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摘要：本文從目前寬帶無線技術(shù)的角度出發(fā)，探討城市軌道交通CBTC信號系統(tǒng)及PIS系統(tǒng)所采用的車地通信實現(xiàn)方式。

關(guān)鍵詞：地鐵  車地通信  寬帶無線技術(shù)  信號系統(tǒng)

目前國內(nèi)基于通信的移動閉塞系統(tǒng)（CBTC制式的信號系統(tǒng)）運用的工程實施項目越來越多，但實際開通運營的工程項目較少。信號系統(tǒng)是關(guān)系行車安全的系統(tǒng)，采用什么樣的車—地通信方式，保證車—地通信的可靠性、安全性、實時性顯得尤為重要。

地鐵業(yè)務(wù)中信號系統(tǒng)的車—地通信大量采用無線通信技術(shù)。目前從業(yè)務(wù)需求的角度看CBTC信號系統(tǒng)帶寬需求為數(shù)百Kbps，PIS系統(tǒng)中的下行流的帶寬需求為10Mbps級，針對車載監(jiān)控業(yè)務(wù)的上行帶寬為Mbps級。從通信技術(shù)發(fā)展的角度出發(fā)，主要呈現(xiàn)了平臺化、寬帶化方向的發(fā)展趨勢。

1、簡介

無線國際標(biāo)準(zhǔn)組織主要通過不斷改進(jìn)調(diào)制解調(diào)方式、改進(jìn)開線技術(shù)等方式以達(dá)到不丟失功能的前提下提高頻率利用率，即提高帶寬能力，以達(dá)到真正的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)。從目前寬帶無線技術(shù)的角度出發(fā)，主要具有3G、WiMAX、WLAN等三種技術(shù)，加之從傳統(tǒng)2.5G網(wǎng)絡(luò)演變并在大鐵中成熟實施的GSM-R 技術(shù)。

l 3G

第三代移動通信系統(tǒng)（3G）的標(biāo)準(zhǔn)由ITU-R提出，因為其主要工作頻段在2000MHz左右，并具有最高速率為2000Kbps的業(yè)務(wù)能力，一般被稱為IMT-2000。3G系統(tǒng)能夠滿足高速率傳輸以支持多媒體業(yè)務(wù)，它在室內(nèi)靜止環(huán)境可達(dá)2Mbps、在室內(nèi)外步行環(huán)境可達(dá)384Kbps、在室外快速移動環(huán)境可達(dá)144Kbps。全球主流的3G制式有三種，分別為WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。目前在運營商針對3G業(yè)務(wù)測試情況來看，用于車—地通信方式的寬帶業(yè)務(wù)尚不理想。

l WiMAX

WiMAX 的全名是微波存取全球互通（Worldwide Interoperability for Microwave Access），WiMAX即為IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)，或廣帶無線接入（Broadband Wireless Access，BWA標(biāo)準(zhǔn)），是一項無線城域網(wǎng)（WMAN）技術(shù)。針對WiMAX的技術(shù)來看，目前全球的使用頻率主要側(cè)重于2.5G與3.5G頻段，也都是拍賣頻段，技術(shù)原理也主要劃分為二大類802.16d與802.16e，802.16e從功能的角度出發(fā)可以替換802.16d，目前，從產(chǎn)品成熟度的角度出發(fā)，價值鏈還不成熟。

l WLAN

WLAN技術(shù)從標(biāo)準(zhǔn)的角度出發(fā)，主要最初定位于局域網(wǎng)的概念，隨著市場市場發(fā)展，定位也在逐漸演化，已經(jīng)由“局域”向“城域”方面進(jìn)行演化，所以技術(shù)架構(gòu)也已經(jīng)由傳統(tǒng)的單點方式向集中架構(gòu)（MSC+BSC）在演化，即演化出無線控制器等產(chǎn)品，從頻段的角度出發(fā)，主要工作于2.4G與5.8G頻段，這兩段頻段是屬于的ISM頻段，產(chǎn)品鏈已經(jīng)很成熟。

l GSM-R

GSM-R(GSM Railway)是一種基于目前世界最成熟、最通用的公共無線通信系統(tǒng)GSM 平臺上的、專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式的無線通信系統(tǒng)，針對鐵路通信列車調(diào)度、列車控制、支持高速列車等特點，為鐵路運營提供定制的附加功能的一種經(jīng)濟(jì)高效的綜合無線通信系統(tǒng)。從集群通信的角度來看，GSM-R 是一種數(shù)字式的集群系統(tǒng)，能提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、應(yīng)急通信、養(yǎng)護(hù)維修組通信等語音通信功能。GSM-R 能滿足列車運行速度為0-500km／小時的無線通信要求，安全性好。通過將GPRS（通用分組線業(yè)務(wù)）技術(shù)引入GSM網(wǎng)中。使數(shù)字通信的速率由原來的9.6Kbit/s提高至115Kbit/s。在中國GSM-R頻率采用E-GSM中的4M頻段885-889M，同時這段頻率和中國移動共同使用，鐵路沿線2－6公里范圍內(nèi)由中國鐵路使用，鐵路沿線2－6公里范圍以外由中國移動使用。

 2、現(xiàn)狀分析

目前城市軌道交通基本上是采用WLAN技術(shù)承載CBTC和PIS系統(tǒng)，上海、廣州、北京等城市的城市軌道交通都是使用WLAN進(jìn)行CBTC和PIS系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試，主要的出發(fā)點是基于技術(shù)和產(chǎn)品鏈的成熟度。

針對WLAN和WiMAX主要擔(dān)心的是安全問題和干擾問題。從安全的角度出發(fā)，WLAN與WiMAX的核心技術(shù)點是一致的，WLAN通過對IEEE802.11i 的支持，WiMAX通過對IEEE802.16e的支持，很大程度上改善了安全的問題。在抗干擾能力方面，兩者核心的技術(shù)原則與工程原則都是一致的，但頻譜的管理是不一致的，一個屬于管制頻點，另外一個屬于非管制頻點（如果使用5.8G，也屬于管制頻點）。

關(guān)于GSM-R技術(shù)，如果使用現(xiàn)在的技術(shù)方案（GSM、CDMA等）進(jìn)行支持，肯定滿足不了統(tǒng)一車地?zé)o線通信的業(yè)務(wù)需求，但如果僅支撐CBTC現(xiàn)在的功能需求，且不考慮以后擴(kuò)展性的話，也要基于現(xiàn)在的CDMA1X及GPRS二種技術(shù)進(jìn)行功能改造，支持多信道捆綁以達(dá)到帶寬要求，另外，在城市軌道交通中沒有使用GSM-R承載信號系統(tǒng)的主要原因還包括頻點的申請問題。

3、技術(shù)指標(biāo)對比

主要技術(shù)指標(biāo)對比見下表。

4、工程方式對比

從工程的角度出發(fā)，根據(jù)所應(yīng)用技術(shù)的特點和網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)需求來確定。

l WiMAX

該技術(shù)的特點是傳輸距離遠(yuǎn)且接入速度快，系統(tǒng)容量大，因此該技術(shù)主要應(yīng)用在兩個節(jié)點之間的無線中繼通道。工程中主要的工作量是規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)和調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，而安裝工作量相對較少。若地鐵信號系統(tǒng)采用該技術(shù)來實現(xiàn)車地通信，在傳輸帶寬上是足夠了，而且節(jié)點與節(jié)點間光纜應(yīng)用較少，線路施工的工作量較少，但在既要充分發(fā)揮其傳輸距離遠(yuǎn)又要滿足冗余覆蓋方面則需要經(jīng)過縝密的勘測和計算。由于該技術(shù)是通過采用自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn)覆蓋范圍和傳輸速率的折衷，故而網(wǎng)絡(luò)調(diào)試也需耗費大量的時間。總體而言，該技術(shù)在工程實施方面是安裝工作量較小，前期勘測、規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)的調(diào)測工作量較大。

l WLAN

該技術(shù)的特點是近距離傳輸、接入速度快、系統(tǒng)容量較大；該技術(shù)的組網(wǎng)適用微小區(qū)制，主要應(yīng)用于信息無線寬帶接入。由于采用微小區(qū)制組網(wǎng)方式和微功率發(fā)射模式，該技術(shù)在工程中的工作量體現(xiàn)在設(shè)備安裝和網(wǎng)絡(luò)調(diào)試。相對來說，該技術(shù)對外界的干擾較小，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的工作量小一些。若地鐵信號系統(tǒng)采用該技術(shù)來實現(xiàn)車地通信，在傳輸帶寬上足夠滿足要求，冗余覆蓋較容易實現(xiàn)，但節(jié)點與節(jié)點間光纜應(yīng)用較多，線路施工的工作量較大；單個設(shè)備的安裝和調(diào)試較容易，但系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的工作量較大。總體而言，該技術(shù)在工程實施方面是前期規(guī)劃工作量較小，工程安裝及調(diào)測工作量較大。

l GSM-R

該技術(shù)的特點是接入速度快、但傳輸帶寬較小，可根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求靈活組網(wǎng)，有蜂窩制和宏小區(qū)制等多種模式。該技術(shù)主要應(yīng)用與鐵路的無線調(diào)度通信和一些信息量小的數(shù)據(jù)傳輸。由于該技術(shù)的調(diào)制技術(shù)很難克服隧道內(nèi)的多徑干擾問題，故而在地鐵信號工程實踐中需花費大量時間對現(xiàn)場進(jìn)行勘測，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃。相對而言，工程中的設(shè)備和線路安裝的工作量較小；但在設(shè)備安裝完以后要解決冗余覆蓋對設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)性能的影響，后期的設(shè)備調(diào)測工作量非常大。

5、結(jié)論

綜上所述，WLAN技術(shù)是目前城市軌道交通CBTC信號系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)主要采用的車地?zé)o線通信技術(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的成熟，WiMAX技術(shù)也可能成為將來的發(fā)展方向之一。