无线通信系统在城市轨道交通中的应用徐伟彬

徐伟彬

(天津凯发电气股份有限公司天津市300392)

摘要：在经济文化高速发展的现代社会中，科学技术得到显著的发展，无线通信系统逐渐广泛应用于人们的生产生活中，并在人们的生产生活中占据较为重要的地位。虽然无线通信系统现阶段已得到广泛应用，但受诸多因素的影响，其在城市轨道交通中的应用仍受到相应的限制。为此，本文展开对无线通信系统在城市轨道交通中的应用展开分析。

关键词：无线通信；城市轨道交通；应用

引言

自改革开放深入实施后，我国综合国力显著提升，科学技术也在经济发展的基础上取得了一定的成就。无线通信系统作为科学技术发展过程中的新兴成果之一，逐渐广泛应用于人们的生产生活中。为了方便人们的生活，缓解城市压力下的交通拥堵问题，以电能为动力的城市轨道交通也迅速发展起来。在未来城市轨道交通发展中，充分采用无线通信系统，能够通过对信息发送和接收设备形式的完善，提升城市轨道交通的安全运营性。

1概述

1.1无线通信系统

无线通信新系统是指在当前信息网络化时代下，兴起的一种无线电通信系统，通常由三部分组成，分别为无线信道、发送设备和接收设备。无线通信系统在应用过程中，基本上是在无线信道的支持下，利用无线电磁波，充分实现对实时信息和数据的接收，并对信息和数据加以传递。通常情况下，无线通信系统能够根据其自身的工作频段，或是传输的手段，分为不同类型的通信类型，比如短波通信、卫星通信等。无线通信系统在发展中可能存在些许问题，因此在其发展中应注意对天线尺寸的制造，加强对携有信息的电信号进行调节。

1.2城市轨道交通

城市轨道交通是近年来为了缓解城市交通压力，根据城市交通发展的主题规划要求，实施的一种专用性轨道线路交通。其主要是以列车或是单车的形式，实现对一定规模客流运送的交通方式，是当前城市化快速发展下比较合理的公共交通方式。通常情况下，城市轨道交通主要以地铁、轻轨以及有轨电车等为主，是在电力系统下实现对客流运送的交通形式，在当前社会发展形势下，城市轨道交通已经逐渐成为城市公共交通发展的主要交通干线，具有省时、全天、污染少、安全性高的优势，对城市交通的可持续发展具有重要意义。

2无线通信技术在城市轨道中的作用

2.1无线通信技术对轨道交通运行的作用

在运行过程中，轨道交通通信与信号系统是整个列车运行系统的核心，是轨道交通的“神经中枢”。通信与信号系统的优良直接影响轨道交通能否正常运行，如新闻中出现的有关地铁瘫痪事故背后原因大部分来自通信与信号系统故障。曾经被闹得沸沸扬扬的WIFI逼停地铁事件正是因为以前车地通信功能主要依托WIFI技术体制实现，由于WIFI系统采用公用频段，易受干扰，没有多业务优先级保障机制，不适用于综合承载，高速移动场景带宽的稳定性也无法保障，不同业务系统需独立建网资源开销较大，维护困难。所以，无线通信技术的发展和创新就成为轨道交通建设的一个重中之重。

2.2乘客对无线通信技术的需求

随着智能设备的普及，手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式设备已经成为人们日常生活中必不可少的装备。而随着城市轨道交通的发展，越来越多的人出行选择这种方便、便捷的交通方式，故城市轨道交通的无线通信技术也成为人们出行时需要的服务。所以在满足轨道交通安全正常运行的前提下，为乘客提供无线通信技术也是需要重视的建设部分。

3目前主要的无线通信技术

3.1LTE技术

LTE是3GPP标准组织制定的目前最先进的无线通信技术，是无线通信技术的发展趋势，LTE系统引入了OFDM(正交频分复用)和MIMO(多输入多输出)等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率(20M带宽下行峰值速率为100Mbps，上行为50Mbps)，并支持多种带宽分配:1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等。LTE系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。针对城市轨道交通行业，LTE无线专网具有先进的技术特点。首先LTE有着系统的抗干扰设计，通过多种技术手段和算法，LTE可将干扰控制到最低来保证整体网络环境，有效降低网络整体干扰水平；再者LTE无线专网极大提高了无线覆盖范围，单小区的覆盖范围可达1.2km，降低了小区切换频度和设备维护成本；其次LTE支持高可靠性的无损切换和快速及时的无缝切换，以及基于非竞争的快速随机接入，确保越区切换时延小于100ms，丢包率小于1%；而且LTE支持高达9级的业务优先级控制，能够在一张网上承载多业务，并对不同的业务分配不同的优先级，实现全方位QoS保障。在提供CBTC(基于无线通信的列车自动控制系统)业务承载的同时，更可满足轨道交通其它安全运营相关业务的承载。LTE无线专网具有的先进特点，无论是抗干扰性还是高速移动状态下的稳定性，都能够确保轨道交通CBTC、PIS、CCTV等业务系统的可靠性和稳定性，并进一步提升轨道交通的可靠性和安全性，同时LTE具有的多业务QoS保障机制可实现一张网承载多业务，降低部署和维护成本。

3.2LTE技术应用在轨道交通方面的问题

由于国内普遍采用的是TD-LTE技术，对时钟同步要求精度极高，一般采用GPS时钟同步，但由于轨道交通的特殊性，在地下站点不一定能够有通道拉出GPS天线，即使有通道拉出天线，由于GPS天线采用同轴电缆，超过100m后信号衰减就不可用，给LTE在轨道交通的部署带来极大的困难。目前国内的城市轨道交通正在由线路向线网快速推进，多条线路交汇带来各种复杂的覆盖场景，包括线路交叉，线路共用，线路并行，同站换乘，共用场段等复杂场景。LTE需要从频段，容量等方面综合考虑复杂场景的解决方案，以避免多线路共用区段带来的信号干扰。

目前国家已经明确要求轨道交通信号系统必须满足安全等保3级，按照安全等保3级要求“应对通信过程中的整个报文或会话过程进行加密”。这就对LTE传输过程的加密提出了更高的要求，必须对信号系统业务数据实现端到端的加密。

3.3针对LTE现存问题的解决方案

采用Atom时钟同步，有效解决地下站点GPS引入困难的工程部署难题。解决地下站GPS拉远部署难题:将GPS授时转换为1588V2IP时钟报文通过光纤拉远到车站，拉远距离可达5km以上；支持多时钟备份:ATOMGPS支持1+N备份，还能和管控中心的时钟同步服务器同时部署，确保信号系统时钟同步可靠性。设备安装和维护简单:即插即用，自动上线，可通过网管远程配置。

4无线通信系统在城市轨道交通中的应用

4.1无线保真技术在城市轨道交通中的应用

对于城市轨道交通系统的有序运行，无线保真技术的应用可以说是比较关键的一点，这种无线保真技术的应用主要就是为了促使其能够在实际运行过程中具备理想的稳定性和安全性，尤其是对于城市轨道交通系统运行中涉及的信息安全漏洞和隐患，必须要采取恰当的密码保护等方式进行处理，综合提升其整体运行水平。结合这种无线保真技术手段的操作运用，其需要确保在Wi-Fi范围内可以连接设备。结合当前我国城市轨道交通系统的运行，其存在的干扰因素和问题相对而言还是比较突出的，这些问题的存在来源也是多方面的，进而也就极有可能会干扰到城市轨道交通系统信息传输可靠性价值，需要在实际操作过程中进行严格把关，促使该类无线保真技术能够发挥出最强作用价值。

4.2无线局域网在城市轨道交通中的应用

无线局域网是在科学技术进步的基础上，人们利用先进的技术，运用光纤实现的网络联络和通信。该技术也称之为WLAN，通常用于多媒体信息接受和传播中。现阶段，城市轨道交通中对无线局域网的运用，主要是在遵从无线局域网发展和应用的标准上，将其通信系统中的子系统广泛的接入到城市轨道交通系统中，实现对轨道交通工具的监控。而由于无线局域网在使用中的容量可能受到一定的程度上的限制，导致其在城市轨道交通中的作用无法充分体现出来，因此在城市轨道交通中运用无线局域网时，应加强对无线局域网现实使用能力考虑，明确其在城市轨道交通工具中的合理性应用，最终促进城市轨道交通的发展。

4.3无线短程网

现场设备层无线通信迅速进入工控领域，其中一个突破口是现场总线和无线通信技术的结合。无线短程网在城市轨道交通中的应用较为广泛，以Zigbee网络为例，其具有功耗低、传输稳定新高、传输容量大、兼容性强、安全性高的特点，而且成本更低，在Zigbee的应用中，利用这种无线短程网技术能够将城市轨道交通的程度大大提升。

4.4数字集群在城市轨道交通中的应用

在城市轨道交通中，不仅无线保真技术得到了充分的应用，作为无线通信系统中重要的技术，数字集群系统也对城市交通运行具有一定作用。数字集群系统是种具有统一标准的开放性系统，主要是为了满足人们对移动通讯的更多需求。数字集群技术在城市轨道交通中的应用，能够为城市轨道交通工具的调度进行指挥，有效控制轨道交通工具的行车调度，避免不同的轨道交通工具在同一时段内产生摩擦或碰撞现象，能够使城市轨道交通工具有秩序的运行，为轨道交通工具提供安全的运行环境。

结语

在信息化时代日益来临的新形势下，科学技术的发展以及广泛应用已经成为必然趋势。就现阶段我国科学技术的发展现状而言，无线通信系统作为新兴技术之一，逐渐广泛应用于人们的生产生活中。在城市轨道交通发展进程中，利用无线通信系统，能够充分通过对所接收的无线信息的利用，为城市轨道交通的合理运行、安全运行提供保障。在研究中，本文主要从无线保真技术、数字集群技术以及无线局域网技术等方面，展开对无线通信系统的应用研究。期望通过本文的研究，为日后提升无线通信系统在城市轨道交通中的应用能力，提供宝贵建议。

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