城市轨道交通车地无线通信的应用

都市快轨交通・第２７卷第６期２０１４年１２月　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—６０７３．２０１４．０６．００５　热点研讨．．＿　

城市轨道交通车地无线通信的应用　张　洲　黄纯防２　马文胜　（１．郑州市轨道交通有限公司郑州４５００００；２．郑州市轨道交通设计研究院有限公司　郑州４５００００）　摘要针对城市轨道交通车地无线通信系统的现状　和问题，分析城市轨道交通运营对无线通信的需求；结　合郑州地铁ｌ号线＿ｌ　１）一Ｉ，ＴＥ（分时长期演进）车地无线　通信系统的建设方案和实际测试数据，证明　Ｉ１Ｉ）一１．ＴＥ　技术在高速移动状态下的大带宽传输能够实现多业务　承我，具备城市轨道交通无线通信业务整合的条件，满　足城市轨道交通环境的安装要求，说明＿ｒＩ）一ｌ　ＴＥ技术　在城市轨道交通通信专网的应用是可行的　关键词　城市轨道交通；车地无线通信；多业务；承裁；测试　中图分类号Ｕ２３１．７　文献标志码Ａ　文章编号ｌ６７２—６０７３（２０１４）０６—００１６—０４　随着我国地铁建设的快速发展，乘客对地铁运营　品质不断提ｍ更高的要求，特别是乘客在枯燥的乘车　期间，希望能够得到安全、快速、舒适、信息化的乘车环　境。为了满足地铁的运营要求，地铁装备系统使用了　各种技术，以实现移动的列车与地面之间的信息交互。　这样，在狭小的地铁隧道空间内，设置了多种车地无线　通信系统，但至今仍未充分解决车地之间的传输需求，　并且又增加了设备投资和运营维护成本。　如何打破地铁各系统分别建设车地无线通信系统　的惯例，满足乘客以及地铁各种系统对车地无线通信　的传输需求，减少各种车地通信间的干扰，降低建设运　营成本，是地铁车地无线通信系统发展的关键，同时也　是地铁建设者亟待解决的问题。　１　车地无线通信需求分析　１．１　地铁车地无线通信现状分析　１．１．１　无线集群调度信息　地铁运营需要司机与中心调度员／车站值班员实　收稿日期：２０１３－１２－１５　修回Ｅｌ期２０１４—０７－２０　作者简介：张洲，男，大学本科，总经理，从事轨道交通建设运营管　理．７５９２２４４５１＠ｑｑ　ｃｏｍ　工程项目：郑州市轨道交通１号线一期工程城市轨道交通车地无线　（ＴＤ。ＬＴＥ）传输网研究与应用（１４２１０２２１０１４５）　１　６　ＵＲＢＡＮ　ＲＡＰＩＤ　ＲＡＩＬ　ＴＲＡＮＳＩＴ　现无线调度语音通话，使用对象是调度、司机或维护人　员。目前，国内地铁无线集群调度系统主要采用　８００　ＭＨｚ的ＴＥＴＲＡ（ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　ｔｒｕｎｋｅｄ　ｒａｄｉｏ）数字集群　系统，除具有调度语音通信功能之外，还具备一定的短　数据传送功能，它由地铁通信无线调度系统建设实施。　１．１．２车载广播信息　中心调度员在特殊情况下，需要对运营列车客室　内进行实时广播。目前，地铁均采用无线集群调度系　统提供的语音通道，实现中心调度员对列车客室的广　播，而车载广播系统则由地铁通信无线集群调度系统　承载无线通道。　１．１．３列车控制信息　地铁信号专业通常采用ＣＢＴＣ（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｔｒａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ）系统，ＣＢＴＣ移动闭塞ＡＴＣ　（ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏ１）系统车与地的双向信息传输主　要实现车地间的列车控制信息传送。无线通信制式通　常采用８０２．１　１　ＷＬＡＮ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｌｏｃａｌ　ａｒｅａ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ）技　术，由地铁信号系统单独建设无线通道。　１．１．４乘客信息多媒体信息　控制中心向运营列车各车厢内的多媒体液晶　示　屏实时播放各类新闻、重大赛事、广告、　行信息、导乘　信息等，紧急情况下播放疏散信息。目前，国内地铁采　用的通信制式主要有ＤＶＢ—Ｔ（ｄｉｇｉｔａｌ　ｖｉｄｅｏ　ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ　ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａ１）、ＷｉＭＡＸ（ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ　ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　ｍｉｃｒｏ—　ｗａｖｅ　ａｃｃｅｓｓ）、ＷＬＡＮ（８０２．１１）和ＲａｉｌＶｉｅｗ等技术，系统　面向的用户是客室内乘客，由地铁乘客信息系统（ｐａｓ—　ｓｅｎｇｅｒ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ＰＩＳ）建设实施。　１．１．５司机室客室图像信息　控制中心、地铁公安分局对运营列车内司机和乘　客状态进行实时监视，保证在特殊情况下及时掌握列　车内部状况，为事件处置提供依据。图像信息通常由　乘客信息系统承载。　１．１．６民用通信无线信息　

将国内三大电信运营商的公众无线通信信号引人　地下车站及隧道，实现乘客在运行车厢内享受到与地　面一样的公共通信服务。引入的制式主要包括：中国　移动ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、　ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｅｌｌｕｌａｒ　Ｓｙｓｔｅｍ）、ＴＤ—ＳＣＤＭＡ（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉ—　ｓｉｏｎ—Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）；中国　联通ＧＳＭ、ＤＣＳ、ＷＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）；中国电信ＣＤＭＡ　８００、ＣＤＭＡ２０００等。　各种公众无线信息均采用合路方式覆盖地下车站和隧　道，由地铁民用无线通信系统实施。　１．１．７公安消防无线通信系统　将地面公安３５０　ＭＨｚ无线信号引入地下，实现紧　急情况下地下公安消防人员与地上指挥员的语音通　信。该系统由地铁公安无线通信系统实现。　１．２地铁车地无线通信新增需求　在目前阶段，地铁建设需要完成上述各种无线信　息的传送，这些信息是目前地铁运营的基本需求。随　着地铁事业的不断发展，今后需要实现车地无线传输　的信息还很多，可以预见一些新增需求。　１．２．１　公网４Ｇ信息　２０１３年１２月，国家正式发放公网４Ｇ（ｔｈｅ　４　Ｇｅｎｅｒ—　ａｔｉｏｎ　ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）运营牌照，各电　信运营商的４Ｇ信号势必会引入地铁内部。　１．２．２车辆检测信息　将运行车辆牵引等重要系统的主要工作状态信息　实时上传到车辆维修中心，使地面随时掌握车辆各系　统的工作状态。　１．２．３车载火灾自动报警信息　将车辆中的ＦＡＳ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｆｉｒｅ　ａｌａｒｍ　ｓｙｓｔｅｍ）信息实　时上传到控制中心，防控运行车辆发生重大火灾事故。　１．２．４客室公安采集信息　根据公安部门的规划，今后客室内应实现对危险　品、爆炸物等的相关探测，并将数据实时上传到地铁公　安分局，为公安部门采取进一步措施提供依据。　１．２．５接触网图像信息　在车辆运行中，通过车顶高速摄像机，实现对接触　网工作状态的记录，替代人工巡视。　１．２．６政务无线信息　随着各城市政务无线通信系统的不断建设，需要　将有关政务无线通信信息引入地下空间。目前，北京、　上海地铁正在将政务无线通信引入地下。　１．３对车地无线通信的要求　按照地铁的各种无线通信需求，可划分为数据、语　音等几类，表１是地铁无线信息的分类。　城市轨道交通车地无线通信的应用　表１各种无线信息分类　龠类　穰匙耄称　司机室客室图像信息　数据类　车辆检测信息　信息　接触网图像信息　车载火灾自动报警信息　ＴＥＴＲＡ无线集群调度信息　语音类　车载广播信息　信息　公安消防无线通信信息　政务无线通信信息　安全类　客室图像信息　信息　客室公安采集信息　服务类　乘客信息多媒体信息　信息　电信运营商无线信息　ｃＢＴ　骺　通过分析，地铁车地无线通信系统应该具备以下特　：　１）具备大带宽的传输能力，能够承载各种语音、　数据、视频等业务，满足地铁各系统对车地无线传输平　台的带宽要求；同时，能够对各种业务实现等级划分，　优先保证重要信息的可靠传输。　２）具备高速移动性，满足目前地铁８０　ｋｍ／ｈ下稳定　的传输，并具备今后地铁在１２０　ｋｍ／ｈ速度下的系统要求。　３）具有一定先进眭，确保技术在１０～１５年内不落后。　４）具备系统标准化，符合国家、国际相关标准和　规范，满足产业链的支撑。　５）具备可实施性，满足轨道交通地下、高架、隧道　等多种场合的实施要求，并便于后期工程系统扩容。　６）初期具备承载乘客信息的多媒体信息、司机室　的客室图像信息、车载火灾自动报警系统信息和车辆　检测信息的能力，近期具备承载无线集群调度信息、车　载广播信息、ＣＢＴＣ列控等信息的能力，远期具备承载　其他各类无线信息的能力。　２系统方案　２０１０－－２０１３年，在郑州地铁１号线工程建设期问，　结合地铁车地无线通信存在的问题，笔者经过各种无线　通信技术的比选论证，认为４Ｇ　ＴＤ—ＬＴＥ（ｔｉｍｅ—ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）技术是解决车地无线通信最为理想　的技术。因此，工程首先在乘客信息车地无线通信系统　上采用ＴＤ—ＬＴＥ技术组网，使用相关机构批准的１　７９５～　１　８０５　ＭＨｚ专用频率，首先满足初期车地无线信息承载需　求，综合承载乘客信息的多媒体信息、司机室的客室图　像信息、车载火灾自动报警系统信息和车辆检测信息。　一～一一一一一一一一一一一　一　中申肌高高高高低高高低　

骗　ＴＥＴＲＡ系统的数据传输能力通常在２８．８　Ｋｂｉｔ／ｓ，　无法实现图像传输；在８０　ｋｍ／ｈ的速度下，ＷＬＡＮ小区　约９　Ｓ切换一次，严重影响切换成功率，会产生图像马　赛克现象。　通过ＴＤ—ＬＴＥ测试，上行边缘吞吐率最低为　６．５　Ｍｂｉｔ／ｓ，而车载２路视频和其他业务上传带宽不大　于４　Ｍｂｉｔ／ｓ，完全能够实现控制中心对客室内视频实时　监看的要求；下行边缘吞吐率最低６　Ｍｂｉｔ／ｓ、动态跑车　场景下切换成功率大于９７％，满足客室１路多媒体信　息（４　Ｍｂｉｔ／ｓ）的播放要求，真正实现多媒体图像清晰、　连续、无马赛克；系统达到设计要求，２０１３年１２月２８　日，郑州城市轨道交通１号线成功开通运营。　４结论与后续研究　ＴＤ—ＬＴＥ技术在郑州城市轨道交通１号线的成功　运用，证明该技术在轨道交通专网运用是完全可行的。　在地铁复杂的电磁环境下，ＴＤ—ＬＴＥ技术实现了高速　移动和大带宽传输，并实现了多业务承载，是地铁车地　无线通信的可靠传输平台，是今后轨道交通车地无线　通信发展的方向。　根据华为ＴＤ—ＬＴＥ技术研发成果，目前ＴＤ—ＬＴＥ　完全支持集群调度通信系统，因此由ＴＤ—ＬＴＥ技术来　实现和替代目前的ＴＥＴＲＡ无线集群调度系统在技术　上是可行的。　根据华为与信号厂商的实验室测试成果，利用　ＴＤ—ＬＴＥ车地无线传输平台传送信号专业列控ＣＢＴＣ　信息，能完全满足信号系统在传输速率、传输等级、传　输时延等指标上的要求，且优于目前的ＷＬＡＮ传输　模式。　城市轨道交通车地无线通信的应用　虽然在郑州城市轨道交通ｌ号线工程中，还没有　将地铁各类车地无线信息纳入统一的无线传输平台，　但目前ＴＤ—ＬＴＥ无线传输平台已经建设完成，并已经　实现部分的多业务传输。在郑州市地铁的后续建设中　将不断探索，实现各类无线信息平台的整合与互联。　这将打破地铁各专业、各系统间的壁垒，实现资源整合　共享，是一项突破性的创举。　参考文献　［１　Ｊ张长青．　¨）‘１，ＴＥ上下行技术分析及建议［Ｊ］．移动通信，　２０１３（１２）：３３—３７．　【２　Ｊ李新．¨）一１３　Ｅ无线网络覆盖特性浅析ｆ＿Ｊｊ．电信科学，　２００９，２５（１）：４３—４７．　１　３　Ｊ　ＧＢ　５０１５７—２Ｏ１３地铁设计规范『Ｓ］．北京：中国建筑Ｘ－业　出版社，２０１３：２１ｌ＿２ｌ５．　【４ｊ姜磊．天津地铁１号线无线视频传输系统研究ｌＪ］．中国　新技术新产品，２０１３（１　１）：５９—５９．　［５］李佳秭，黄纯坊．地铁ＰＩｓ系统车地无线技术的探讨＿Ｊ］．　铁道工程学报，２００９（４）：１０４—１　１２．　［６］王丽．地铁乘客信息系统车地无线技术方案探讨ｆｊ］．中　国新技术新产品，２０１４（４）：１７．　［７］李兆臣．地铁无线视频传输系统设计ｌ　Ｊｊ．智能建筑电气　技术，２０１３，７（５）：７２—７６．　Ｉ　８１陈爽．ＴＤ一…Ｅ在ＰＩＤＳ无线传榆应用上的可行性探讨　［Ｊ］．铁道通信信号，２０１３，４９（７）：６８—７０．　１９］夏云杰，潘理，尹睿宏．地铁乘客信息系统中无线技术的　选择［Ｊ］．中国信息化，２０１３（８）：８９　９１．　［１０ｊ赵广秀．地铁乘客信息系统车地通信技术研究［Ｊ］．北方　交通，２０１３（５）：９１—９４．　（编辑：郭洁）　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎ　Ｒａｉｌ　Ｔｒａｎｓｉｔ　Ｔｒａｉｎ—Ｇｒｏｕｎｄ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｚｈａｎｇ　Ｚｈｏｕ１　Ｈｕａｎｇ　Ｃｈｕｎｆａｎｇ　Ｍａ　Ｗｅｎｓｈｅｎｇ２　（１．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｍｅｔｒｏ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００００；　２．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｒａｉｌ　Ｔｒａｎｓｉｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｒｂａｎ　ｒａｉｌ　ｔｒａｎｓｉｔ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｄｅｍａｎｄｓ　ｆｏｒ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｂ—　ｌｅｍｓ　ｏｆｔｈｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　ｒａｉｌ　ｔｒａｎｓｉｔ．Ｂｙ　ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＴＤ—ＬＴＥ（１ｏｎｇ—ｔｅｒｍ　ｅｖｏ￣ｔｉｏｎ）ｔｉｍｅ—ｓｈａｒｉｎｇ　ｔｒａｉｎ－ｇｒｏｕｎｄ　ｗｋｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｌａｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｔｅｓｔ　ｄａｔａ　ｏｆ　Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　ｓｕｂｗａｙ　Ｌｉｎｅ　１，ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＴＤ—ＬＴＥ　ｃｏｕｌｄ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｌａｒｇｅ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｍｏｒｅ　ｂｕｓｉｎｅｓｓ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ．ＴＤ—ＬＴＥ　ｃｏｕｌｄ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｋｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｕｒｂａｎ　ｒａｉｌ　ｔｒａｎｓｉｔ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂｕｓｉｎｅｓｓ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｃｏｕｌｄ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｄｅｍａｎｄｓ　ｕｎｄｅｒ　ｕｒｂａｎ　ｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆＴＤ—ＬＴＥ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　ｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｓ　ｆｅａｓｉｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｒｏ；ｗｉｒｅ￣ｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ；ｂｅａｒｉｎｇ；ｔｅｓｔ　ＵＲＢＡＮ　ＲＡＰＩＤ　ＲＡＩＬ　ＴＲＡＮＳＩ