收稿日期:20131204
作者简介:孙寰宇(1975 ),男,工程师,2006年毕业于武汉大学,工学硕士,E-mail:sunhuanyu@https://www.doczj.com/doc/ae18999954.html,三
第58卷 第8期2014年8月
铁道标准设计
RAILWAY STANDARD DESIGN
Vol.58 No.8Aug.2014
文章编号:10042954(2014)08015904
基于LTE 技术的车地无线通信组网方案研究
孙寰宇1,顾向锋2
(1.郑州市轨道交通有限公司,郑州 450002;
2.中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,郑州 450002)
摘 要:基于轨道交通车地无线通信技术应用现状分析,结合轨道交通现场条件和乘客信息系统对车地无线通信的需求,提出适用于轨道交通的TD-LTE 技术组网方案,并进一步在郑州市轨道交通1号线一期工程实验验证三该方案能够解决现有地铁行业车地通信的瓶颈,能够达到净化隧道区间二减少隧道设备二降低维护工作量的目的,有利于其他系统接入三
关键词:轨道交通;TD-LTE ;乘客信息系统;车地无线通信;无线局域网
中图分类号:U239.5;U285.2 文献标识码:A DOl:10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.039
Research on Networking Plan for Train-Ground Wireless
Communication System Based on LTE Technology
SUN Huan-yu 1,GU Xiang-feng 2
(1.Zhengzhou Metro Co.,Ltd.,Zhengzhou 450002,China;2.The 4th Branch,China International Telecommunication Construction Group Design Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450002,China)
Abstract :Based on analysis of present application status of train-ground wireless communication
technology in rail transit,considering the field condition of rail transit,and in combination with the
wireless communication requirement of passenger information system,this paper proposed the networking
plan suitable for rail transit based on TD-LTE technology.And then the experimental validation of this
networking plan was carried out with the first-phase project of Zhengzhou urban rail transit Line 1.Finally this paper come to the conclusion that this networking plan can solve the bottleneck problem of train-ground communication of rail transit at present,can achieve the goals of purifying the tunnels,reducing
tunnel equipment and decreasing maintenance work,and can be good for the access of other systems.Key words :rail transit;TD-LTE;passenger information system;train-ground wireless communication;
wireless local area network
随着城市轨道交通系统的不断发展,其安全性二
舒适性和高效性得到社会的普遍关注三车地无线通信系统担负着轨道交通运行中车厢内与外界信息交互的 桥梁 作用三除了承载传统的语音业务,还需要承载
乘客出行信息二视频监视信息二宽带集群二多媒体广告信息二电视信息以及CBTC 等业务,在提高地铁运营效率二公共安全管理以及改善乘客出行体验方面都起着重要的作用三
目前国内建设的城市轨道交通车地无线通信系统
采用的技术基本为802.11系列无线局域网技术(WLAN)[1],WLAN 作为一种宽带无线接入网技术,其网络化二宽带化等特点具有相当的优势三但目前采用
的WLAN 技术方案具有很大的局限性:WLAN 网络在固定情况下能提供高达54Mbps 的数据带宽,但在支持步速移动情况下提供11~13Mbps 的数据带宽,仅能实现标清信号的传输,暂不能满足高清的要求[2];WLAN 天线覆盖范围较小,轨旁AP 在直线隧道一般每间隔200m 布设1个,系统越区切换频繁,导致系统易丢包,造成视频画面停滞或马赛克系统工作[3];WLAN 工作在2.4G 频段,干扰源多,对运营安全要求较高的无线传输系统会导致系统传输中断,进而影响
车辆的正常运行[4]三
随着宽带无线技术的不断发展,新技术的出现,尤其是第四代移动通信技术LTE的日渐成熟[5],使轨道交通无线网络的统一二达到更好的传输效果成为可能三1 乘客信息系统车地通信需求
1.1 业务需求
乘客信息系统(PIS)依托多媒体网络技术,以计算机系统为核心,以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供下列信息服务三
(1)安防业务
提供车地高清视频传输业务,实时监控车厢内一举一动,为公安系统提供实时动态图像传输,以应对紧急突发事件三
在紧急情况下,本着运营安全信息优先使用的原则,可提供动态辅助性提示三车载设备负责接收系统无线传输的信息,经处理后转发给车辆专业,以便其在列车客室内音二视频播放,使乘客通过正确的服务信息引导,安全二便捷地乘坐地铁三能实时传输监控二检测二车厢内管理数据等信息,监控行车状态三(2)乘运业务
乘客信息系统在正常情况下,提供乘车须知二地铁首末车服务时间二列车到站时间二列车时刻表二管理者公告等运营信息及政府公告二出行参考二媒体新闻二赛事直播三
(3)增值业务
提供高清广告等公共媒体实时信息投放平台,目前细分时间段的广告投放是重要的广告盈利模式三1.2 带宽需求
PIS系统各种业务着眼于在移动状态下提供高清,实时监控,车辆管理信息及测试诊断信息,增值业务等;因此,对车地无线的需求的落脚点是 高移动性+稳定宽带 三
地铁列车一般由6~8节车厢组成,车辆监控方案中每节车厢放置2个摄像机,车头车尾各1个,全车共14~18个摄像机三
对于上行信息,每列列车向控制中心至少上传2路车载安全监控视频系统视频信息,视频图像的压缩格式采用MPEG-4或H.264,图像质量要求达到D1(720?576),每路按2Mbps计算,带宽约为4Mbps;每列列车向控制中心上传14路车载视频系统信息,以D1(720?576)图像质量上传,每路按2Mbps计算,带宽约为28Mbps三
对于下行信息,由控制中心向列车下发2路高清数字视频信息,视频编码采用MPEG-2二MPEG-4或H.264格式,带宽约为8Mbps三
根据上述信息类型的分析后,车地传输的带宽一般需要,下行带宽为8Mbps,如果每列车上传2路视频图像上行带宽为4Mbps,当14路监控同时上传时上行带宽至少为28Mbps三
1.3 高速移动性需求
地铁列车最高运行速度一般为80km/h,车辆构造速度为90km/h三车地无线传输网系统应充分考虑列车在高速情况下的切换问题,采取有效措施减少切换时间和降低因切换带来的数据损失,以保证在车上的实时播放不中断(切换时间应少于50ms),且播放质量不受影响三
1.4 QoS需求
PIS系统无线带宽应有QoS分级控制三所传图像要顺畅清晰,不能出现画面中断或者跳播现象三
2 TD-LTE技术介绍
TD-LTE是一种新一代宽带移动通信技术,是我国拥有自主知识产权的TD-SCDMA的后续演进技术, TD-LTE目前已成为3GPP里面唯一的基于TDD技术的4G LTE标准技术三
2.1 TD-LTE的关键技术
基于TDD的双工技术二基于OFDM的多址接入技术和基于MIMO的多天线技术是TD-LTE标准的三大关键技术三[6]
(1)基于TDD的双工技术
TDD时间切换的双工方式是在一个帧结构中定义了它的双工过程,它是用时间来分离接收和发送信道三在TDD方式的移动通信系统中,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载,其单方向的资源在时间上是不连续的,时间资源在两个方向上进行了分配,基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作三
(2)基于OFDM的多址接入技术
正交频分复用技术(OFDM)的基本原理是将一个较宽的频带分成若干个彼此正交的子载波,在每个子载波上进行窄带调制和传输,这样既减少了子载波间的相互干扰,同时又提高了频谱利用率[7]三OFDM技术是LTE系统的技术基础与主要特点,具有诸多优势,例如在频率选择性衰落信道中具有良好的性能,基带接收机复杂性低,拥有较好的频谱特性和较强的多宽带处理能力等三
(3)基于MIMO的多天线技术
多输入输出(MIMO)技术包含空分复用二空间分集二波束赋形等多项技术,其主要思想是在多组不相关
061铁道标准设计第58卷
的天线上分别发送多个数据流,把传统通信系统中损害系统性能的多径衰落因素转变成对用户通信性能有利的增强因素三该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率,是无线通信系统实现高数据速率传输和提高传输质量的重要途径三2.2 TD-LTE与WLAN比较分析
LTE技术具有高数据速率二分组传送二延迟降低二广域覆盖和移动支持能力强等优势,主要有以下特点三(1)在20MHz频谱带宽下能够提供下行100 Mbps二上行50Mbps的峰值速率三0~120km/h移动场景下平均吞吐速率达到70Mbps,上行速率26 Mbps,下行速率44Mbps三
(2)下行链路频谱利用率可达到5bps/Hz,上行链路频谱利用率可达到2.5bps/Hz三
(3)支持成对或非成对频谱,可灵活配置1.4~ 20MHz间的多种系统带宽三TDD LTE可以调整上下行流量三
(4)扁平网络架构,网元节点少,用户面传输时延<10ms,控制面信令传输时延<100ms三(5)严格的QoS机制保证多种不同质量要求的业务并发的服务质量三
(6)采用频偏补偿机制,有效克服多普勒效应,确保高速移动场景下的无线链路质量三
(7)切换时参考频率偏移变化,提高切换成功率,保证高速切换场景下的带宽稳定三
(8)多RRU共小区,减少由于切换带来的时延二抖动二丢包,保证高速切换场景下的带宽稳定三目前轨道交通车地通信主要通过WLAN承载,存在安全性差二覆盖难二切换频繁二移动场景带宽低二干扰源多等问题,需要一套稳定的车地通信系统,实现车-地间的信号和数据的传输三
TD-LTE与WLAN技术对比见表1三
表1 TD-LTE与WLAN技术对比
序号比较内容TD-LTE WLAN(802.11x)
1带宽时速120km/h时,有效带宽>50Mbps,峰值带宽可达100Mbps120km/h时,有效带宽<2Mbps
2系统频带700,800,900,1800MHz,1.9,2.1,2.3,2.5,2.6GHz 2.4GHz和5.8GHz
3QoS保证可为不同业务设定不同等级QoS服务,易集成多种服务,可支持8级优先级调度带宽不稳定,服务性能不保证
4切换时间100ms左右100ms~数百毫秒
5传输时延~10ms几百毫秒
6干扰来源取决于系统占用的频段受到众多ISM无线系统的干扰严重7发射功率车载终端约2W 基站20~80W<100mW
8覆盖距离3~4km(城区),1.4km(隧道),支持多RRU共小区低于400m(城区) 低于200m(隧道) 9接入方式OFDMA/SC-FDMA基站二终端侧加强高速场景纠偏功能OFDMA/DSSS
10移动性管理完善的MAC机制载波侦听冲突检测
11组网方式小区间干扰避免技术丰富(小区间干扰协调)3Channel组网,AP个数受限
3 地铁TD-LTE车地无线解决方案
采用先进的4G TD-LTE技术的宽带多媒体数字传输系统提供了从芯片二终端二网络到应用的端到端解决方案,为行业客户提供了在一张网络内二使用一个频率,在一部终端上同时提供专业级的宽带数据传输二高清视频上传及分发调度等丰富的多媒体通信手段,同时在网络的安全性二可靠性二可扩展性及定制化等方面具有强大的技术优势三
TD-LTE宽带多媒体技术可根据轨道交通应用场景特点对空口性能做相关优化工作,增加了小区覆盖,保证视频数据的实时二清晰播放,降低信号传输时延保证信号业务的高优先级和可靠的快速传输,支持超过120km/h的高速运动场景下相关业务的有效性,通过完善的QoS保障机制,区分优先级保证高优先级的QoS要求,可同时支持乘客信息系统和信号系统业务的并发,打造新一代的统一平台的车地无线系统三为验证新一代无线通信技术TD-LTE在城市轨道交通车地传输的应用,通过郑州地铁1号线部署一张TD-LTE网络,用于承载具有宽带数据要求的PIS系统和车载CCTV车地无线传输网络三通过实际应用验证车地无线(TD-LTE)传输网在城市轨道交通领域应用方案的合理性二功能完备性二技术先进性三
3.1网络总体架构
基于TD-LTE技术PIS系统车地无线解决方案由3层网络架构组成,分别为控制中心子系统二车站子系统二区间覆盖子系统和车载子系统,如图1所示三控制中心子系统,主要实现PIS系统的编辑二播放二管理及控制等功能,通过PIS系统交换机与TD-LTE核心网设备互联,使用GE/FE光口或电口连接,实现中心PIS信息在车地无线传输系统的传输三车站子系统主要由基站二传输设备和配套设施构成,在车站站台布置TD-LTE基站的BBU和RRU设备,覆盖站台周边区域,根据无线信号覆盖的要求在隧道区间布置RRU设备延伸无线覆盖,实现与车载无线设备之间的无线数据通信三各基站通过百兆以太网接
161
第8期孙寰宇,顾向锋 基于LTE技术的车地无线通信组网方案研究
入车站网络交换机,通过通信传输系统提供的通道与
控制中心连接三
地铁正线二出入段二出入场线隧道利用商用泄漏电缆进行无线覆盖,将RRU 信号合路进泄漏电缆中,车辆段二停车场地面及库内采用天线覆盖三
在每列车的车头二车尾各设置1套车载无线设备
(TAU),通过车载交换机与车载LCD 控制器相连,接
收由控制中心提供的实时视频信息和向控制中心发送多路实时的车厢监控信息
三
图1 TD-LTE 车地无线通信系统网络架构
3.2 无线覆盖方案
基于TD -LTE 的PIS 车地无线通信系统采用
BBU+RRU 方式进行无线覆盖,如图2所示三在车站
设置基站基带设备(BBU)和射频单元(RRU),BBU 可设于车站设备室,RRU 可设于隧道入端,TD-LTE 信号通过合路器与POI(多系统接入平台)输出的商用通信系统信号合路,合路后的无线信号送入商用漏泄电缆中,实现隧道内覆盖三为实现隧道长区间TD-LTE 无线信号覆盖,采用在区间增设RRU 方式,TD-LTE 信号通过区间多频分合路器合路,合路后的无线信号送入区间漏泄电缆中三基于实际情况考虑,站间距按
1.2km 规划,大于1.2km 的地方需要增加RRU,大于
2.4km 的地方需要增加2个RRU三
4Path RRU 分别连接隧道区间左右两端的2根商用漏缆,达到2T2R 的MIMO 效果三TD-LTE 系统可以根据业务类型及带宽需求灵活配置TD-LTE 帧的上二下行配比,如2DL ：2UL二3DL ：1UL 等三同时,系统应按车站双向隧道划分小区,将地铁在两个运行方向上
划分成不同小区,并利用小区合并技术,减少小区数量及切换次数三这样可以使地铁两个运行方向上,都获得足够的资源支持大数据传输
三
图2 TD-LTE 无线覆盖示意
4 工程经济性研究
基于LTE 的车地无线通信系统相对于采用
WLAN 的传统车地无线通信系统具有更高的综合经济效益三主要体现在基础建设与维护成本和增值服务效益等几个方面三
从目前LTE 的设备商务水平看,比WLAN 略高,
但是由于LTE 技术可以支持大型组网,它的三层式网络架构使得LTE 解决方案可以共用最上层的核心网设备,针对轨道交通而言,一个城市会建设多个地铁线路,而LTE 的网络架构和技术体制使多个地铁线路共用一个平台成为可能三另外,LTE 车地无线通信系统可实现一张网络同时承载PIS二CCTV二宽带集群二CBTC,宽带集群同时支持语音及视频调度,这样就避免了多张网络独立建设与共存的问题,大大减少了投
资建设成本三
同时随着LTE 全球商用化的进程进一步加快,全球各大设备供应商的全力投入以及产业链和产业生态环境的快速发展,整体设备和终端成本会有较大的降低,预计到2014年设备成本会迅速降低到一个与工业级WLAN 相当的水平三因此LTE 的固定成本整体看并不比WLAN 高很多,甚至会比WLAN 低三
可变成本主要是安装成本二维护成本和运营成本构成,由于WLAN 的1个AP 覆盖的范围只有150~200m,一条轨道线路基本要按照200~600个AP 进行部署,而LTE 由于远覆盖的技术一个基站可以覆盖1500m,一条轨道线路只需要20~60个AP 进行部署,2
61铁道标准设计第58卷
即可保证整条线路的覆盖,因此在施工安装的成本上会远远低于WLAN;同时LTE 基站设备采用分布架构,轨旁设备为射频单元,可通过远程网管监控管理,无需进行轨旁设备的巡检维护,而且WLAN 的设备数量比LTE 的基站多10倍,因此巡检维护二故障维修都没有LTE 容易,耗电量也比LTE 高,需要配置更多的人力维护和增加更多的电费成本,因此运营成本和维护成本会随着后续地铁线路的运营急速增加三
增值服务效益方面,由于采用LTE 的车地无线同系统具有高用户数据速率二高系统容量的特点三除了全程提供乘车指引及咨询服务二车上实时娱乐信息传递二到站换乘等列车咨询二地铁周边设施及方位信息等基本业务外,网络可以承载更加丰富的多媒体增值服务,如实时电视转播二互动广告二品牌传播等三5 结论
TD-LTE 作为目前最为先进的4G 无线技术,具有
高带宽二高质量二高可靠二高抗干扰能力等优良特性,与传统WLAN 技术相比更为适合应用于轨道交通车地无线通信领域三同时,TD-LTE 车地无线通信系统使
用专用频段,抗干扰能力强,可以共用商用通信系统的泄漏电缆,施工难度小,设备维护工作量少三为充分利用该系统的多业务承载能力,可综合考虑地铁内其他
业务的应用,如车辆信息管理系统二车辆检测信息系
统二预警监视二宽带集群和CBTC 等三参考文献:
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[J].铁道标准设计,2013(3).收稿日期:20140515
作者简介:沈月荣(1978 ),男,工程师,E-mail:84437246@https://www.doczj.com/doc/ae18999954.html,三
第58卷 第8期2014年8月
铁道标准设计
RAILWAY STANDARD DESIGN
Vol.58 No.8Aug.2014
文章编号:10042954(2014)08016305
沈阳北站交通枢纽市政配套工程改造设计
沈月荣,赵 畅
(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)
摘 要:结合沈阳北站市政配套设施改造的工程实例,从设计根源入手对改造设计进行分析二研究,得出对既有交通工程进行市政配套改造应充分考虑和分析工程的现状二改造目的及工程所在区域远期定位等制约因素,抓住影响设计的关键,分析市政设施的交通组成及所服务的客流的来源及去向,明确各股客流的换乘需求,并结合对既有设施的有效利用,使设计更加合理,从而实现市政配套工程与车站和城市的有效衔接三关键词:交通枢纽;高速铁路;轨道交通;综合运输
中图分类号:U291.7+3 文献标识码:A DOl:10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.040
Brief Analysis on the Design for Reformation of Municipal Auxiliary Projects of Transport Hub at Shenyang North Railway Station
SHEN Yue-rong,ZHAO Chang
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300251,China)
随着国民经济和城市建设的发展,伴随人们对交
基于LTE技术的车地无线通信组网方案研究
作者：孙寰宇， 顾向锋， SUN Huan-yu， GU Xiang-feng
作者单位：孙寰宇,SUN Huan-yu(郑州市轨道交通有限公司,郑州,450002)， 顾向锋,GU Xiang-feng(中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,郑州,450002)
刊名：
铁道标准设计
英文刊名：Railway Standard Design
年，卷(期)：2014(8)
引用本文格式：孙寰宇.顾向锋.SUN Huan-yu.GU Xiang-feng基于LTE技术的车地无线通信组网方案研究[期刊论文]-铁道标准设计 2014(8)
B2.1系统概述 乘客信息系统PIS是以计算机及多媒体应用为平台，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息的系统。乘客信息系统在正常情况下，提供乘车须知、服务时间、列车到发时间、列车时刻表、管理者公告、政府公告、出行参考、股票信息、媒体新闻、赛事直播、广告等实时动态的多媒体信息；在火灾、阻塞及暴恐等非正常情况下，提供动态紧急疏散提示。车载设备通过无线传输实时或预录接收信息，经处理后在列车客室LCD显示屏上进行音视频播放。 车地无线系统作为地铁PIS的重要组成部分，是中央控制中心、车站分中心与移动中的列车保持实时信息交互的重要通道，可以让处于隧道、停车场、车辆段中的列车实时与上级中心进行信息交互，使地铁车站和运营中心值班人员可以实时观察运行中列车乘客车厢、司机室内情况，司机能实时观察本列车乘客车厢内情况；运营中心向运行中列车发布及时信息，实时转播数字电视节目；运行中列车的紧急状态，如火灾报警、紧急开关车门，实时上传到运营中心和车辆段车场调度中心，便于进行地铁运营管理和为乘客信息化服务。 车地无线网络主要用来实现车－地之间的实时信息交换功能。为实现列车上信息与车站局域网内信息的双向传输，保证对运行过程中的列车车厢内情况进行实时监控，同时为车厢内的乘客提供电视直播信息等服务，需要在地铁系统内建设一套高带宽、无缝漫游的车地无线网络系统。 本工程乘客信息系统（PIS）是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，通过设置在站厅、站台、列车客室的显示终端，让乘客实时准确地了解列车运营信息和公共媒体信息的多媒体综合信息系统。在正常情况下，运营信息、公共媒体信息共同协调使用；在紧急情况下运营信息优先使用。 深圳地铁11号线一期工程包含18座车站（其中高架站4座）、1座控制中心、1座车辆段、1座停车场，同时初期配备33列列车（未来近期50列，远期59列）。乘客信息系统在各车站、控制中心、车辆段、停车场和区间隧道设置PIS设备，为乘客提供信息服务。
5.8G频段的CBTC车地无线通信子系统 解决方案 一、项目的开发背景 众所周知，在2012年11月份深圳地铁信号多次受到便携式Wi-Fi的干扰造成地铁列车停止运行。便携式Wi-Fi一般使用2.4Ghz这个频率，这个属于非注册频率，不需要申请，谁都可以用，可以说是最方便但是最不安全的。而且，许多家用电子设备都使用2.4Ghz进行通讯，例如无线路由器、iPad、无线鼠标、无绳电话、蓝牙设备等，甚至微波炉也是使用这一频率。基于无线通信的列车自动控制系统，即CBTC(Communication based Train Control)，也称移动闭塞信号系统。该系统借助无线网络进行数据传输，也使用公用频段2.4Ghz。这势必会造成信号系统频率的干扰，随着现在移动通信系统上网速度越来越快，采用便携式WIFI的设备也会越来越多，也势必造成更大的信号冲突。因此，基于无线通信的列车自动控制系统采用新的频段也迫在眉睫、刻不容缓！ 二、地铁2.4G与5.8G通信系统的比较分析 目前，在新建地铁信号系统的方案选择上，采用CBTC无线AP（无线接入点）接入方式的线路已越来越多。采用AP接入，具有成本较低、通讯带宽高、可部分使用商用设备、安装调试方案灵活、施工时间短等优点。 现在我国在建或改造的的地铁线路中采用无线AP点接入就有北京地铁4号线，10号线，深圳地铁2号线等。这些方案在无线频率的选择上又分为2.4G ISM频段和5.8G ISM频段。我国开放这两个频段为ISM频段
的时间还比较短，应用在大型工程上的案例还不多，尤其是5.8G 频段更是较少。 1、地铁列车的拓扑模型 地铁也是铁路运输的一种模式，它的运营组织和线路结构和大铁路相比虽然简单，但基本要素相同。采用AP 无线覆盖时的结构如图1。 图 1 为提高可靠性采用的对向双信道覆盖 地铁列车运行时不断从一个小区（AP 的覆盖范围）进入到下一个小区。这时，影响车地通信的可靠性的的因素，应从二个方面考虑： i. 小区内：因高速移动产生的多普勒频移；隧道壁反射无线电波引起的多径反射；地铁列车对信号的阻隔影响等。 ii. 穿越小区时：高速移动产生的多普勒频偏使AP 切换时检测不到临区；频繁的AP 位置登记和认证造成通信的暂时中断等。 从图1可以看出，同大铁路的GSM-R 相似，地铁AP 覆盖的拓扑模型是典型的一维链状小区，而不是商用无线系统常用的蜂窝状结构。其模型如图2。 图2 通信系统的一维链状小区模型 这样，在移动电台在穿越通信小区时的信道切换关系大为简化。由于以地铁机车作为载体，电台的功率和尺寸比手持电台的限制小的多。同时，地铁
城市轨道交通车地无线通信组网及应用探讨 李颀 北京地铁运营四分公司北京 摘要：随着城市轨道交通的快速发展，车地无线通信技术作为城市轨道交通的关键性技术也越来越受到各方面的重视。轨道交通车地无线通信一般包含列车信号系统（CBTC）和乘客信息系统（PIS）两个部分。而在国内目前在建轨道交通项目中，PIS系统和CBTC系统的无线网络均采用WLAN技术，因此就需要避免其在各种隧道环境中产生相互干扰以及其他系统对它们的影响。本文从组网、占用带宽、应用特点等方面对比了PIS系统和CBTC系统的车地无线通信部分，并提出了建设和运营中应注意的一些问题以及车地无线通信技术的发展趋势。 Abstract:With the development of urban rail transit, train-ground wireless communication technology as a key technique for urban rail transit is becoming more and more attention of the various aspects. Rail transport in wireless communication generally contain signal system (CBTC) and passenger information system (PIS) two parts. In domestic rail transportation project under construction currently, PIS system and wireless network of CBTC system adopt WLAN technology, so they need to avoid the interference in the tunnel environment and other systems for their impact. In this paper, from the aspects of network, bandwidth, application characteristics compared the PIS system and train-ground wireless communication part of CBTC system, and puts forward some problems that should be paid attention to in the construction and operation as well as the trend of the development of the train-ground wireless communication technology. 关键词：轨道交通车地无线通信乘客信息系统基于通信的列车自动控制系统WLAN Key words: urban rail transit, train-ground wireless communication, PIS ,CBTC, WLAN 1 城市轨道交通车地无线通信系统概述 当前，随着我国城市化的不断发展，越来越多的城市已经开始建设或规划建设城市轨道交通线路。城市轨道交通已凭借其安全、快速、环保等特点，进入到空前繁荣的发展时期。由于轨道交通一般建设在人口密集和流动性大的大中型城市，因此，公共安全和乘客体验是考量其运营情况的重要指标，而车地无线通信正是影响这一指标的关键因素之一。 按照应用的方向，轨道交通车地无线通信一般包含列车信号系统（CBTC）和乘客信息系统（Passenger Information System，以下简称PIS）两个部分。其中列车信号系统是列车运行的核心系统。其功能相对单一，主要提供高可靠、高精度列车自身定位，以及连续、高容量的车地双向数据通信。列车信号系统（CBTC）是车地通信系统中对于安全性能要求最高的部分。 PIS系统的基本概念是指地铁运营商采用成熟可靠的网络技术和多媒体传输、显示技术，在指定的时间，将指定的信息显示给指定的人群。是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统，使乘客通过正确的服务信息引导，安全、便捷地乘坐轨道交通。PIS在正常情况下，提供乘车须知、列车到发时间、列车时刻表、管理者公告、政府公告、出行参考等实时动态的多媒体信息；在火灾、阻塞及恐怖袭击等非正常情况下，提供动态紧急疏散提示。 在列车运行中车载设备要实时接收来自地面运营中心的节目，在列车车厢显示屏上播出音视频。同时通过车厢内监控摄像头，监控旅客乘车情况，将监控视频信息实时上传至运营中心，作为管理部门安全决策的支持信息。 随着科技的不断发展，乘客服务及资讯信息不仅要实现运营中心与车站、车站与车站间的通信，还要完成列车与地面间的实时通信，例如：运营中心向列车实时转播数字视频等多媒体信息，列车实时上传车厢内的监控信息等。 由于列车是在高速运行环境下进行信息的实时传输，而且为了给乘客提供高质量的信息服务，PIS要求列车在高速运行情况下，保证图像质量，不会出现马赛克、中断等现象，这就要求车地系统要有足够的带宽并且保证车地间信息的可靠传输。
技术与市场技术应用２０１９年第２６卷第６期 浅析车地无线通信传输系统构成及原理 万 建 （深圳地铁运营集团有限公司，广东深圳５１８０００） 摘 要：重点对深圳地铁１１号线信号系统车地无线通信传输系统构成及原理进行分析，皆在为相关工作提供参考。 关键词：ＣＢＴＣ；ＡＰ；ＤＣＳ；ＴＲＥ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．０６．０６６ 引言 随着无线通信技术的发展。基于自由空间传输的无线传输技术在ＣＢＴＣ系统中得到了应用。无线的频点一般采用共用的２．４ＧＨＺ或５．８ＧＨＺ频段，采用接入点（ＡＰ）天线作为和列车进行通信的手段。 车地无线通信传输系统构成及原理 １．１ 无线网络的构成 ＤＣＳ无线网络用于承载车载和轨旁ＣＢＴＣ系统间信号数据流的通信，它由位于轨旁的无线接入点（ＡＰ）、功分器、轨旁定向天线，及车载无线天线、车载无线调制解调器组成。１．２ 无线网络系统原理 １）车地双向通信网络。每个ＴＲＥ（轨旁无线设备）由红网、蓝网接入点组成，此红、蓝接入点与其各自的无线网络相连接。无线网采用８０２．１１ｇｑ协议，采用带宽为６ＭＨｚ的窄带技术，红网采用中心频率为２．４７２ＧＨｚ，蓝网采用频点２ ４１７ＧＨｚ。 ２）轨旁无线网络。ＴＲＥ是配置于轨旁的无线传输设备，用于与车载无线设备之间进行无线通信。ＴＲＥ箱内主要有２个无线调制解调器、２个电源转换器、２个光电转换器。红色、蓝色无线调制解调器分别连接到各自的功分器上，功分器连接到定向天线上用于传输射频（ＲＦ）信号。 ３）车载无线网络。每辆列车安装２个无线调制解调器，用于ＣＢＴＣ业务传输，每个无线调制解调器连接２个位于车体上方的天线，用于与轨旁天线进行无线信息传输。为满足列车双向行驶以及在岔区和车辆段等处保持通信，列车每端必须配置两个车载天线。车载无线调制解调器在无线覆盖区域能与无线网络快速完成握手及授权并接入，保证列车正常投入运营及故障恢复满足系统功能、性能及运营效率要求。 １．３ ＤＣＳ无线系统冗余结构 ＤＣＳ无线网络采用冗余结构，由红网和蓝网组成。无线系统的冗余结构能保证当任一轨旁或车载无线设备故障时包括单个接入点的故障、单个轨旁设备电源的故障、单个光交换设备的故障均不影响系统的正常工作。ＤＣＳ无线系统的典型冗余结构，如图１ 所示。图１ ＤＣＳ无线系统的典型冗余结构图 １）正常情况下的连续通信。列车在隧道内运行，列车进入无线单元（Ｂ）和无线单元（Ｃ）的重叠覆盖区域。在该重叠覆盖区域内，车头红网车载无线调制解调器收到由红网接入点（Ｃ）和红网接入点（Ｂ）循环生成的识别信息。车尾蓝色车载无线调制解调器收到由无线单元（Ａ）蓝网接入点（Ａ）循环生成的识别信息 红网车载无线调制解调器将测量并对比收到的功率，如果从红网接入点（Ｃ）接收的功率高于从红网接入点（Ｂ）接收的功率，调制解调器将执行从红网接入点（Ｂ）到红网接入点（Ｃ）的交接。如图２所示。 ９ ４ １
地铁车地无线通信实施方案探讨 发表时间：2019-09-11T15:49:08.923Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：董招[导读] 摘要：目前国内轨道交通行业高速发展，地铁车地无线通信一直是地铁通信专业关注的焦点。 中建五局安装工程有限公司湖南省 410000摘要：目前国内轨道交通行业高速发展，地铁车地无线通信一直是地铁通信专业关注的焦点。本文通过分析频段2.4G传输时钟同步车地无线通信方案、频段1.8G近远端机同步车地无线通信方案和频段5.8G-GSU同步车地无线通信方案，提出更适合的频段5.8G分组传输网时钟同步车地无线通信方案，以及未来车地无线通信发展的前景。 关键词：地铁通信；车地无线通信；方案 引言 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，是城市进行地铁建设时需要重点考虑的问题。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、施工人员需要重点思考的问题。 1地铁车地无线通信概述 车地无线通信网络是乘客信息系统（简称PIS系统）主干网络的延伸，PIS系统能通过组播方式实现线路播控中心到列车的信息下发，并能实现广播和寻址功能，将特定的信息发送给指定的一列或者几列列车；视频监控系统（简称CCTV系统）也能通过该网络实现将车辆客室监视信息实时上传至中心CCTV服务器，列车驾驶室显示终端能调看对应车站站台屏蔽门侧的监控图像。车地无线网络提供的双向传输有效带宽应能满足列车与中心之间的实时双向数据传输的带宽要求，保证所传图像顺畅清晰，不出现画面中断或者跳播等现象，且系统具有QoS分级控制功能。车地无线网络确保沿轨道线安装的无线接入点和在移动列车上的移动单元之间建立稳定、安全且能避免冲突的连接。在列车高速运行时，不应丢失连接和引起画面质量降低，无线设备应遵循完善的切换机制无缝切换至最合适的接入点。 2地铁车地无线通信整体规划 2.1通信信号各自独立建设LTE单网 通信信号专业各自建设一套LTE硬件传输网络，通信专业单网承载无线调度业务和列车运行紧急数据业务。考虑到信号CBTC系统对无线数据的可靠性、安全性要求更高，必须采用双网冗余的设置方式，则由通信专业为信号专业配置冗余无线数据传输通道，以满足信号系统冗余需求。优点：该方案同样整体降低本工程LTE车地无线信息传输网络的造价，实现资源的整合和充分利用，技术上满足信号系统对车地无线数据传输的要求，节约频带资源的使用宽度。缺点：信号系统与通信系统在无线数据传输系统增加了接口，同时信号系统的冗余通道的可靠性和安全性需要由通信系统保障。 2.2通信独立建设单网，信号专业独立建设冗余双网 通信专业独立建设一套LTE硬件传输网络设备，承载无线调度业务和列车运行紧急数据业务。考虑到信号CBTC系统对无线数据的可靠性、安全性要求更高，必须采用双网冗余的设置方式，信号专业独立建设一套冗余无线数据传输网络设备。优点：该方案通信信号两个系统在无线信息传输系统上完全独立，工程安装、调试，后期的设备维护都相对独立，降低了专业之间的依赖，管理上更为便利。缺点：增加了工程建设的成本，增加了无线频带资源的使用宽度。 3地铁车地无线通信实施方案解析 3.1频段1.8G近远端机同步车地无线通信方案 该方案车地无线通信采用1.8G频段，通过地面无线发射网关+车站近端机+区间光远端发射机的组合模式，地面有线网络中心交换机通过光缆与各站地面无线网管相连，这样能保证无线发射信号的频率一致，基本不存在延时。为解决列车高速在区间行驶时，列车基站信号接收器频繁切换信号源，出现不断跟信号源通讯握手的死循环模式，导致无法正常进行通信状态。区间基站采用无线接收基站和光远端发射机，在对应列车内配置车载无线接收网关、车载无线发射网关和车载通信控制器。该方案无线接收和发射通道分开，但能很好的解决高速行驶时无线信号越区切换通信故障问题。该方案带宽仍然有限，一般为30M左右，其中控制中心设备可调看单列车6路监控图像（带宽需求在12M左右），而列车播控系统能播放直播信号（带宽需求在6M左右）。但通过地面无线发射网关+车站近端机+区间光远端发射机的模式，控制中心能够实时调看低码流列车监控图像。该方案，区间光远端发射机一般800m左右安装一个，天线覆盖范围较远，但是为保持同步并解决信号越区切换问题，各站无线发射网关需敷设光缆与地面有线网络中心交换机相连，光缆数量非常大，施工成本较高。 3.2频段2.4G传输时钟同步网车地无线通信方案 该方案车地无线通信采用2.4G频段，轨旁基站与车载基站之间无线使用IEEE802.11n用于覆盖列车运行沿线，无线骨干连接带宽可达到15Mbps，而区间基站与车站交换机有线信息传输网之间的连接有效带宽为100Mbps。传输系统采用数字同步多业务传送平台（简称MSTP）和时钟同步网络（简称BITS），即MSTP+BITS同步传输方案。车站车地无线系统通过传输系统分配的1000M光通道传输至控制中心，关键在于该传输系统能提供严格的时钟同步功能，保证区间基站发射信号的同步，以至于列车行驶跨越无线覆盖区间时，基站发射信号保持同步。区间无线基站与无线管理交换机无线控制器模块之间通过有线网络进行互联，采用CAPWAP标准隧道协议，同时，在保证802.11安全的前提下采用集中控制分布式转发。 4城市轨道交通中常见的车地无线通信技术 4.1TRainCom-MT技术 该技术是由德国公司研发的城市轨道交通专用通信系统，能够在高速移动环境下保持良好的通信效率和质量，车地最大通信传输速度可达16Mb/s。但是，该系统受到保密性协议的限制，其系统升级和开发只能依靠德国公司实现，市场维护和选择方面相对教差，在国内中的应用相对较少。 4.2LTE无线传输技术 LTE无线传输技术是当前应用最为广泛的车地无线通信技术，是在3G的基础上发展而来的，通过对空中接入技术的改进和增强，在保有3G原有技术优势的同时，实现无线传输的低延迟、高传输速度、分组传输、向下兼容和光域覆盖。因其技术优势，LTE无线传输技术在郑州、深圳等多个城市轨道交通中有所应用。
浅析车地无线通信传输系统构成及原理 发表时间：2019-09-03T17:03:18.493Z 来源：《科学与技术》2019年第07期作者：沈斌 [导读] 接下来本文对地铁的车地无线通信传输系统构成及原理做具体阐述，希望给行业内人士以借鉴和启发。 深圳市傲硕科技有限公司广东深圳 518028 摘要：随着无线通信技术的发展。基于自由空间传输的无线传输技术在CBTC系统中得到了应用。无线的频点一般采用共用的2． 4GHZ或5．8GHZ频段，采用接入点(AP)天线作为和列车进行通信的手段。接下来本文对地铁的车地无线通信传输系统构成及原理做具体阐述，希望给行业内人士以借鉴和启发。 关键词：CBTC;AP;DCS;TＲE 引言 早期的地铁车地无线传输系统存在的最大问题就是抗干扰能力较差，信号传输的质量较弱，在一定程度上会制约地铁运输的安全性。为了提高地铁车地无线传输系统的通信能力，需要加强技术设计。 1车地无线通信传输系统构成及原理 1.1无线网络的构成 DCS无线网络用于承载车载和轨旁CBTC系统间信号数据流的通信，它由位于轨旁的无线接入点(AP)、功分器、轨旁定向天线，及车载无线天线、车载无线调制解调器组成。 1.2无线网络系统原理 1)车地双向通信网络。每个TＲE(轨旁无线设备)由红网、蓝网接入点组成，此红、蓝接入点与其各自的无线网络相连接。无线网采用802．11gq协议，采用带宽为6MHz的窄带技术，红网采用中心频率为2．472GHz，蓝网采用频点2.417GHz。2)轨旁无线网络。TＲE是配置于轨旁的无线传输设备，用于与车载无线设备之间进行无线通信。TＲE箱内主要有2个无线调制解调器、2个电源转换器、2个光电转换器。红色、蓝色无线调制解调器分别连接到各自的功分器上，功分器连接到定向天线上用于传输射频(ＲF)信号。3)车载无线网络。每辆列 车安装2个无线调制解调器，用于CBTC业务传输，每个无线调制解调器连接2个位于车体上方的天线，用于与轨旁天线进行无线信息传输。为满足列车双向行驶以及在岔区和车辆段等处保持通信，列车每端必须配置两个车载天线。车载无线调制解调器在无线覆盖区域能与无线网络快速完成握手及授权并接入，保证列车正常投入运营及故障恢复满足系统功能、性能及运营效率要求。 1.3DCS无线系统冗余结构 DCS无线网络采用冗余结构，由红网和蓝网组成。无线系统的冗余结构能保证当任一轨旁或车载无线设备故障时包括单个接入点的故障、单个轨旁设备电源的故障、单个光交换设备的故障均不影响系统的正常工作。2TD-LTE无线通信传输TD-LTE技术是3GPP标准的4G通信技术，它采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiple，正交频分多址）和MIMO（MultipleInputMultipleOutput，多入多出）技术作为其无线网络演进的标准，系统采用全IP网络架构，支持良好的移动性，移动速率达到120km/h～350km/h时移动终端能与网络保持连接，确保其不掉线。TD-LTE宽带集群是在TD-LTE技术上，承载数字集群业务，实现了无线数字集群宽带化，实现了语音、数据、视频功能，不仅使调度通信“听得到”，还实现了调度通信“看得见”，实现了现场图像上传、视频通话、视频回传、视频监控等。系统具有上下行工作带宽可灵活配比，系统支持工作在400MHz、1400MHz、1800MHz等多个频段。TD-LTE宽带无线数字集群主要技术指标如下：呼叫建立时间：小于300ms；话权抢占时间：小于200ms；单基站覆盖半径：市区1-3Km，郊区3-10Km；带宽：支持可变带宽，1.4～20MHz；频谱利用率：上行2.5bps/Hz，下行5bps/Hz；峰值传输速率：在20MHz带宽下，下行峰值传输速率100Mbps，上行峰值传输速率50Mbps。 2视频编码技术 地铁的监控摄像头获取的数据量庞大，给主控制器带来较大的存储压力，如果仅仅依靠主控制器进行视频视距的传输将会造成主控制器的系统瘫痪，因此需要考虑在传输的过程中对视频进行压缩处理，减少视频存储的空间。MPEG-4、H.264两种视频压缩编码在近几年的发展中得到了广泛的使用，但是考虑到地铁无线网络传输的情况，采用H.264视频编码技术较为合适。在同等的传输码率下，H.264比MPEG-4信噪比高，H.264中的分离视频编码层具有良好的兼容性，能够适应不同的网络协议。H.264还可以改善传输的性能，通过高效率的压缩降低能耗，适用于列车无线视频传输系统。 3车-地无线通信系统 车地无线通信技术比选城市轨道交通信号CBTC系统车地通信方式主要采用WLAN技术，其发展较为成熟，应用较为广泛。但LTE技术较新，其在市域快线信号系统车地无线传输领域较WLAN有如下优势：1）可靠性：WLAN使用公共频段，干扰源多，尤其公共干扰源，无法彻底清除；且区间有源设备众多，造成整体可靠性下降。LTE与之相比，使用专有频段，可通过清频去除周边干扰源；可采用漏缆覆盖，覆盖距离广，区间设备少，整体可靠性高。从可靠性看，LTE明显优于WLAN。2）可用性：WLAN采用的IEEE802.11g协议信道利用率低，标称54?Mbit/s实际可用带宽为15～20?Mbit/s左右；LTE在5?M、10?M、20?M的峰值速率分别为：43?Mbit/s、87?Mbit/s、150? Mbit/s。从带宽的可用性考虑，LTE明显优于IEEE802.11g。3）可维护性：LTE覆盖距离远，覆盖在1.2?km左右，维护简单。可以减轻运维人员工作量，减少运维成本，可维护性优于WLAN。4）抗干扰能力：LTE专用频段，避免外部系统干扰；小区间干扰协调（ICIC）、干扰合并（IRC），解决系统内干扰问题。高速移动传输LTE支持超高速移动，如450?km/h，能提供高速的接入服务。WLAN最高支持140?km/h 以下的低速环境，随着速度提高，切换失败率升高。高速下数据传输的有效性和可靠性是衡量通信系统无线链路最为重要的指标之一。有效性的测试指标为吞吐量，系统吞吐量是指单位时间内系统从信源到信宿成功传输的数据量。可靠性的测试指标为误块率，误块率（BLER）是数据传输中数据块经过CRC校验后得到错误的概率，用于反映无线链路控制层对差错重传的要求。5）技术发展趋势和政策支持：作为新一代无线移动通信技术，LTE在厂家技术支持与研发力度上远远大于WLAN，并且国家针对LTE在轨道交通的应用，在产业政策、标准建设、行业建设等方面都给予了明确的技术支持，制定一系列标准和规范，为其应用打下了坚实的基础。 结语 移动闭塞是基于通信技术的列车控制(简称CBTC)ATC系统，利用通信技术实现车地通信并实时地传递列车定位信息。通过车载设备、轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换，完成速度控制。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令
地铁PIS车地无线技术方案研究 车地无线通信作为乘客信息系统（以下简称PIS）中重要的组成部分，其主要功能就是列车在快速移动过程中，为车- 地以及地- 车之间的各种数据信息、视频信息和控制信息提供传输通道，这也是PIS 相对于其他系统所特有的需求。而PIS 的实施，尤其是车地无线部分往往面临着比其他系统复杂得多的物理环境。另外，随着高清视频的不断发展及地铁运营的需求增加，对车地无线服务的需求量也不断增大。因此，如何选择能够提供稳定的车地无线服务的集成方案是当前亟需解决的重要课题。 标签：PIS；车地无线；数字电视；LTE；WLAN 1 PIS车地无线技术要求 当前地铁PIS 在车地无线通信方面主要关注下面5个问题。 1.1 带宽 网络承载的数据不仅是数据信息，还包括视频和音频信息，因此对通信带宽有着较高的要求，当前地铁运营要求车地无线网络至少提供15 Mbps 以上的带宽。 1.2 漫游 列车在高速移动情况下，车载无线设备需要不断地与轨旁的无线设备进行通信，考虑到PIS 的车地无线主要为视频数据的双向传输，因此即便是短暂的通信中断也会严重影响视频的播放效果，因此要求漫游切换时间非常短。 1.3 丢包率 因为数据的丢包会对视频播放的效果影响严重，所以本系统需要对无线通信的丢包率有严格的控制，一般为小于1%。 1.4 抗干扰 PIS 系统的车地无线网络的运行环境比较复杂，同时会与其他系统（如信号系统的CBTC 系统等）的无线网络有所叠加，因此必须保证PIS 系统的无线信号和专用无线系统场强能够在全线无缝覆盖，同时避免对地铁其它系统产生相互干扰。 1.5 管理维护 因为PIS 是旅客乘坐地铁出行的一个重要窗口，所以对车地无线通信维护
地铁CBTC信号系统原理及分类 移动闭塞是基于通信技术的列车控制（简称CBTC—Communication Based Train Control）ATC系统，该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息，而是利用通信技术实现“车地通信”并实时地传递“列车定位”信息。通过车载设备、轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换，完成速度控制。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换，并确定列车的准确位置及列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。 移动闭塞技术是通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信来实现。列车不间断向控制中心传输其标识、位置、方向和速度等信息，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进,这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。 1.基于基于交叉感应环线技术 2.基于无线电台通信技术 3.基于漏泄电缆无线传输技术 4.基于裂缝波导管无线传输技术 1.基于基于交叉感应环线技术 以敷设在钢轨间的交叉感应环线作为传输媒介的CBTC系统，在城市轨道交通中已经应用了较长时间。交叉感应环线的缺点在于，安装在钢轨中间，安装困难且不方便工务部门对钢轨的日常维修，车－地通信的速率低。但由于环线具有成熟的使用经验，使用寿命长以及投资少等优点，目前仍继续得到应用。 2.基于无线电台通信技术 随着无线通信技术的发展，基于自由空间传输的无线传输技术的在CBTC 系统中得到了应用。无线的频点一般采用共用的2.4GHz或5.8GHz频段，采用接入点（AP）天线作为和列车进行通信的手段。AP的设置保证区间的无线重叠覆盖。自由空间传输的无线具有自由空间转播，对于车载通信设备的安装位置限制少；传输速率高；实现空间的重叠覆盖，单个接入设备故障不影响系统的正常工作；轨旁设备少，安装与钢轨无关，方便安装及维护的特点。 基于无线电台通信传输方式CBTC系统，已经在北京地铁10号线成功应用。 3.基于漏泄电缆无线传输技术 Alstom的CBTC系统在需要的时候也可采用漏泄电缆传输方式，而新研发的系统采用的不多。漏泄电缆方式特点是场强覆盖较好、可控，抗干扰能力强。
收稿日期:20131204 作者简介:孙寰宇(1975 ),男,工程师,2006年毕业于武汉大学,工学硕士,E-mail:sunhuanyu@https://www.doczj.com/doc/ae18999954.html,三 第58卷 第8期2014年8月 铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN Vol.58 No.8Aug.2014 文章编号:10042954(2014)08015904 基于LTE 技术的车地无线通信组网方案研究 孙寰宇1,顾向锋2 (1.郑州市轨道交通有限公司,郑州 450002; 2.中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,郑州 450002) 摘 要:基于轨道交通车地无线通信技术应用现状分析,结合轨道交通现场条件和乘客信息系统对车地无线通信的需求,提出适用于轨道交通的TD-LTE 技术组网方案,并进一步在郑州市轨道交通1号线一期工程实验验证三该方案能够解决现有地铁行业车地通信的瓶颈,能够达到净化隧道区间二减少隧道设备二降低维护工作量的目的,有利于其他系统接入三 关键词:轨道交通;TD-LTE ;乘客信息系统;车地无线通信;无线局域网 中图分类号:U239.5;U285.2 文献标识码:A DOl:10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.039 Research on Networking Plan for Train-Ground Wireless Communication System Based on LTE Technology SUN Huan-yu 1,GU Xiang-feng 2 (1.Zhengzhou Metro Co.,Ltd.,Zhengzhou 450002,China;2.The 4th Branch,China International Telecommunication Construction Group Design Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450002,China) Abstract :Based on analysis of present application status of train-ground wireless communication technology in rail transit,considering the field condition of rail transit,and in combination with the wireless communication requirement of passenger information system,this paper proposed the networking plan suitable for rail transit based on TD-LTE technology.And then the experimental validation of this networking plan was carried out with the first-phase project of Zhengzhou urban rail transit Line 1.Finally this paper come to the conclusion that this networking plan can solve the bottleneck problem of train-ground communication of rail transit at present,can achieve the goals of purifying the tunnels,reducing tunnel equipment and decreasing maintenance work,and can be good for the access of other systems.Key words :rail transit;TD-LTE;passenger information system;train-ground wireless communication; wireless local area network 随着城市轨道交通系统的不断发展,其安全性二 舒适性和高效性得到社会的普遍关注三车地无线通信系统担负着轨道交通运行中车厢内与外界信息交互的 桥梁 作用三除了承载传统的语音业务,还需要承载 乘客出行信息二视频监视信息二宽带集群二多媒体广告信息二电视信息以及CBTC 等业务,在提高地铁运营效率二公共安全管理以及改善乘客出行体验方面都起着重要的作用三 目前国内建设的城市轨道交通车地无线通信系统 采用的技术基本为802.11系列无线局域网技术(WLAN)[1],WLAN 作为一种宽带无线接入网技术,其网络化二宽带化等特点具有相当的优势三但目前采用 的WLAN 技术方案具有很大的局限性:WLAN 网络在固定情况下能提供高达54Mbps 的数据带宽,但在支持步速移动情况下提供11~13Mbps 的数据带宽,仅能实现标清信号的传输,暂不能满足高清的要求[2];WLAN 天线覆盖范围较小,轨旁AP 在直线隧道一般每间隔200m 布设1个,系统越区切换频繁,导致系统易丢包,造成视频画面停滞或马赛克系统工作[3];WLAN 工作在2.4G 频段,干扰源多,对运营安全要求较高的无线传输系统会导致系统传输中断,进而影响
一、背景与需求： 在当前世界环境下,交通运输越来越成为影响国民经济和国家综合实力的重要因素。因此，作为主要运输力量的铁路运输得到了世界各国的重视。特别是近来，随着经济的飞速发展,铁路运输在世界各国都得到了较大的发展；同时，世界各地的城市轨道交通的需求量与建设量也再增大。另一方面,近年来全世界范围内信息网络技术发展迅猛发展,公共互联网络越来越及,人们习惯于从互联网上获取各种信息。特别是随着无线宽带接入技术的发展,人们越来越希望无线网络信号能够覆盖生活的每个角落,甚至是在铁路列车上，人们希望能够在铁路列车上高速率地!快捷地接入公共互联网,从而享受网络提供的各种服务。这种铁路列车上的接入网服务要求对车地通信无线接入技术提出了严峻的挑战，在铁路列车快速移动的情况下,用户接入后的路由问题、代理问题、快速功率控制问题和快速切换控制问题等都是车地通信的难题。 二、国内外车地通信技术研究现状： 随着铁路运输发展和信息网络的普及,近年来车地通信技术在全世界范围内有了长足的发展。目前主要的车地通信技术有专用泄漏电缆方案、蜂窝系统方案、卫星通信方案，以及wimax技术方案。 1泄漏电缆方案 泄漏同轴电缆通信就是以同轴电缆作无线电台的天线,用它进行通信,可在一定范围内产生均匀的信号场强,而不受周围环境的影响,通信可靠性高,也不存在通信盲区,接收电平稳定,不容易受到外来信号干扰，而且泄漏同轴电缆系统可以提供多信道服务。泄漏电缆方案可以为高速列车上的旅客提供稳定的2MbPs的车地通信带宽,但是其信号覆盖范围因为受同轴电缆传输损耗的限制而较小,并且实施该方案造价昂贵!安装要求高,并不适合大范围推广使用。 2蜂窝系统方案 专用移动通信系统GSM一R(GSMforRallway)就是一种基于蜂窝系统的车地通信技术方案,它在欧洲一些国家得到了应用，是一种基于GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统,针对铁路通信车辆调度、车辆控制、支持高速车辆等特点,为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。GSM一R方案虽然有着诸多的优点,尤其是可以提供信息的连续接入,但在移动环境下,最为关键的技术指标接入带宽只有几KbPs,并且该系统最重要的功能是提供无线列车调度,无论从带宽或安全等方面来看,均无法提供旅客信息网络服务。 3卫星通信方案 基于卫星技术的车地通信方案也在各国得到了广泛的应用。这种技术是把卫星技术、GPRS(通用无线分组业务)和UMTS(通过移动通信系统)技术与Wifi技术相结合,为列车提供互联网服务。这种因特网接入是由卫星和覆盖了隧道及车站的地面Wifi中继器共同实现的。这是一种双向的卫星系统,当卫星不能覆盖到列车时,Wifi中继器将会接管无线接入,使上传和下载业务不会中断。卫星通信方案可以一定程度上解决高速车地通信问题,但该方案在300k/h的高时速下并不能很好地保证网络连接的稳定性。列车运行产生的电磁干扰、隧道桥梁及树枝的遮挡都可能严重干扰卫星信号。因为这种方案目前尚不成熟,无法大范围推广。4Wimax技术方案 Wimax是一种无线城域网(MAN)技术,它可向固定、游牧、便携和移动的终端设备提供宽带无线连接,还可用来连接802.11热点与因特网,提供校园连接,以及在最后1公里宽带接入领域作为Cable和DSL的替代品。由于wimax技术存在着诸多优点,譬如很远的传输距离、高速的宽带接入、优良的最后一公里网络接入服务、很好的多媒体服务,Wimax技术己经成为近几年来各国研究的热点问题之一。然而,Wimax技术在列车的应用尚处于研究的初始阶段,现阶段还存在尚未解决的问题。因此,Wimax技术优势尚未在车地通信应用中完全体现,目前尚
地铁旅客信息系统(PIS)车地无线传输网络 地铁作为一种旅客载运量大、快速、便捷的交通工具，近年来在我国有了很大的发展。对于正在建设或已经建成的地铁运输网络，提供现代化的人性化的旅客信息系统是地铁发展的需要。艾克赛尔（Axelwave）无线网络提供高可靠性的无线传输产品，应用于地铁旅客信息系统（PIS）地铁车辆与地铁站场间的数据传输。实现了列车上信息与车站局域网内信息的双向传输，保证对运行过程中的列车车厢内情况进行实时监控，同时为车厢内的乘客提供电视直播信息等服务。系统要求： 1、地铁隧道、站场、车站内实现无线信号覆盖。 2、列车时速80Km/h时，网络保持高带宽连接。 网络视频不中断。 3、系统支持各种数据系统的传输和联网，可以同 时传输多路图像和声音信号。 4、系统支持TCP/IP协议，可以与各种现有的计 算机网络无缝连接。 5、系统组网方式灵活，易于扩展，系统结构可根 据需要做多种安排。 6、系统所有设备具有通用性和互换性，最大程度 上减少设备备份成本。 7、系统设备要求防水、防尘、防冲击，即使在恶 劣环境条件下也要保持良好的工作状态。 系统设计： 地铁隧道无线宽带覆盖系统设计包括两部 分：艾克赛尔（Axelwave）无线网络的 WLAN 无线基站系统和艾克赛尔 （Axelwave）无线网络的WLAN车载快速 漫游客户端设备。作为车站局域网和列车 内局域网之间通信的桥梁，WLAN 基站沿 隧道架设，并通过光缆与车站的局域网连 接；艾克赛尔（Axelwave）车载快速漫游客户端设备放置在列车车头及车尾，与车厢内的局域网连接。在列车行驶过程当中，车载设备通过无线电波始终保持和隧道内基站通信，将车内的信息传回地铁指挥控制中心，并将车站局域网的相关数据信息传至列车车厢内。 隧道内无线信号的覆盖方式采用天线作为辐射源的空间波覆盖方式。由于地铁隧道内无线电波在传输时产生隧道效应，导致信号衰减加快，无法长距离传输。因此，采用无线基站接入需要增加无线基站的布建密度，以实现全线路宽带无线网络信号无缝覆盖。
第29卷 第6期2010年12月兰州交通大学学报 J ou rnal of Lanzh ou J iaotong University V ol.29N o.6 Dec.2010 文章编号:1001 4373(2010)06 0124 05 无线CBT C系统车地通信方案研究 林海香, 董 昱 (兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070) 摘 要:基于通信的列车控制技术CBT C在保证行车安全的前提下,可以极大地提高行车效率,满足城市轨道交通列车高密度快速运行的需要,许多新建线路采用这一技术作为控车方案.尤其是在基于无线通信CBT C技术的新建项目中,采用了不同的车地通信方案,并且在具体工程项目上还没有形成统一的方案标准,哪一种方案最优,目前还无定论.针对这一情况,首先对广泛使用的无线CBT C系统的组成以及无线通信技术进行了分析,其次提出了3种无线车地通信方案,并对它们进行了详细地分析比较,最后给出了适于工程实际的应用方案. 关键词:城市轨道交通;CBT C;无线通信;车地通信 中图分类号:U285.21+1 文献标志码:A 基于通信的列车运行控制(Communicatio n Based Train Control,简称为CBTC)技术,是一种在列车运行控制系统中使用的技术.它的定义为:利用(不依赖于轨道电路的)高精度列车定位、双向大容量车-地数据通信和车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统[1].基于通信的CBT C系统在国内外轨道交通项目上均已得到实际应用,目前在国内开始实施或即将实施的项目已经开始出现并逐步增多,如今年五月开通运行的南京地铁二号线既是采用无线CBT C方案.随着无线通信技术的不断发展,代表着信号系统技术发展趋势的基于无线通信的CBT C系统已经开始走向成熟,并得以实施,如上海地铁八号线、北京地铁二、四、十号线(含奥运支线)等. 基于无线通信的CBTC系统采用无线数据传输代替了轨道电路的地位,实现连续、双向数据通信.数字技术的优势在于信息量大,可同时实现多重任务的传输与交换.由此可见,为了提高行车安全性和运输效率,车地之间传输的信息量不断增大.我国引进U M71,推广和应用18信息移频自动闭塞,研究数字编码轨道电路,都是为了满足多信息传输需求.目前的应用和发展已经证明,无线移动通信是一个具有高可靠性、高安全性的技术,其灵活性、经济性、少维护等特点,成为现代列车控制系统首选的车地信息传输方式,而且也是现代轨道交通移动信息基础设施的重要组成部分. 1 无线CBTC系统组成 无线CBT C系统主要由3部分组成:无线移动通信系统,列车控制系统和列车定位子系统.列车控制系统又包括:中央控制室,无线闭塞中心(RBC, Radio Block Center)和车载子系统.其中,高可靠的无线移动通信系统是RBC、车载子系统和列车定位子系统的基础,如图1所示[2].无线移动通信系统主要是进行车地通信,在移动的列车和地面控制设备之间实时双向传输行车信息,由无线车-地通信技术提供技术保障.列车通过相应的地面设备,如信标灯、应答器,可以获知自身的位置及速度等信息.通过可靠的无线移动通信网络,列车将位置、车次、列车长度、实际速度、制动潜能、运行状况(诊断数据)等信息以无线的方式发送给RBC;RBC则开始追踪列车并发送移动权限、允许速度、限速、紧急停车等命令.因而,无线CBTC系统中,无线移动通信网络取代了轨道电路的信息传输地位[2]. CBT C系统的车-地通信系统按车-地信息采集方式分为连续式和点式传输方式.连续式能连续不断地将地面信息即列车间隔、线路容许的速度等情况及时地向车上反映,使司机随时掌握列车速度,有利于保证行车安全和提高行车效率. 无线CBT C系统属于连续式车-地信息传输 *收稿日期:2010 03 10 作者简介:林海香(1977 ),女,甘肃天水人,讲师.