真空管道高速飛行列車綜合承載業(yè)務(wù)需求分析

韓柏濤，劉 留，裘陳成，李 錚，陶 成

(北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京 100044)

截止至2018年底，中國已建成是世界上最大的高速鐵路(以下簡(jiǎn)稱高鐵)網(wǎng)絡(luò)，中國高鐵總建設(shè)里程已超過2.9萬km(占全球高速鐵路營業(yè)里程的60%以上)，并覆蓋全國29個(gè)省級(jí)行政區(qū)[1]。當(dāng)傳統(tǒng)高鐵在中國快速發(fā)展的同時(shí)，有“第五種交通工具”之稱的真空管道高速飛行列車也漸漸進(jìn)入人們的視野[2]。輪軌機(jī)械摩擦、氣動(dòng)阻力和氣動(dòng)噪聲是影響當(dāng)前高速鐵路發(fā)展的三個(gè)主要瓶頸因素。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)列車速度高于400 km/h，牽引力中氣動(dòng)阻力占用比例將達(dá)到80%以上時(shí)，將造成極大的能量浪費(fèi)；同時(shí)，列車高速運(yùn)行引起的氣動(dòng)噪聲也隨著速度的增大急劇上升(速度的7～8次方)，沿線環(huán)境和車內(nèi)乘客必然無法接受。

上述三個(gè)因素極大阻礙了當(dāng)前高鐵的進(jìn)一步提速，當(dāng)前高鐵的速度上限為600 km/h[3]，表1統(tǒng)計(jì)了幾個(gè)國家高速列車的運(yùn)行速度、最高速度。此外，日本鐵路東海公司在2015年進(jìn)行的超導(dǎo)磁懸浮高速列車載人試驗(yàn)創(chuàng)造了速度603 km/h的世界高鐵最高速度，可見現(xiàn)行輪軌高速鐵路速度日益觸及臨界值，急需發(fā)展下一代高速鐵路技術(shù)。不同于現(xiàn)行輪軌高速鐵路，真空管道高速飛行列車運(yùn)行在無空氣阻力的真空環(huán)境中，即在地上或地下建立密閉管道，通過抽取空氣令管道內(nèi)部達(dá)到接近真空(千分之一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，并利用磁浮技術(shù)，實(shí)現(xiàn)速度超過1 000 km/h的超高速運(yùn)輸(低機(jī)械摩擦、低氣動(dòng)阻力、低噪聲模式)。屆時(shí)，旅客乘坐高鐵的時(shí)間將極大縮短。

表1 各國高速列車運(yùn)營速度、最大速度 km/h

2013年，特斯拉汽車首席執(zhí)行官艾倫·馬斯克發(fā)布“Hyperloop Alpha”白皮書，提出一種“Hyperloop”超級(jí)高鐵方案，真空管道超高速交通開始引起人們的廣泛關(guān)注。目前中國、美國、日本等國正加大力度推進(jìn)真空管道交通的實(shí)用化進(jìn)程。2017年，美國Hyperloop One在拉斯維加斯北部建成第一條Hyperloop測(cè)試真空管道[4]。美國超級(jí)高鐵公司HTT已在美國、法國、阿聯(lián)酋等國家簽署了超級(jí)高鐵建設(shè)協(xié)議[5]，并在2018年與貴州銅仁簽約，雙方將共同建設(shè)一條不超過10 km的商業(yè)真空管道超級(jí)高鐵線路[6]。中國航天科工集團(tuán)公司在第三屆中國(國際)商業(yè)航天高峰論壇上表示將開展“高速飛行列車”的研究論證。高速飛行列車項(xiàng)目的落地將按照最大運(yùn)行速度1 000、2 000、4 000 km/h三步走戰(zhàn)略逐步實(shí)現(xiàn)。2018年，航天科工三院與吉利集團(tuán)簽署項(xiàng)目合作框架協(xié)議，雙方將共同致力于高速飛行列車的研發(fā)[7]。

高速飛行列車車地?zé)o線通信技術(shù)在保障運(yùn)輸安全、業(yè)務(wù)調(diào)度等方面起到至關(guān)重要的作用。與傳統(tǒng)軌道交通相比，高速飛行列車運(yùn)行速度更快(超過1 000 km/h)并且運(yùn)行在封閉的厚重管道中[8]，為車地?zé)o線通信帶來了新的挑戰(zhàn)，因此對(duì)車地之間的通信穩(wěn)定性、可靠性要求更高。例如，路邊基站的無線信號(hào)很難穿透管道壁，需要考慮在管道內(nèi)布設(shè)無線通信網(wǎng)絡(luò)；在狹窄真空管道內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)通信設(shè)備與車體間距離常常在數(shù)十厘米，屬于電磁波近場(chǎng)輻射范圍，其無線信道傳輸特性還需要進(jìn)一步測(cè)試、分析及建模；超高速移動(dòng)引起極其頻繁的越區(qū)切換和嚴(yán)重的多普勒效應(yīng)問題。已有無線通信系統(tǒng)移動(dòng)性支持不超過500 km/h。綜上所述，需要提前對(duì)高速飛行列車車地?zé)o線接入通信系統(tǒng)開展前瞻性的研究，做好下一次交通革命的技術(shù)儲(chǔ)備。

1 輪軌交通車地?zé)o線通信應(yīng)用情況

1.1 車地?zé)o線通信技術(shù)

隨著輪軌交通的不斷發(fā)展，為了確保列車運(yùn)行安全、改善旅行舒適度以及提供旅行多媒體網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，列車需要利用無線技術(shù)與地面建立寬帶通信鏈路。目前，應(yīng)用于軌道交通行業(yè)的無線通信網(wǎng)絡(luò)制式主要有：陸地集群無線電TETRA、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM、無線局域網(wǎng)WLAN、長(zhǎng)期演進(jìn)LTE、38 GHz無線電系統(tǒng)(應(yīng)用于上海高速磁浮列車[9])等，此外一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線高速通信技術(shù)增強(qiáng)型超高吞吐EUHT(Enhanced Ultra-High Throughput)也將應(yīng)用于軌道交通。下面闡述了上述無線通信技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。表2對(duì)各無線通信技術(shù)的系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)及可承載業(yè)務(wù)進(jìn)行了總結(jié)對(duì)比。

表2 各無線通信技術(shù)對(duì)比

表2(續(xù))

1.1.1 TETRA技術(shù)

數(shù)字集群系統(tǒng)TETRA起初主要應(yīng)用于列車運(yùn)行語音和列調(diào)業(yè)務(wù)，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于應(yīng)急業(yè)務(wù)，經(jīng)過發(fā)展后可專用于車輛遠(yuǎn)程控制和維護(hù)。在城市軌道交通中，TETRA主要應(yīng)用于列車運(yùn)行語音系統(tǒng)和有軌電車車輛自動(dòng)定位系統(tǒng)。例如，重慶地區(qū)的軌道交通系統(tǒng)應(yīng)用Dimetra數(shù)字集群通信系統(tǒng)，為輕軌提供語音通信業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[10]。由于TETRA基于第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，帶寬非常有限，因此無法支持大帶寬業(yè)務(wù)(如高清圖像和視頻信息)。此外，UHF(超高頻)頻譜現(xiàn)在已過載，進(jìn)一步限制了TETRA發(fā)展。

1.1.2 GSM-R技術(shù)

TETRA系統(tǒng)主要應(yīng)用于城市軌道交通，GSM-R(GSM-Railway)則是專門為干線鐵路運(yùn)輸通信設(shè)計(jì)。GSM-R是基于GSM面向鐵路領(lǐng)域的專用無線通信系統(tǒng)，可在車地間傳遞信號(hào)和運(yùn)行語音信息。GSM-R在鐵路通信領(lǐng)域已相當(dāng)普及(并在不斷增長(zhǎng)中)，全球已有38個(gè)國家將GSM-R應(yīng)用于鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中。但是GSM-R存在以下幾點(diǎn)缺陷[11]：一是公共網(wǎng)絡(luò)對(duì)GSM-R產(chǎn)生的干擾日益增強(qiáng)；二是較窄的帶寬限制了其系統(tǒng)容量，導(dǎo)致GSM-R無法承載大帶寬的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；三是開發(fā)周期長(zhǎng)，成本高，預(yù)計(jì)該技術(shù)將在2030年過時(shí)。相比GSM-R，LTE-R在容量和性能方面更具優(yōu)勢(shì)，因此，基于LTE標(biāo)準(zhǔn)的LTE-R將在未來取代GSM-R。全球第一個(gè)鐵路LTE系統(tǒng)在朔黃重載鐵路中得到應(yīng)用，使用1.8 GHz頻段，并已開通運(yùn)營[12]。中國鐵路總公司在北京—沈陽高鐵遼寧段全面啟動(dòng)“高速鐵路智能關(guān)鍵技術(shù)綜合試驗(yàn)”，此次綜合試驗(yàn)包括了鐵路LTE-R寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)試驗(yàn)[13]。

1.1.3 WLAN技術(shù)

目前，城市軌道交通車地通信普遍使用WLAN標(biāo)準(zhǔn)制式，例如IEEE 802.11a/b/g/n Wi-Fi。但由于WLAN固有的一些特點(diǎn)，使得這種技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通車地通信存在一些局限性[14]。首先，WLAN使用的是免費(fèi)開放頻段，工作頻率為2.4～2.483 5 GHz，很多設(shè)備都工作在這一頻率段，不可避免會(huì)對(duì)車地通信造成干擾。第二，WLAN不是為高移動(dòng)場(chǎng)景而設(shè)計(jì)的，因此WLAN應(yīng)用于車地?zé)o線通信系統(tǒng)中會(huì)帶來問題，例如切換和服務(wù)質(zhì)量(QoS)問題。第三，WLAN無法設(shè)置優(yōu)先級(jí)，不能確保給優(yōu)先級(jí)較高的業(yè)務(wù)更大帶寬或更低延時(shí)，因此WLAN無法滿足綜合承載多種不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的通信需求。有學(xué)者認(rèn)為L(zhǎng)TE-M(LTE for Metro)可以代替WLAN應(yīng)用于城市軌道交通車地通信系統(tǒng)[15]。LTE-M是一種基于TD-LTE(時(shí)分長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng))的軌道交通車地通信網(wǎng)絡(luò)。目前，中國城市軌道交通在遵循3GPP、B-TrunC相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，中國城市軌道交通協(xié)會(huì)技術(shù)裝備專業(yè)委員會(huì)組織并制定了T/CAMET 04005.1—2018《城市軌道交通車地綜合通信系統(tǒng)(LTE-M)設(shè)計(jì)、工程規(guī)范》[16]。鄭州地鐵1號(hào)線PIS(乘客信息服務(wù))車地通信系統(tǒng)采用TD-LTE技術(shù)，工作頻率為1 795～1 805 MHz[17]。

1.1.4 38 GHz毫米波無線通信技術(shù)

上海磁浮列車在車地通信中采用了38 GHz毫米波無線通信技術(shù)，工作頻率為37.1～38.5 GHz。毫米波波長(zhǎng)極短，有利于射頻設(shè)備獲得較強(qiáng)的方向性，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。此外，毫米波固有帶寬大，35 GHz附近可利用帶寬可達(dá)16 GHz(大氣吸收峰以外的“窗口”)。該技術(shù)為磁浮列車提供了車地雙向通信鏈路，實(shí)時(shí)傳輸列車運(yùn)行控制數(shù)據(jù)、牽引PRW(磁輪角)數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)及旅客信息數(shù)據(jù)。磁浮列車車地通信系統(tǒng)的基本性能可以達(dá)到在傳輸帶寬16 MHz和時(shí)延小于5 ms時(shí)列車運(yùn)行控制數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)率小于10-5 [18]。

1.1.5 EUHT技術(shù)

EUHT是一種高移動(dòng)通信系統(tǒng)，可以滿足未來移動(dòng)通信系統(tǒng)高可靠、低時(shí)延、高移動(dòng)性等需求。EUHT可支持6 GHz以下頻段，并具備拓展到毫米波頻段的能力。峰值吞吐率可達(dá)3.48 Gbit/s，支持500 km/h的移動(dòng)速度，空口延遲低于1 ms，端到端延遲低于10 ms。EUHT技術(shù)已被頒布為多個(gè)行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)，2012年被頒布為工信部通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2016年被住建部頒布為行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。目前EUHT已完成產(chǎn)業(yè)研發(fā)，并已在軌道交通、高鐵開展測(cè)試驗(yàn)證和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用[19]。2015年，在廣州地鐵6號(hào)線開展試驗(yàn)，基本驗(yàn)證EUHT技術(shù)能滿足軌道交通車地通信需求。2017年，EUHT技術(shù)在京津城際300 km/h速度的高鐵上進(jìn)行演示，測(cè)試過程中實(shí)時(shí)視頻播放流暢，表明EUHT可在300 km/h運(yùn)行速度下工作。

1.1.6 5G-R

3GPP組織在其已有的4G/LTE標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，從應(yīng)用場(chǎng)景、系統(tǒng)性能、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)部署等方面給出了下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)5G-NR(New Radio)的標(biāo)準(zhǔn)雛形[20]。5G-NR共定義了三大應(yīng)用場(chǎng)景，包括增強(qiáng)移動(dòng)寬帶eMBB、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)mMTC及低時(shí)延高可靠連接URLLC。其中，eMBB主要實(shí)現(xiàn)0.1～1 Gbit/s的用戶體驗(yàn)速率以及數(shù)十Gbit每秒峰值速率，URLLC業(yè)務(wù)KPI主要涵蓋用戶面時(shí)延與可靠性兩部分。5G-NR將高鐵場(chǎng)景納入了主要的部署場(chǎng)景。

在移動(dòng)性方面，文獻(xiàn)[21]中明確了5G支持的最高移動(dòng)速度為500 km/h。在時(shí)延方面，5G-NR采用了全新的空口技術(shù)，相比LTE有以下優(yōu)點(diǎn)：一是有更短的子幀結(jié)構(gòu)和更短的傳輸時(shí)間間隔，可快速收發(fā)數(shù)據(jù)；二是調(diào)度單位更短，最小為0.125 ms，而LTE時(shí)域最小調(diào)度單位為一個(gè)子幀，固定為1 ms；三是調(diào)度更靈活；四是網(wǎng)絡(luò)協(xié)作普遍。因此，在高速列車運(yùn)行場(chǎng)景下，5G-NR的控制面時(shí)延目標(biāo)為10 ms，用戶面為1 ms，移動(dòng)性中斷時(shí)間為0 ms，并且支持高速移動(dòng)情況下的高可靠性(99.999%)連接[22]。

此外，未來5G高鐵通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)控制面/用戶面(C/U)分離，即在進(jìn)行不同頻段融合時(shí)保留高可靠、具有更優(yōu)傳輸特性的低頻頻端來保證網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性能，同時(shí)向高頻頻段延展帶寬來承載巨大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，保證用戶信息的傳輸帶寬。

1.2 車地?zé)o線接入方式

無線接入方式是車地?zé)o線通信的另一個(gè)關(guān)鍵問題，無線寬帶接入可為車地通信提供大帶寬業(yè)務(wù)(如實(shí)時(shí)視頻)。目前通信架構(gòu)普遍在無線接入采用“雙鏈路”方案：第一條鏈路是列車內(nèi)用戶的接入；第二條鏈路是列車與主干網(wǎng)的接入。在列車安裝TAT(列車接入終端)，TAT通過車頂天線接入通信主干網(wǎng)，并將主干網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給車內(nèi)用戶。地面設(shè)備可通過車頂天線(與TAT相連)與列車實(shí)現(xiàn)無線接入，目前列車(通過車載中繼)與主干網(wǎng)接入的方式主要可以分為三類：衛(wèi)星接入、基于公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入、鐵路專用無線接入。

衛(wèi)星接入和基于公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)的接入方式主要應(yīng)用于傳統(tǒng)鐵路和高速鐵路。鐵路專用無線接入需要在地面部署專用設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車無線接入，主要可分為漏泄電纜接入、基于Wi-Fi或WiMAX(全球互通微波訪問)的接入、RoF(光纖無線電)接入等方式。其中漏泄電纜接入、基于Wi-Fi和WiMAX的接入方式主要應(yīng)用于地鐵、輕軌等城市或城際軌道交通。上海磁浮列車采用了RoF接入方式。

1.2.1 衛(wèi)星接入

衛(wèi)星接入方式具有覆蓋范圍大、適合于連接和聚集大量移動(dòng)終端業(yè)務(wù)的寬帶連接、受速度影響小等特點(diǎn)。2010年12月，SNCF在TGV-East線路上首次推出了車載互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)[23]，該系統(tǒng)基于一種雙向衛(wèi)星解決方案。需要注意的是，衛(wèi)星與接收天線之間的任何障礙物(懸鏈、橋梁、高層建筑)都會(huì)對(duì)傳輸信號(hào)造成較大衰落。針對(duì)這一問題，可采用“gap-filler”解決方案：一是在NLOS區(qū)域切換到其他接入技術(shù)，如Wi-Fi、WiMAX或蜂窩網(wǎng)絡(luò)(3G/4G)；二是在非視線區(qū)域安裝中繼天線。此外，衛(wèi)星接入方式還具有通信時(shí)延大、成本高昂、帶寬受限等不可忽視的缺點(diǎn)。

1.2.2 基于公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入

基于公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)的接入方式是指利用已有公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)為列車提供寬帶接入。目前一些基于公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)的接入方案已應(yīng)用于高速鐵路、城市軌道交通。基于WCDMA制式的UMTS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案在武廣高速鐵路上投入使用?；诜涓C網(wǎng)絡(luò)的接入方案直接利用已有設(shè)施，可極大降低成本。但是蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站通常與鐵軌距離較遠(yuǎn)，而且天線也沒有專用于列車運(yùn)行線路覆蓋，因此基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的接入方式通常不能保證QoS。

1.2.3 鐵路專用接入

上述兩種接入方式都是基于已有通信設(shè)施(衛(wèi)星和公共蜂窩網(wǎng)絡(luò))，鐵路專用接入則是利用鐵路專用地面設(shè)備為列車提供無線接入，這類方案包括漏泄電纜接入、基于Wi-Fi或WiMAX的無線接入和RoF接入。這類無線接入方案可以滿足日益增長(zhǎng)的寬帶需求，但由于需要在長(zhǎng)距離的鐵路沿線部署專用設(shè)備，因此成本費(fèi)用較高。為了降低成本，需要權(quán)衡無線覆蓋范圍和最小支持帶寬以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化。同時(shí)也需要考慮系統(tǒng)可靠性、安全性和授權(quán)頻段需求等因素。

(1)漏泄電纜

漏泄電纜可以實(shí)現(xiàn)列車寬帶接入，文獻(xiàn)[24]針對(duì)東京到大阪區(qū)段新干線高速列車提出一種基于漏泄電纜的通信架構(gòu)，并進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示吞吐量可達(dá)768 kbit/s。漏泄電纜方案尤其適合于狹窄密閉空間內(nèi)的無線通信(如隧道)，因此在城市軌道交通中應(yīng)用較多。漏泄電纜接入方式在上海軌道交通1號(hào)線、2號(hào)線和3號(hào)線二期等450 MHz專用調(diào)度無線通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用。漏泄電纜接入方式需要在沿線鋪設(shè)漏泄波導(dǎo)，降低成本是該方案實(shí)施的關(guān)鍵。此外，漏泄波導(dǎo)系統(tǒng)工作頻率是固定的，因此系統(tǒng)可擴(kuò)展性相對(duì)較差。

(2)WiMAX

WiMAX是一種提供“最后一英里”寬帶接入的無線通信技術(shù)[25]。WiMAX不支持速度超過120 km/h的移動(dòng)接入，僅能滿足城市軌道交通的需求。目前WiMAX技術(shù)在鐵路通信中應(yīng)用較少。東京市中心與機(jī)場(chǎng)之間速度90 km/h的快速列車采用了一種基于WiMAX的接入方案，WiMAX技術(shù)工作頻率為2.5 GHz，最大下行帶寬可達(dá)40 Mbit/s。

(3)Wi-Fi

由于良好的性能和對(duì)一定移動(dòng)性的支持，Wi-Fi技術(shù)可以應(yīng)用于列車與核心網(wǎng)的無線接入。有研究對(duì)Wi-Fi提供列車連通性的適用性進(jìn)行了評(píng)估和測(cè)試[26]，結(jié)果顯示，Wi-Fi接入方案主要的缺點(diǎn)是切換機(jī)制的管理困難，從而降低了系統(tǒng)的總體吞吐量。針對(duì)這一問題，信令供應(yīng)商在802.11標(biāo)準(zhǔn)之上已經(jīng)建立了幾個(gè)專有解決方案?；赪i-Fi的車-地接入方案廣泛應(yīng)用于城市軌道交通CBTC和寬帶業(yè)務(wù)。

(4)RoF接入

文獻(xiàn)[27]提出一種基于RoF(光纖無線電)專用于高速列車場(chǎng)景的接入方案。該接入方案由CSS(控制中心)與若干遠(yuǎn)端天線單元RAU(射頻拉遠(yuǎn)單元)組成。CSS和等距離設(shè)置在軌道旁的RAU通過光纖環(huán)相連，并根據(jù)切換執(zhí)行時(shí)間，于兩者之間預(yù)留一段合適的無線覆蓋重疊區(qū)?！敖?jīng)典”蜂窩網(wǎng)絡(luò)在高移動(dòng)情況下會(huì)帶來頻繁切換問題，導(dǎo)致吞吐量顯著降低?；赗oF的通信系統(tǒng)有效地解決了這個(gè)問題。上海磁浮列車在上海機(jī)場(chǎng)和城市中心之間運(yùn)行(長(zhǎng)度約30 km)，速度可達(dá)500 km/h。上海磁懸浮列車采用基于RoF的無線接入技術(shù)的通信系統(tǒng)[18，28-29]，該系統(tǒng)依賴于光纖鏈路和沿列車軌道部署的無線電基站。在3.5、5.8 GHz的全雙工模式下吞吐量分別可達(dá)4、16 Mbit/s。

2 綜合承載業(yè)務(wù)需求分析

盡管高速列車、城市軌道交通、輕軌、磁浮列車等輪軌交通采用了不同的無線通信技術(shù)，根據(jù)以上幾類軌道交通的運(yùn)行特點(diǎn)，可以認(rèn)為車地間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型基本相同。如圖1所示，軌道交通車地通信綜合承載業(yè)務(wù)可以分為以下幾類：

圖1 車地通信業(yè)務(wù)分類

(1)列車運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)(安全類數(shù)據(jù))，包括：OCS運(yùn)行控制系統(tǒng)；OVC運(yùn)行語音通信系統(tǒng)；TOSM列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)；用于視頻監(jiān)控的圖像傳輸IMS，包括支持自動(dòng)駕駛的實(shí)時(shí)高清視頻傳輸，列車中的CCTV(安全閉路電視監(jiān)控)；PIS乘客信息服務(wù)。

(2)乘客多媒體服務(wù)(非安全類數(shù)據(jù))：主要為車內(nèi)乘客提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，包括信息、娛樂、視頻點(diǎn)播、在線游戲等業(yè)務(wù)。

實(shí)際上，高速飛行列車車地通信綜合承載業(yè)務(wù)分類與現(xiàn)行軌道交通也基本相同。但高速飛行列車運(yùn)行速度極快，不同于傳統(tǒng)輪軌高鐵的開闊環(huán)境，高速飛行列車運(yùn)行場(chǎng)景為密閉真空管道，對(duì)車地?zé)o線通信傳輸實(shí)時(shí)性和可靠性提出了更高的要求。第一，需要保證對(duì)管內(nèi)與車廂內(nèi)環(huán)境參數(shù)(如氣壓、溫度)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以確保車內(nèi)乘客的安全；第二，超高的運(yùn)行速度要求安全類數(shù)據(jù)(如列車位置信息)極低的端到端延時(shí)和切換延時(shí)；第三，真空管道為密閉環(huán)境，為保障行車安全，需要對(duì)列車外部及管道沿線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，因此對(duì)吞吐量要求更高。此外，高速飛行列車在列車長(zhǎng)度和載客容量上與傳統(tǒng)軌道交通區(qū)別較大。各類現(xiàn)行輪軌交通和真空高鐵的載客容量見表3，目前已發(fā)布的真空高鐵車型有三種，分別是Hyperloop One公司的“XP-1”型膠囊高鐵、中航科工集團(tuán)的“T-flight”高速飛行列車和HTT公司的“Quintero One”超級(jí)高鐵。各類輪軌交通與不同型號(hào)真空管道高鐵圖進(jìn)行對(duì)比見圖2。由于真空管道的限制，車廂長(zhǎng)度和載客量相比現(xiàn)行輪軌列車都大幅減少。本文基于已有各類型輪軌列車對(duì)車地傳輸性能的要求，考慮高速飛行列車極快的運(yùn)行速度、特殊的運(yùn)行場(chǎng)景以及載客容量，對(duì)高速飛行列車綜合承載業(yè)務(wù)傳輸指標(biāo)分析如下。

表3 載客容量對(duì)比

2.1 列車運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)(安全類數(shù)據(jù))

2.1.1 列車運(yùn)行控制系統(tǒng)

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是保障列車安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。高速飛行列車采用了磁浮技術(shù)，本質(zhì)上是一種高速磁浮列車，其列車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以參考現(xiàn)行上海高速磁浮列車控制系統(tǒng)(基于CBTC)[30]。高速飛行列車運(yùn)行在密閉真空管道內(nèi)，其運(yùn)行控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全過程實(shí)時(shí)控制列車運(yùn)行，除了列車發(fā)生故障或者管道出現(xiàn)泄漏時(shí)才需人工干預(yù)，一般情況下無需人工干預(yù)列車的運(yùn)行。

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的分布式控制系統(tǒng)，見圖3。主要由位于控制中心的中央控制系統(tǒng)、與牽引區(qū)段對(duì)應(yīng)的分區(qū)控制系統(tǒng)及位于列車上的車載控制系統(tǒng)三大部分組成。其中分區(qū)運(yùn)行控制中心與車載運(yùn)行控制中心通過車地?zé)o線通信系統(tǒng)雙向傳輸數(shù)據(jù)。高速飛行列車將被設(shè)計(jì)為以自動(dòng)駕駛為主，運(yùn)控設(shè)備發(fā)送的移動(dòng)授權(quán)為行車依據(jù)，自動(dòng)控制列車運(yùn)行。列車自動(dòng)運(yùn)行模式下，列車的正常運(yùn)行根據(jù)預(yù)先準(zhǔn)備好的時(shí)間表進(jìn)行(包含列車駕駛所需的必要命令)。為了能順利完成列車移動(dòng)授權(quán)、運(yùn)行狀態(tài)控制以及安全防護(hù)等信息在車地之間雙向穩(wěn)定傳輸，車地?zé)o線通信系統(tǒng)需要提供透明、可靠且高冗余度的傳輸通道。地面分區(qū)運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)備需要向列車傳輸移動(dòng)授權(quán)、臨時(shí)限速信息、時(shí)鐘同步狀態(tài)、運(yùn)營調(diào)整指令等信息；列車運(yùn)行控制系統(tǒng)需要向地面?zhèn)鬏斄熊囈苿?dòng)相關(guān)的信息(如列車識(shí)別號(hào)、列車頭/尾部位置、列車速度等信息)。

圖3中，每個(gè)分區(qū)控制系統(tǒng)都對(duì)應(yīng)一個(gè)牽引區(qū)段，分區(qū)控制系統(tǒng)中包含分區(qū)計(jì)算機(jī)、牽引系統(tǒng)等技術(shù)設(shè)備，這些設(shè)備包含用于列車控制、監(jiān)視和防護(hù)所需的全部功能。當(dāng)列車行駛在某一牽引區(qū)段時(shí)，牽引系統(tǒng)接收兩類信息，分別來自分區(qū)計(jì)算機(jī)和列車。第一類是分區(qū)控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)發(fā)送給牽引系統(tǒng)的列車運(yùn)行控制命令信息，主要包括列車運(yùn)行和監(jiān)控所需要的數(shù)據(jù)，包括牽引控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、速度-位置曲線等。第二類是牽引系統(tǒng)直接通過車地?zé)o線通信系統(tǒng)接收來自車載運(yùn)行控制系統(tǒng)的磁極相角信息，使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)完成牽引功率閉環(huán)控制。

地面分區(qū)運(yùn)行控制系統(tǒng)與列車間傳輸?shù)男畔⒕幋a長(zhǎng)度都較短，數(shù)據(jù)量不大，所以列車控制系統(tǒng)通常對(duì)帶寬要求不高。高速飛行列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的最小帶寬保證1 Mbit/s(包含牽引系統(tǒng)所需的列車定位信息)即可，考慮到同時(shí)會(huì)有兩輛列車運(yùn)行在單個(gè)小區(qū)內(nèi)，則單個(gè)小區(qū)上下行帶寬要求為至少2 Mbit/s。列車運(yùn)行控制系統(tǒng)與列車的運(yùn)營安全息息相關(guān)，各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求和優(yōu)先級(jí)最高，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院脱訒r(shí)要求極高。當(dāng)列車以1 000 km/h速度行駛時(shí)，需要保證誤碼率小于10-6，端到端傳輸延遲不得大于40 ms。但對(duì)于分區(qū)運(yùn)行控制系統(tǒng)中的牽引系統(tǒng)而言，實(shí)時(shí)且精確的列車定位信息是列車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)，同步直線電機(jī)控制和列車間隔控制也需要這類定位信息。為確保對(duì)牽引力的實(shí)時(shí)控制，上海磁浮列車牽引控制系統(tǒng)要求無線通信系統(tǒng)的傳輸延遲不大于5 ms。由于高速飛行列車運(yùn)行速度是上海磁懸浮列車速度的5倍以上，根據(jù)傳輸延遲要求與速度成反比關(guān)系，高速飛行列車牽引控制系統(tǒng)要求列車定位信息端到端傳輸延遲應(yīng)不大于1 ms。

2.1.2 運(yùn)行語音通信系統(tǒng)

運(yùn)行語音通信支持列車司機(jī)與鐵路行車調(diào)度控制中心之間通話，也支持列車司機(jī)、維修作業(yè)人員、控制中心以會(huì)議模式相互通話(群組呼叫)。系統(tǒng)需要支持列車廣播功能，實(shí)現(xiàn)控制中心對(duì)車內(nèi)乘客的緊急呼叫和廣播；在緊急情況下，車內(nèi)乘客也可以通過撥動(dòng)車廂內(nèi)的緊急呼救按鈕，建立與中心防災(zāi)調(diào)度員的通話。運(yùn)行語音通信每一路帶寬要求為32 kbit/s，考慮單小區(qū)內(nèi)10路通話并發(fā)(單呼、組呼和大小三角通信)，故小區(qū)內(nèi)并發(fā)通話所需要的總帶寬要求為320 kbit/s，考慮一定冗余量，則系統(tǒng)帶寬要求為500 kbit/s。運(yùn)行語音通信系統(tǒng)和列車的安全運(yùn)行相關(guān)，對(duì)于傳輸?shù)目煽啃院桶踩员纫话銟I(yè)務(wù)具有更高的要求，因此通道層要求獨(dú)立、高可靠性及冗余的信道。該業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)僅次于列控業(yè)務(wù)，端到端傳輸延遲要求不大于40 ms，數(shù)據(jù)誤碼率小于10-5。

2.1.3 用于視頻監(jiān)控的圖像傳輸

在傳統(tǒng)駕駛模式下，為了使列車司機(jī)可以及時(shí)獲取列車內(nèi)情況，通常只在列車車廂內(nèi)設(shè)置攝像頭。而高速飛行列車具有很高的自動(dòng)控制和防護(hù)特性，由控制中心實(shí)現(xiàn)車輛控制及調(diào)度。因此為保證車輛的安全運(yùn)行，列車車頭前部、內(nèi)部以及列車外部的真空管道沿線圖像都需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行摹Ｌ貏e是在飛行列車出現(xiàn)故障或真空管道發(fā)生泄漏時(shí)，列車需要執(zhí)行蠕動(dòng)模式運(yùn)行、進(jìn)入待規(guī)避線等特定操作，這些操作都需要在視頻監(jiān)控的輔助下由控制中心完成。同時(shí)也應(yīng)該增加車廂內(nèi)的攝像頭數(shù)量，以便車門旁的乘客通過緊急電話、緊急手柄和火災(zāi)煙霧探測(cè)裝置將事故現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像主動(dòng)推送至CCTV中，提高應(yīng)急處置效率。

與現(xiàn)行高速列車多節(jié)車廂結(jié)構(gòu)不同，高速飛行列車單列車只有一個(gè)車廂，整體長(zhǎng)度不超過36 m(參考中航科工的“T-flight”型列車)，因此在高速飛行列車乘客車廂可設(shè)置2個(gè)攝像頭。為了對(duì)列車外部的真空管道環(huán)境實(shí)時(shí)全面的監(jiān)控，需要在列車外部設(shè)置6個(gè)攝像頭。視頻監(jiān)控系統(tǒng)從HDTV(高清晰度電視)IP攝像頭、位于列車上的HS-SDI(高清串行數(shù)字接口)攝像頭(用于列車運(yùn)行)、位于運(yùn)行軌道旁的HS-SDI攝像頭(用于軌旁設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè))實(shí)時(shí)捕獲720 P或1 080 P的高清視頻圖像。車廂內(nèi)外8臺(tái)攝像頭捕獲視頻的幀率為每秒25幀，壓縮率為1∶50(使用H.264/MPEG-4壓縮算法)。每臺(tái)攝像頭的上行傳輸速率為2 Mbit/s，因此6臺(tái)攝像頭的上行傳輸速率達(dá)16 Mbit/s(包括乘客應(yīng)急求助報(bào)警所需帶寬)。上行業(yè)務(wù)占據(jù)了視頻監(jiān)控服務(wù)的大部分帶寬，下行業(yè)務(wù)主要是為了實(shí)現(xiàn)控制中心對(duì)CCTV的控制，占用帶寬較少，需要500 kbit/s?？梢?，該業(yè)務(wù)的信息主要是視頻信息，數(shù)據(jù)量較大，要求大帶寬、高質(zhì)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通道，減少重傳，降低時(shí)延。車地通信網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)延應(yīng)小于150 ms，數(shù)據(jù)誤碼率應(yīng)小于10-3。

2.1.4 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)

列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)是指列車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過一定數(shù)量傳感器采集列車關(guān)鍵參數(shù)并傳遞至地面監(jiān)測(cè)中心分析處理。這些參數(shù)包括電流、電壓、氣壓和軸溫等基本參數(shù)，還有列車懸浮架、渦流制動(dòng)、車載發(fā)電與供電等系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。同時(shí)，系統(tǒng)記錄并存儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行過程中的故障信息，如時(shí)間、位置、相關(guān)參數(shù)的當(dāng)前值及其變化。這些數(shù)據(jù)需要由車地?zé)o線通信系統(tǒng)發(fā)送給地面系統(tǒng)進(jìn)一步的分析和處理，為列車檢修提供信息和數(shù)據(jù)，縮短檢修時(shí)間，節(jié)約維修成本。列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)主要包括五個(gè)環(huán)節(jié)：信息采集、信息傳輸、信息顯示、信息處理分析和信息發(fā)布。系統(tǒng)需要將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從列車實(shí)時(shí)傳輸至地面設(shè)備，故主要是上行業(yè)務(wù)。考慮其他應(yīng)用信息的傳輸預(yù)留，上行業(yè)務(wù)帶寬應(yīng)不小于1 Mbit/s。該業(yè)務(wù)要求低速可靠傳輸，傳輸優(yōu)先級(jí)僅次于列控?cái)?shù)據(jù)，端到端傳輸延時(shí)要求小于50 ms，數(shù)據(jù)誤碼率小于10-3。

2.1.5 乘客信息服務(wù)系統(tǒng)

PIS系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心，依托多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以車載顯示終端為媒介向乘客提供語音、數(shù)據(jù)和視頻信息。提供的信息包括出行須知、天氣預(yù)報(bào)、政府公告、時(shí)間、出行參考等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的便民信息。同時(shí)，系統(tǒng)也向乘客傳遞換乘時(shí)間、列車當(dāng)前時(shí)速、列車時(shí)刻表等列車運(yùn)行相關(guān)信息。系統(tǒng)主要是下行業(yè)務(wù)，需要從控制中心傳輸高清數(shù)字視頻和大量文字信息到運(yùn)行列車上。列車運(yùn)行過程中，需要保證視頻播放無卡頓，文字傳輸不中斷。PIS系統(tǒng)一般采用廣播的形式向小區(qū)內(nèi)所有在線列車下發(fā)一路高清數(shù)字視頻信息，多媒體直播視頻編碼格式一般為MPEG-4，帶寬為2 Mbit/s，若單小區(qū)在線列車為2列并為其他信息考慮帶寬預(yù)留，下行業(yè)務(wù)帶寬需求為至少8 Mbit/s。乘客信息服務(wù)主要是為乘客提供多媒體信息服務(wù)，傳輸優(yōu)先級(jí)最低，并且對(duì)信息傳輸延時(shí)要求不高，端到端數(shù)據(jù)延時(shí)要求不大于300 ms。但為了保證下發(fā)的直播視頻流暢播放，對(duì)傳輸誤碼率有較高要求，數(shù)據(jù)誤碼率需要控制在10-6以內(nèi)。

2.2 乘客多媒體服務(wù)(非安全類數(shù)據(jù))

隨著公共互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，無線通信已深深融入人們的生活，人們對(duì)于通信速率的要求也越來越高，列車上用戶的移動(dòng)性多媒體服務(wù)需求也在不斷增長(zhǎng)。因此鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)有必要通過利用新技術(shù)改善現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)使旅行更加舒適和愉快。關(guān)于用戶需求，不同類型的用戶具有不同的需求。對(duì)于商業(yè)用戶，主要的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求是瀏覽網(wǎng)頁、電子郵件等吞吐量和實(shí)時(shí)性要求不高的業(yè)務(wù)。對(duì)于普通用戶，主要的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求則是實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序(即時(shí)游戲、視頻通話、在線聊天)，這類應(yīng)用需要較大的帶寬和較高的實(shí)時(shí)性。同時(shí)用戶需求具有下行吞吐量遠(yuǎn)大于上行吞吐量的特點(diǎn)，對(duì)于商業(yè)用戶，下行帶寬的吞吐量約為上行吞吐量的4倍，普通用戶則可達(dá)9倍[31]。

假設(shè)整列車定員數(shù)為15人，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，5G終端滲透率為80%，則單列車5G終端用戶數(shù)為12人。5G支持0.1～1 Gbit/s的傳輸速率，在進(jìn)行全緩沖業(yè)務(wù)時(shí)，用戶激活附著比為70%(即70%用戶會(huì)進(jìn)行業(yè)務(wù))，用戶業(yè)務(wù)并發(fā)率為10%，則單用戶平均吞吐量要求為7～70 Mbit/s，整列車乘客吞吐量達(dá)到84～840 Mbit/s，在列車會(huì)車時(shí)，需求吞吐量將翻倍。

2.3 車地?zé)o線通信需求

城市軌道交通(LTE-M)，高速鐵路(LTE-R智能鐵路)，高速磁浮列車(38G無線電系統(tǒng))的車地通信需求[18]見表4。

表4分析預(yù)測(cè)了高速飛行列車車地?zé)o線通信的性能需求指標(biāo)。車地?zé)o線通信傳輸性能可以根據(jù)某些特征來描述，例如各鏈路(上行鏈路/下行鏈路)上傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量和類型，也可以根據(jù)一些KPI(關(guān)鍵性能指標(biāo))來描述，例如端到端傳輸延遲，傳輸周期，丟包率或誤碼率。丟包率或誤碼率可以用來確定QoS。

根據(jù)表4可得各類軌道交通車地通信總帶寬需求。城市軌道交通上、下行總帶寬需求分別為6.7、8.5 Mbit/s；高速鐵路上、下行總帶寬需求分別為4.8、8.2 Mbit/s；高速磁浮列車上、下行總帶寬需求分別為4.8、8.2 Mbit/s。預(yù)測(cè)高速飛行列車上、下行總帶寬需求分別為9.8、17.6 Mbit/s，可見相比較現(xiàn)行輪軌交通，預(yù)測(cè)高速飛行列車對(duì)車地通信帶寬的要求更高(主要是CCTV和PIS業(yè)務(wù))。高速飛行列車運(yùn)行速度極快，對(duì)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)(直接涉及安全問題)傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性要求較高。因此預(yù)測(cè)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)延時(shí)需求遠(yuǎn)小于現(xiàn)行軌道交通，尤其是列車位置信息(列車自動(dòng)運(yùn)行控制地基礎(chǔ))，預(yù)測(cè)位置信息延時(shí)需求不大于1 ms。另一方面高速飛行列車運(yùn)行在密閉真空管道中，相比傳統(tǒng)軌道交通開放運(yùn)行場(chǎng)景，其運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要更及時(shí)地傳輸?shù)娇刂浦行?，預(yù)測(cè)延時(shí)需求不大于50 ms，僅次于運(yùn)行控制數(shù)據(jù)。

表4 車地?zé)o線通信需求分析

3 高速飛行列車車地?zé)o線通信所面臨的問題

(1)真空管道內(nèi)電波傳播環(huán)境特殊

無論采用無線自由波、或者漏波等其他技術(shù)在低真空管道內(nèi)部進(jìn)行無線覆蓋，全封閉狹長(zhǎng)的低真空管道腔體的傳播耦合特征都將非常特殊。其電波的覆蓋特性不同于傳統(tǒng)鐵路隧道環(huán)境(水泥、巖石)下的電波覆蓋特性，主要原因有三個(gè)方面：一是電波的進(jìn)場(chǎng)輻射特性受金屬管道的影響很大，輻射功率密度的分布有較大改變；二是輻射波遇到金屬管道壁，會(huì)以近似全反射的形式在管道內(nèi)傳遞，其邊界條件完全不同于傳統(tǒng)隧道環(huán)境；三是金屬管道的橫截面形狀和尺寸也與傳統(tǒng)隧道不同，使得金屬管道內(nèi)的模式分布具有不同的特點(diǎn)[8]。

(2)頻繁越區(qū)切換和群切換

與當(dāng)前輪軌高鐵相同，當(dāng)高速飛行列車行駛到小區(qū)邊緣，基站將同時(shí)收到列車上多個(gè)用戶的切換請(qǐng)求，即發(fā)生群切換，造成“信令風(fēng)暴”。此外，由于1 000 km/h以上的超高速移動(dòng)，高速飛行列車在傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)的駐留時(shí)間秒級(jí)急劇減少，這樣導(dǎo)致極其頻繁的小區(qū)切換，為減少切換信令，避免信令風(fēng)暴，降低網(wǎng)絡(luò)切換的負(fù)荷，對(duì)切換效率和基站配置提出了較高要求，避免對(duì)用戶通信質(zhì)量的影響。

(3)極高多普勒頻移

在高速飛行列車超高移動(dòng)性環(huán)境中，信道沖擊響應(yīng)將呈現(xiàn)快衰落特性，導(dǎo)致多普勒頻移較大。假設(shè)載頻fc=2.5 GHz，高速飛行列車速度v=1 000 km/h，此時(shí)最大多普勒頻移高達(dá)fd=2 316 Hz。多普勒效應(yīng)導(dǎo)致無線通信環(huán)境的惡化，頻偏過大會(huì)導(dǎo)致解調(diào)符號(hào)產(chǎn)生相位誤差，造成信道錯(cuò)誤估計(jì)，導(dǎo)致無線信號(hào)偏移、頻譜拓寬、數(shù)據(jù)傳輸誤碼率升高，影響通信質(zhì)量。目前LTE支持350 km/h的終端移動(dòng)速度，面向高速列車設(shè)計(jì)的LTE-R通信系統(tǒng)最高支持500 km/h的移動(dòng)速度[11]，而高速飛行列車速度高達(dá)1 000～4 000 km/h，可見現(xiàn)有通信系統(tǒng)無法支撐真空管道列車車地通信。

4 結(jié)束語

現(xiàn)今，中國已全面掌握了高鐵核心關(guān)鍵技術(shù)，并引領(lǐng)著世界高鐵發(fā)展的潮流。被稱為“第五種交通工具”的真空管高速飛行列車，是全世界公認(rèn)的發(fā)展方向。但由于高速飛行列車的運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行時(shí)速以及運(yùn)行控制等方面的特殊性，現(xiàn)有的軌道交通車地?zé)o線通信技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足其在數(shù)據(jù)傳輸方面實(shí)時(shí)性、可靠性的要求，因此，面向高速飛行列車的車地通信系統(tǒng)的研究顯得尤為重要。現(xiàn)階段，對(duì)于真空管飛行列車的研究尚屬于前瞻性研究，對(duì)于高速飛行列車車地通信技術(shù)的研究還未給出定性指標(biāo)與結(jié)論。本文總結(jié)了現(xiàn)行各類輪軌交通應(yīng)用的車地?zé)o線通信技術(shù)與無線接入方式，并總結(jié)了車地通信需求指標(biāo)。高速飛行列車實(shí)質(zhì)上是運(yùn)行在真空管道內(nèi)的磁浮列車，本文基于已有的無線通信技術(shù)，結(jié)合高速飛行列車運(yùn)行特點(diǎn)和現(xiàn)行輪軌交通的通信需求，對(duì)高速飛行列車車地通信數(shù)據(jù)類型和指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)分析。最后指出了高速飛行列車車地?zé)o線通信存在的主要挑戰(zhàn)。