主頁（http://m.by236.com）：地鐵車地無線通信技術比較

摘要：本文從目前寬帶無線技術的角度出發，探討城市軌道交通CBTC信號系統及PIS系統所采用的車地通信實現方式。

關鍵詞：地鐵  車地通信  寬帶無線技術  信號系統

目前國內基于通信的移動閉塞系統（CBTC制式的信號系統）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。信號系統是關系行車安全的系統，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。

地鐵業務中信號系統的車—地通信大量采用無線通信技術。目前從業務需求的角度看CBTC信號系統帶寬需求為數百Kbps，PIS系統中的下行流的帶寬需求為10Mbps級，針對車載監控業務的上行帶寬為Mbps級。從通信技術發展的角度出發，主要呈現了平臺化、寬帶化方向的發展趨勢。

1、簡介

無線國際標準組織主要通過不斷改進調制解調方式、改進開線技術等方式以達到不丟失功能的前提下提高頻率利用率，即提高帶寬能力，以達到真正的寬帶無線網絡。從目前寬帶無線技術的角度出發，主要具有3G、WiMAX、WLAN等三種技術，加之從傳統2.5G網絡演變并在大鐵中成熟實施的GSM-R 技術。

l 3G

第三代移動通信系統（3G）的標準由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的業務能力，一般被稱為IMT-2000。3G系統能夠滿足高速率傳輸以支持多媒體業務，它在室內靜止環境可達2Mbps、在室內外步行環境可達384Kbps、在室外快速移動環境可達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業務測試情況來看，用于車—地通信方式的寬帶業務尚不理想。

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標準，或廣帶無線接入（Broadband Wireless Access，BWA標準），是一項無線城域網（WMAN）技術。針對WiMAX的技術來看，目前全球的使用頻率主要側重于2.5G與3.5G頻段，也都是拍賣頻段，技術原理也主要劃分為二大類802.16d與802.16e，802.16e從功能的角度出發可以替換802.16d，目前，從產品成熟度的角度出發，價值鏈還不成熟。

l WLAN

WLAN技術從標準的角度出發，主要最初定位于局域網的概念，隨著市場市場發展，定位也在逐漸演化，已經由“局域”向“城域”方面進行演化，所以技術架構也已經由傳統的單點方式向集中架構（MSC+BSC）在演化，即演化出無線控制器等產品，從頻段的角度出發，主要工作于2.4G與5.8G頻段，這兩段頻段是屬于的ISM頻段，產品鏈已經很成熟。

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GSM 平臺上的、專門為滿足鐵路應用而開發的數字式的無線通信系統，針對鐵路通信列車調度、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濟高效的綜合無線通信系統。從集群通信的角度來看，GSM-R 是一種數字式的集群系統，能提供無線列調、編組調車通信、應急通信、養護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（通用分組線業務）技術引入GSM網中。使數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、現狀分析

目前城市軌道交通基本上是采用WLAN技術承載CBTC和PIS系統，上海、廣州、北京等城市的城市軌道交通都是使用WLAN進行CBTC和PIS系統的設計和調試，主要的出發點是基于技術和產品鏈的成熟度。

針對WLAN和WiMAX主要擔心的是安全問題和干擾問題。從安全的角度出發，WLAN與WiMAX的核心技術點是一致的，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）。

關于GSM-R技術，如果使用現在的技術方案（GSM、CDMA等）進行支持，肯定滿足不了統一車地無線通信的業務需求，但如果僅支撐CBTC現在的功能需求，且不考慮以后擴展性的話，也要基于現在的CDMA1X及GPRS二種技術進行功能改造，支持多信道捆綁以達到帶寬要求，另外，在城市軌道交通中沒有使用GSM-R承載信號系統的主要原因還包括頻點的申請問題。

3、技術指標對比

主要技術指標對比見下表。

4、工程方式對比

從工程的角度出發，根據所應用技術的特點和網絡的組網需求來確定。

l WiMAX

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

l WLAN

該技術的特點是近距離傳輸、接入速度快、系統容量較大；該技術的組網適用微小區制，主要應用于信息無線寬帶接入。由于采用微小區制組網方式和微功率發射模式，該技術在工程中的工作量體現在設備安裝和網絡調試。相對來說，該技術對外界的干擾較小，網絡規劃的工作量小一些。若地鐵信號系統采用該技術來實現車地通信，在傳輸帶寬上足夠滿足要求，冗余覆蓋較容易實現，但節點與節點間光纜應用較多，線路施工的工作量較大；單個設備的安裝和調試較容易，但系統聯調的工作量較大。總體而言，該技術在工程實施方面是前期規劃工作量較小，工程安裝及調測工作量較大。

l GSM-R

該技術的特點是接入速度快、但傳輸帶寬較小，可根據具體的業務需求靈活組網，有蜂窩制和宏小區制等多種模式。該技術主要應用與鐵路的無線調度通信和一些信息量小的數據傳輸。由于該技術的調制技術很難克服隧道內的多徑干擾問題，故而在地鐵信號工程實踐中需花費大量時間對現場進行勘測，對網絡進行規劃。相對而言，工程中的設備和線路安裝的工作量較小；但在設備安裝完以后要解決冗余覆蓋對設備和網絡性能的影響，后期的設備調測工作量非常大。

5、結論

綜上所述，WLAN技術是目前城市軌道交通CBTC信號系統和PIS系統主要采用的車地無線通信技術。隨著技術的發展和產品的成熟，WiMAX技術也可能成為將來的發展方向之一。