轨道交通车地无线传输技术探讨

　　随着中国轨道交通建设进入快速发展的阶段，轨道交通的车地无线传输系统对移动性的要求也越来越高，本文则就这一部分目前最新的技术开发情况作简要的介绍。

　　轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点。当前，各国已普遍认识到，解决交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨干的公共交通系统。

　　城市轨道交通和铁路同属于轨道交通的范畴。城市快速轨道交通包括地铁、轻轨、有轨电车、磁悬浮列车等多种类型。因为有轨电车和磁悬浮列车占市场的份额很少，所以一般泛指地铁和轻轨。划分两者的依据是单向最大高峰小时客流量的大小：采用中等载客量车厢，能适应远期单向最大高峰小时客流量1.5~3.0万人次的称为轻轨;采用大载客量车厢，能适应远期单向最大高峰小时客流量为3.0~6.0万人次的统称为地铁。《中华人民共和国铁路法》上所称铁路，包括国家铁路、地方铁路、专用铁路和铁路专用线。国际上根据铁路线路允许运行的最高时速进行划分：铁路包括普通铁路(100~160km/h)、快速铁路(160~200km/h)和高速铁路(既有线改造>200km/h;新建线>250km/h)。目前中国高铁的最高时速接近400公里。随着轨道交通进入快速发展的阶段，轨道交通的车地无线传输系统对移动性要求也越来越高。

　　无线传输技术

　　轨道交通无线传输技术，即无线通信技术，分为民用无线通信、专用无线通信和列车控制无线通信。民用无线通信系统主要实现寻呼、GSM、CDMA、3G(含3G-UMTS、3G-UWB、3G-LTE)等公用移动信号的覆盖，用于轨道交通的民用通信;专用无线通信系统主要实现TETRA、GOTA、GT-800、iDen、WLAN、DVB-T、WIMAX等专用信号的覆盖，用于轨道交通的运营、生产，提供行车调度指挥与其他相关部门之间的联系，包括列车调度、环境控制调度、公安调度、车辆段站场、维修部门等无线通信，用于轨道交通专用通信、公安通信、PIS/CCTV无线传输、移动电视;列车控制无线通信是轨道交通信号系统中最重要的组成部分之一，用于控制列车间的行驶间隔。

　　目前，国内轨道交通行业使用的无线通信技术主要有：WLAN、GSM-R、TETRA、GSM、CDMA、3G、WiMAX、DVB-T等。

　　车地无线传输需求分析

　　城市轨道交通行业车地无线传输需求

　　城市轨道交通的列车与地面之间通信越来越多地采用无线通信技术，除了民用通信外，目前有三个业务子系统需求车地无线通信：乘客资讯系统(PIS)中的下行流带宽需求约为8Mbps(1路标清)、车载视频监控系统的带宽共约为6~8Mbps(1路上行，1路下行)、CBTC信号系统带宽需求为数百Kbps。

　　乘客咨询系统(PIS)

　　系统通过分布于列车车厢的液晶显示器(一节车厢最多设置8台)，乘客可以实时了解列车运行状态和到站信息，还可以观看实时电视节目及广告。 

　　车载视频监控系统

　　列车运行安全事关重大，而列车运行中的事故时有发生，造成了重大损失，如英国伦敦地铁爆炸案等。列车车厢内部的实时监控一直是轨道交通安全系统中关键而薄弱的一环。车载图像监控系统可实现列车司机、控制中心值班员、车辆段DCC和车站值班员对列车车厢情况的实时监控。运营列车每节车厢装设2个小型半球型摄像机，用于监视车厢内乘客情况;两端驾驶室各设置广角半球摄像机，正常情况下监视列车司机位，紧急情况下，监视车内旅客疏散情况。两端驾驶室设置一台触摸显示器，根据需要显示车内图像或前方车站发送的站台图像。

　　基于通信的列车控制系统(CBTC)

　　基于通信技术的列车控制系统，其核心技术是车地连续、双向的无线通信。随着控制技术、计算机技术和数字无线通信技术的飞速发展，通信系统正在与列车运行控制系统相结合，基于通信的列车控制系统正在越来越多的被采用。

　　铁路行业车地无线传输需求

　　GSM-R作为专门为满足铁路应用而开发的数字式无线通信系统，具有更适应铁路运输特点的、更成熟的技术优势，以及更符合通信信号一体化技术发展的需要，特别是运用于列车控制系统、铁路维护通信、列车诊断、旅客服务和货运跟踪服务。

　　列车控制系统(TrainControlSystem，TCS)

　　系统是以GSM-R作为传输手段的列车自动防护/列车自动控制系统，甚至可以实现列车的自动操作(驾驶)。

　　铁路维护通信

　　利用GSM-R技术，可建立铁路沿线维护人员的业务联络通信(新的路边电话和隧道电话)，并能够根据维护人员的职能和所在的场所很快地确定他们的位置。

　　列车诊断

　　如果列车发生故障，诊断数据将通过GSM-R传输到下一个维修中心，使维修站能够及时地为维修做好相关的准备，因而大大地缩短维修时间。 

　　旅客服务

　　旅客服务主要包括列车时刻信息、在线售票(订座)服务。基于列车自动控制和GSM-R的列车时刻信息服务，能够随时为旅客和乘客提供列车的动态位置和时刻信息;基于GSM-R连接的售票机可提供在线售票(订座)服务。

　　货运跟踪服务

　　该项服务利用一个带有GPS接收器的简单GSM模块，可指示该货车(集装箱)的精确位置，可实时掌握所运货物的确切位置，并可将这一数据发送给其客户。

　　现状分析

　　目前，北京、上海、广州、深圳等城市的轨道交通基本上是采用WLAN技术承载乘客资讯系统(PIS)、车载视频监控系统、基于通信的列车控制系统(CBTC)等，主要的出发点是基于技术和产品链的成熟度，供应商比较多，有西门子、摩托罗拉、思科、HP、H3C等。在城市轨道交通中没有使用GSM-R承载信号系统的主要原因之一为频点的申请问题。GSM-R是目前铁路主要采用的车地无线通信技术，GSM-R的提供商主要有三家：华为、诺基亚西门子通信、北电。GSM-R技术已经在青藏铁路、大秦线、广深港高速铁路、京津城际铁路、武广客运专线、上海磁悬浮等线路上得以应用，相信随着技术的发展和产品的成熟，WiMAX等技术也将有可能会成为未来的发展方向之一。