...谈LTE技术在城市轨道交通车―地无线通信中的应用.doc
王裕政++聂娜++李先永
[摘 要]伴随城市交通压力的增加，城市轨道交通的应用日渐广泛，成为许多城市人群的出行首选，这在推动城市轨道交通发展的同时，也对车地无线通信系统提出严峻的挑战，应该借助先进的无线通信技术满足快速行驶的轨道列车的对地通信需要，为人们提供安全、舒适、信息化的乘车环境，本文以TD—LTE技术来构建城市轨道交通车地无线通信专网。
[关键词]城市轨道交通；车地无线通信；应用
中图分类号：U285.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0357-01
引言：在当今城市轨道交通领域中，列车与地面要保持连续的通信和联系，即车地无线通信系统，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。
1 城市轨道交通车地无线通信业务介绍
1.1 列车控制系统
列车控制系统（CBTC）是目前城市轨道交通信号系统主要采用的制式，通过车地无线通信系统进行列车与地面的数据交换，实现列车运行的自动控制和调度，主要功能有列车自动监控（ATS）、列车自动防护（ATP）和列车自动运行（ATO）。CBTC是城市轨道交通自动化体系中的关键系统，对保证列车运行安全、提高列车运行效率起着重要的作用。车地无线通信是连续的、双向的，车地通信分为地一车信息传输（下行）和车一地信息传输（上行）。
1.2 列车运行状态监测系统
列车运行状态监测系统通过传感器采集列车电流、电压、轴温、车下转向架、车辆一/二系悬挂系统、发动机、制动器等设备的关键参数，并通过车地无线通信网绷冬数据传送到地面监测中心，上行传输速率为100kbps，地面监测中心通过对数据进行集中处理和分析，实现对列车运行状态的实时监测和远程故障诊断功能。
1.3 无线列车调度系统
城市轨道交通无线列车调度系统为控制中心调度员、车辆段调度员、车站值班员等固定用户与列车司机、防灾、维修等移动用户之间提供迅速、有效的通信手段，是提高运输效率、确保行车安全及应对突发事件的必要保障。在城市轨道交通的无线列车调度系统中，车地之间（上行），地车之间（下行），主要都是传输语音信息，要求上下行传输速率为100kbps。
1.4 视频监控系统
视频监控系统（CCTV）将列车驾驶室、列车车厢的视频监控图像通过无线的方式传输到控制中心，进行集中监视，也可以通过无线网络将实时监控录像传送到地面监控站进行监控。通过车地之间的视频传输，地面控制中心可以实现对驾驶室、设备间、车厢等重点区域的实时监控，保障列车运行安全和旅客人身安全，满足运营的需求。
1.5 乘客信息系统
乘客信息系统（PIS）是个多媒体咨询发布、播控与管理的平台，可在多种显示终端上显示多种类型的、多信息源的、平行的、分区的、带优先级的信息。PIS可以向乘客发布更直观、更形象的各种有用信息，可以提供列车到发时间、转播电视节目、播放监视画面，为乘客提恻尤质的服务，提高运营的整体水平。PIS的数据传输由地面将视频、图像信息通过PIS无线网络传输到车厢内显示屏进行播放，所有的数据传输都是下行传输，一般传输的信息都是高清视频。
2 城市轨道交通对车地无线通信系统的功能要求
2.1 信息传输能力
车地无线通信系统承担地铁列车调度、控制、车载广播和乘客信息多媒体信息等内容，以数据、音频和视频等形式进行传输，系统的瞬时信息传输需求是极大的，应该保证车地无线通信系统具有大带宽，能够满足城市轨道交通对通信系统信息传输能力的要求。
2.2 抗干扰能力
城市轨道交通线路是在城市内部穿行的，其通信环境相对较差，极易受到系统内部和外部的通信干扰，应该确保车地无线通信系统具备极强的抗干扰能力，能够保证通信的效率和质量，避免因通信不畅引发严重的调度、安全事故。
2.3 极高的适应性
城市轨道交通的运行环境较为复杂，存在高架、地下隧道及地面等多種形式，需要满足不同环境下的车地无线通信需要，能够实现信息的持续、动态、可靠传输。
2.4 无缝衔接
地铁是在大空间范围内做连续运动的，依靠单独的信息设备是无法实现空间范围内的全覆盖的，需要借助分站进行信号的接续，这牵涉到站点间的无缝衔接问题，如果无法实现信息传输的无缝衔接将导致地铁运行出现信息盲区，存在极大的安全隐患。
3 城市轨道交通车地无线通信应用的系统方案
3.1 总体方案
采用TD—LTE系设备，以4级架构的形式进行设置，分别是中心级、车站级、区间级、车辆级。其中，中心级担任TD—LTE核心网设备角色，车站级是BBU设备，区间级是RRU设备，车辆级则是TAU设备。在区间覆盖方面，该系统采用的是合路方式，即是区间覆盖结合民用通信区间漏泄电缆，有助于扩大TD—LTE车地无线信号在隧道区间内的覆盖率。
3.2 控制中心方案
在控制中心设置一套网管设备以及TD—LTE核心网，以乘客信息系统核心交换机连接，依靠专属的通信传输系统所提供的以太网（Ethernet）通道实现与各个车站的BBU相互连接。同时连接控制中心FAS、控制中心PIS的互联接口，车辆内的全部FAS信息与检测信息均通过TD—LTE车地无线通信系统传输到控制中心核心网之上，随后再通过PIS实现转发，传输至车辆维修中心以及控制中心FAS。
3.3 车站与隧道方案
车站乘客信息系统跟数据交换机相互连接，同时在车站内设置一套BBU设备，以光纤为连接载体，实现与区间RRU的相互连接。RRU的主要作用是接收车辆TAU信息，随后再经过车站BBU乘客信息系统以及专用通信传输系统，将所接收的车辆TAU信息传输到控制中心之上。将合路器设备设置在隧道之内，整合TD—LTE车地无线信号与各个电信运营商的无线信号，随后馈入区间民用漏泄电缆之内，实现无线信号传输，以期覆盖整个区间。
3.4 车载与车辆段方案
将两套TAU设备分别安装在列车的两端司机室，并且在车顶的位置加装一套TAU天线设备，连接车辆控制总线、车载乘客信息系统、车载视频等。在此基础下，车辆的全部信息，包括检测信息、视频画面等均可实现上传至控制终端，同时接收PIS的多媒体播放信息。
4 结语
城市轨道交通是未来大中城市缓解交通压力的重要设施，其车地无线通信技术的发展对城市轨道交通的发展有极强的影响作用。相关单位和人员应该加强无线传输技术的研发，提高无线数据传输的效率和质量，解决通信设备的覆盖范围和无缝衔接问题，满足城市轨道交通的正常运营需要。
参考文献
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