城市軌道交通移動通信技術(shù)研究
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【摘要】隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，車地無線通信的發(fā)展已越來越不能滿足日益增長的軌道交通業(yè)務發(fā)展的需求。本文通過分析當下城市軌道交通車地通信的現(xiàn)狀，通過對移動通信相關(guān)技術(shù)原理的研究，提出了移動通信技術(shù)在城軌車地通信方面具有更穩(wěn)定、更可靠的優(yōu)勢。合理地實現(xiàn)移動通信技術(shù)與城軌車地通信的結(jié)合，能夠更好地實現(xiàn)車地無線通信傳輸，滿足軌道交通業(yè)務的需求。
【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；移動通信技術(shù)；車地無線通信；交通控制
1城軌交通車地無線通信現(xiàn)狀
城市軌道交通控制是基于CBTC實現(xiàn)的列車自動化控制系統(tǒng)，通過實時監(jiān)控列車運行狀態(tài)，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(wěn)定性與可靠性。當前地鐵車地無線通信網(wǎng)絡的實現(xiàn)，主要是采用是基于IEEE802.11標準的WLAN技術(shù)，主要存在以下問題：
（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性低
WLAN無線網(wǎng)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(nèi)維護困難，在高速移動情況下無法保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)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(zhì)量產(chǎn)生影響
（3）數(shù)據(jù)傳輸帶寬受限
隨著城軌信息化的發(fā)展，無線通信領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)傳輸帶寬提出了新的要求。車內(nèi)旅客信息系統(tǒng)（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(jiān)控系統(tǒng)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?shù)幕A(chǔ)上，滿足上述PIS、CCTV業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸，對現(xiàn)有的WLAN通信系統(tǒng)提出了新的要求。
（4）數(shù)據(jù)傳輸安全性低
由于WLAN采用公共電磁波作為載體進行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)成本高
城軌車地專用無線通信業(yè)務主要分為三部分：以TETRA為代表的語音調(diào)度業(yè)務；保障CBTC系統(tǒng)運行的WI-FI網(wǎng)絡；車載PIS（乘客信息系統(tǒng)）與CCTV（閉路電視）的專用WI-FI網(wǎng)絡。這三種業(yè)務彼此獨立，各自單獨組建網(wǎng)絡，所建成本較高，不利于軌道交通業(yè)務的長期發(fā)展。
2移動通信技術(shù)
（1）第一代移動通信技術(shù)
第一代移動通信技術(shù)產(chǎn)生與上世紀80年代，是最初的模擬蜂窩網(wǎng)絡標準，稱為FDMA（頻分多址）技術(shù)。第一代移動通信技術(shù)的一大成就就在于用戶第一次能夠在移動的狀態(tài)下?lián)艽螂娫挘撬鼈冎荒芴峁┗镜恼Z音會話業(yè)務，不能提供非語音業(yè)務，并且容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務和漫游業(yè)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(shù)
也稱為2G通信技術(shù)，是為解決第一代移動通信四分五裂的局面而提出來的數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡技術(shù)，其數(shù)字無線標準有：GSM和CDMAIS-95。第二代移動通信系統(tǒng)在引入數(shù)字無線電技術(shù)以后，數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)提供了更好的網(wǎng)絡技術(shù)，不僅改善了語音通話質(zhì)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(shù)
第三代移動通信技術(shù)簡稱3G，它是一種真正意義上的寬帶移動多媒體通信系統(tǒng)，它能提供高質(zhì)量的寬帶多媒體綜合業(yè)務，并且實現(xiàn)了全球無縫覆蓋，它的數(shù)據(jù)傳輸速率高達2Mbit/s，其通信容量是第二代移動通信技術(shù)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(shù)
第四代移動通信同樣被稱為4G技術(shù)，它是3G技術(shù)的進一步演化，是基于LTE標準（長期演進技術(shù)）之上，為我們提供高速移動的網(wǎng)絡帶寬業(yè)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(shù)據(jù)、高質(zhì)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(yōu)越性。
3移動通信技術(shù)在城軌交通車地通信中應用的優(yōu)勢
（1）多種網(wǎng)絡覆蓋方案，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性
移動通信站點是通過基站進行無線網(wǎng)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(wǎng)設置原則比較靈活，依據(jù)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(wǎng)絡覆蓋的重疊長度，可保證高速環(huán)境下成功的進行越區(qū)切換，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
（2）使用專用頻段，無線網(wǎng)絡抗干擾能力強
移動通信技術(shù)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(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
（3）蜂窩網(wǎng)絡技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸容量大
移動通信技術(shù)也稱為蜂窩網(wǎng)絡通信，通過設置基站，劃分小區(qū)，成百上千倍地增大了頻率的空間復用率，極大提高了數(shù)據(jù)傳輸量。另外，LTE技術(shù)的應用，為第四代移動通信技無線寬帶業(yè)務提供了技術(shù)基礎(chǔ)，使得無線傳輸速度可達100Mbps/S。
（4）多種數(shù)據(jù)加密方式，數(shù)據(jù)安全性高
移動通信的鑒權(quán)中心主要有兩個功能：一是對用戶的IMSI號進行鑒權(quán)，防止非本網(wǎng)絡用戶接入網(wǎng)絡；二是為無線路徑上的通信數(shù)據(jù)進行加密，保證了通信數(shù)據(jù)的安全性。
（5）網(wǎng)絡功能強大，降低組網(wǎng)成本
移動通信網(wǎng)絡具有多種業(yè)務功能，除了基本語音通信業(yè)務之外，也可實現(xiàn)高速傳輸數(shù)據(jù)、音頻、視頻和圖像等大數(shù)據(jù)量業(yè)務。因此可完全替代TETRA集群通信和WLAN網(wǎng)絡，實現(xiàn)語音調(diào)度業(yè)務，保障CBTC系統(tǒng)運行和車載PIS與CCTV的專用車地通信無線網(wǎng)絡，避免單獨建網(wǎng)，降低組網(wǎng)成本。
4結(jié)語
無線通信系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性?；谝苿油ㄐ畔到y(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢以及良好的發(fā)展形式，移動通信車地通信系統(tǒng)的優(yōu)越性也值得我們?nèi)リP(guān)注和研究，為城軌交通業(yè)務的發(fā)展需求提供強大的技術(shù)支持。
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作者：鄭天賜 單位：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院
