術(shù)也存在無(wú)法避免的缺陷。首先，由于自身較強(qiáng)的復(fù)雜性，異步轉(zhuǎn)移模式技術(shù)很容易受到技術(shù)上的影響以及阻礙，進(jìn)而造成系統(tǒng)的安全性、可靠性不高。其次，城市軌道的傳輸業(yè)務(wù)量在不斷地提高，現(xiàn)有技術(shù)已無(wú)法滿足其需求，需要不斷創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)全新的技術(shù)。在以后城市軌道交通通信技術(shù)的應(yīng)用中，將自身的兼容性、直接性和快捷性等特點(diǎn)發(fā)揮出來(lái)，并通過(guò)千兆以太網(wǎng)等技術(shù)來(lái)保證自身運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而更好地更具有針對(duì)性地運(yùn)用異步轉(zhuǎn)移模式技術(shù)。

4.3同步數(shù)字傳輸技術(shù)

與開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)相比，同步數(shù)字傳輸技術(shù)在技術(shù)方面更加優(yōu)秀和成熟。從一個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，同步數(shù)字傳輸技術(shù)具有國(guó)際上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有助于系統(tǒng)及時(shí)的創(chuàng)新和更換，且該技術(shù)還具備自動(dòng)化網(wǎng)管功能和自愈功能，能夠有效促進(jìn)城市軌道交通的順利運(yùn)行。這些優(yōu)勢(shì)促使同步數(shù)字傳輸技術(shù)成為了通信技術(shù)中無(wú)法忽略和取代的關(guān)鍵性技術(shù)，該技術(shù)具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性，更加適合運(yùn)用于語(yǔ)音業(yè)務(wù)。此技術(shù)在圖像業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)方面上存在一定的不足。因此，同步數(shù)字傳輸技術(shù)的創(chuàng)新和升級(jí)應(yīng)注重提升其在圖像信息和數(shù)據(jù)傳輸方面上的技術(shù)全面性。

5.對(duì)軌道交通通信、信號(hào)綜合承載業(yè)務(wù)的建議分析

城市軌道交通通信、信號(hào)業(yè)務(wù)代表兩種無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展方向，在兩種業(yè)務(wù)技術(shù)中應(yīng)用通信無(wú)線系統(tǒng)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)軌道交通車(chē)地?zé)o線發(fā)展的價(jià)值所在，也是一種對(duì)軌道交通業(yè)務(wù)發(fā)展的建議形式，其具體的特點(diǎn)發(fā)展如下：

1）軌道交通列車(chē)控制信號(hào)業(yè)務(wù)級(jí)別很高，列車(chē)控制信號(hào)業(yè)務(wù)直接涉及運(yùn)營(yíng)安全，業(yè)務(wù)各項(xiàng)需求等級(jí)最高，特別是抗干擾性要求極高，業(yè)務(wù)傳輸帶寬需求較小，雙向業(yè)務(wù)帶寬需求較為平衡?？刂浦行莫?dú)立配置雙核心設(shè)備模式，確保整體系統(tǒng)的管理安全，列車(chē)車(chē)頭、車(chē)尾配備信號(hào)接收設(shè)備等，按照兩套的終端設(shè)備進(jìn)行配置和設(shè)計(jì)。

2）軌道交通一般通信業(yè)務(wù)對(duì)帶寬需求較多。各地交通的需求級(jí)別也不一樣，如車(chē)載視頻監(jiān)控、視頻廣告、運(yùn)營(yíng)信息、車(chē)輛狀態(tài)信息、車(chē)載廣播等方式，比較利用成本后，多數(shù)考慮通過(guò)單網(wǎng)組網(wǎng)的方式建設(shè)控制中心在內(nèi)的配置單核心設(shè)備，確保系統(tǒng)的管理安全。區(qū)間軌道旁邊獨(dú)立設(shè)置的配套信息，組成的無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)，車(chē)頭、車(chē)尾各配置了一整套終端的配套設(shè)施。

各地的軌道交通建設(shè)已開(kāi)始向著更加蓬勃的方向發(fā)展，車(chē)地?zé)o線系統(tǒng)已具備地鐵運(yùn)用部門(mén)的便民服務(wù)保障安全性，也具備許多環(huán)境保障地區(qū)一個(gè)關(guān)鍵性業(yè)務(wù)和主流無(wú)線技術(shù)體系業(yè)務(wù)。在結(jié)合實(shí)際無(wú)線頻率的基礎(chǔ)上，將業(yè)務(wù)和無(wú)線系統(tǒng)技術(shù)全都合理的配對(duì)并規(guī)劃出整體的預(yù)留空間。

6.新時(shí)代背景下我國(guó)城市軌道交通通信系統(tǒng)發(fā)展

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高，我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程也開(kāi)始逐步加快，城市道路交通建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，為有效解決城市交通擁堵問(wèn)題、提升城市公共交通運(yùn)輸承載水平，城市軌道交通工程建設(shè)規(guī)模逐步增加，有效改善了單一地面交通規(guī)劃建設(shè)的格局，成為現(xiàn)階段城市交通立體化規(guī)劃建設(shè)中至關(guān)重要組成部分。通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外城市軌道交通及通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)一步研究我國(guó)現(xiàn)階段城市軌道交通發(fā)展進(jìn)程中所存在的主要問(wèn)題，提出我國(guó)未來(lái)城市軌道交通通信系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)的應(yīng)對(duì)手段，希望能對(duì)我國(guó)城市軌道交通通信系統(tǒng)的發(fā)展提供一定的借鑒與幫助。

結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)，不僅是一項(xiàng)承載著許多用戶和線網(wǎng)的業(yè)務(wù)，同樣也是一項(xiàng)具有獨(dú)立設(shè)置空間的無(wú)線通信業(yè)務(wù)。為了更進(jìn)一步保證軌道交通運(yùn)營(yíng)安全，采用城市軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)融合方案，為日后的軌道交通建設(shè)創(chuàng)造更加有利的條件。

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（作者單位：上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院）