城市軌道交通移動通信技術研究

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【摘要】隨著我國城市軌道交通的快速發展，車地無線通信的發展已越來越不能滿足日益增長的軌道交通業務發展的需求。本文通過分析當下城市軌道交通車地通信的現狀，通過對移動通信相關技術原理的研究，提出了移動通信技術在城軌車地通信方面具有更穩定、更可靠的優勢。合理地實現移動通信技術與城軌車地通信的結合，能夠更好地實現車地無線通信傳輸，滿足軌道交通業務的需求。

【關鍵詞】城市軌道交通；移動通信技術；車地無線通信；交通控制

1城軌交通車地無線通信現狀

城市軌道交通控制是基于CBTC實現的列車自動化控制系統，通過實時監控列車運行狀態，控制列車安全行駛。因此，車地無線通信就決定了CBTC運行的穩定性與可靠性。當前地鐵車地無線通信網絡的實現，主要是采用是基于IEEE802.11標準的WLAN技術，主要存在以下問題：

（1）系統穩定性低

WLAN無線網絡單站點AP覆蓋范圍有限，最多不超過200米，所設站址較多，從而造成隧道內維護困難，在高速移動情況下無法保障數據傳輸的質量。

（2）抗干擾能力弱

地鐵WLAN無線通信沒有專用頻段，只能使用免費開放的2.4GHz和5.0GHz公共頻段，干擾源太多，干擾太大，也許一個普通手機用戶的手機熱點都可能對WLAN的傳輸質量產生影響

（3）數據傳輸帶寬受限

隨著城軌信息化的發展，無線通信領域對數據傳輸帶寬提出了新的要求。車內旅客信息系統（PIS）要求車地通信能夠提供單車6～8Mbit/s的下行傳輸帶寬，CCTV監控系統要求能夠為單車提供4～6Mbit/s的上行傳輸帶寬。在保證CBTC列車控制信息正常傳輸的基礎上，滿足上述PIS、CCTV業務數據的傳輸，對現有的WLAN通信系統提出了新的要求。

（4）數據傳輸安全性低

由于WLAN采用公共電磁波作為載體進行數據傳輸，任何人都有條件和可能竊聽或干擾信息，存在電磁波泄露或者數據被截聽的安全隱患。因此，對于WLAN的安全保密問題顯得尤為突出。

（5）組網成本高

城軌車地專用無線通信業務主要分為三部分：以TETRA為代表的語音調度業務；保障CBTC系統運行的WI-FI網絡；車載PIS（乘客信息系統）與CCTV（閉路電視）的專用WI-FI網絡。這三種業務彼此獨立，各自單獨組建網絡，所建成本較高，不利于軌道交通業務的長期發展。

2移動通信技術

（1）第一代移動通信技術

第一代移動通信技術產生與上世紀80年代，是最初的模擬蜂窩網絡標準，稱為FDMA（頻分多址）技術。第一代移動通信技術的一大成就就在于用戶第一次能夠在移動的狀態下撥打電話，但是它們只能提供基本的語音會話業務，不能提供非語音業務，并且容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質量不高、不能提供數據業務和漫游業務等，上世紀90年代就基本被淘汰了。

（2）第二代移動通信技術

也稱為2G通信技術，是為解決第一代移動通信四分五裂的局面而提出來的數字蜂窩網絡技術，其數字無線標準有：GSM和CDMAIS-95。第二代移動通信系統在引入數字無線電技術以后，數字蜂窩移動通信系統提供了更好的網絡技術，不僅改善了語音通話質量，提高了保密性，防止了并機盜打，而且也為移動用戶提供了無縫的國際漫游。

（3）第三代移動通信技術

第三代移動通信技術簡稱3G，它是一種真正意義上的寬帶移動多媒體通信系統，它能提供高質量的寬帶多媒體綜合業務，并且實現了全球無縫覆蓋，它的數據傳輸速率高達2Mbit/s，其通信容量是第二代移動通信技術的2-5倍。目前，最具代表性的3G標準有有美國提出的CDMA2000，歐洲和日本提出的WCDMA以及中國提出的TD-SCDMA。

（4）第四代移動通信技術

第四代移動通信同樣被稱為4G技術，它是3G技術的進一步演化，是基于LTE標準（長期演進技術）之上，為我們提供高速移動的網絡帶寬業務，它的最高無線傳輸速度可達每秒100Mbps。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數據、高質量、音頻、視頻和圖像，并且能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求，有著不可比擬的優越性。

3移動通信技術在城軌交通車地通信中應用的優勢

（1）多種網絡覆蓋方案，提高系統穩定性

移動通信站點是通過基站進行無線網絡覆蓋，單個分布在隧道的基站覆蓋范圍可達1.2km。另外，基站的組網設置原則比較靈活，依據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絡覆蓋的重疊長度，可保證高速環境下成功的進行越區切換，提高數據傳輸的穩定性。

（2）使用專用頻段，無線網絡抗干擾能力強

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，保證了數據傳輸的可靠性。

（3）蜂窩網絡技術，數據傳輸容量大

移動通信技術也稱為蜂窩網絡通信，通過設置基站，劃分小區，成百上千倍地增大了頻率的空間復用率，極大提高了數據傳輸量。另外，LTE技術的應用，為第四代移動通信技無線寬帶業務提供了技術基礎，使得無線傳輸速度可達100Mbps/S。

（4）多種數據加密方式，數據安全性高

移動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，防止非本網絡用戶接入網絡；二是為無線路徑上的通信數據進行加密，保證了通信數據的安全性。

（5）網絡功能強大，降低組網成本

移動通信網絡具有多種業務功能，除了基本語音通信業務之外，也可實現高速傳輸數據、音頻、視頻和圖像等大數據量業務。因此可完全替代TETRA集群通信和WLAN網絡，實現語音調度業務，保障CBTC系統運行和車載PIS與CCTV的專用車地通信無線網絡，避免單獨建網，降低組網成本。

4結語

無線通信系統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的穩定性與可靠性。基于移動通信系統技術的優勢以及良好的發展形式，移動通信車地通信系統的優越性也值得我們去關注和研究，為城軌交通業務的發展需求提供強大的技術支持。

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作者：鄭天賜 單位：西安鐵路職業技術學院