城市轨道交通无线通信技术应用探析

2017-05-04吴宗洋

中国绿色画报 2017年3期

吴宗洋

【摘要】：无线通信技术在城市轨道交通中发挥着至关重要的作用，在轨道交通日益普遍的今天，需要正确认识无线通信技术在整个交通通信系统中的定位，以期实现无线通信技

术在轨道交通通信系统中实现最大的价值，促进轨道交通更良好的发展。

【关键词】：城市轨道交通；无线通信技术；应用

【引言】：随着城市轨道交通的快速发展，建立安全可靠、高效稳定的车地无线通信系统是提高运营效率、管理质量、用户体验的必要手段。地面与高速行驶车辆（时速80km/h）之间的数据传输通道需要在高速移动的状态下，具备优秀的快速接入性、实时传输性、带宽调整性和抗干扰性等特点。

1. 在轨道交通使用环境下无线通信技术分析

目前，应用于轨道交通通信、信号的主流无线通信技术有基于802.11ac的WLAN及LTE两种，代表着未来的发展方向和趋势。以下将结合轨道交通的实际应用情况对两种技术进行介绍。

1.1 基于802.11ac的WLAN技术介绍

IEEE802.11ac，是一个802.11无线局域网（WLAN）通信标准。WLAN标准从1997年第一代颁布以来，经历了802.11、802.11b、802.11g/a、802.11n、802.11ac的发展过程。结合轨道交通的环境特性，其主要技术特性如下：

1.1.1在轨道交通领域，系统可支持2.4GHz/5.1GHz/5.8GHz无线频段，具备更多的选择，且工作在ISM频段（公用频率），对于频率使用只需要进行报备，无需专项申请；

1.1.2 WLAN技术网络架构基于数据链路层，系统开销小，采用最高至256-QAM的调整方式，理论上在160MHz的无线频率资源，静止状态可提供不小于1Gbit/s的传输速率。实际轨道交通环境列车运动状态下的平均传输速率300Mbit/s；频普转换率接近到1：1：85，业务的带宽支持能力强。

1.1.3 网络架构采用双向非对称设计、上、下行采用统一正交频分复用（OFDM）技术，但系统采用竞争接入模式，业务的接入无法有效实现保障性的带宽控制，多业务的QOS保障存在局限性，同时也无法实现针对业务进行上下、下行数据的按需灵活配置。

1.2 TD-LTE技术介绍

LTE是由3GPP组织制定的通用移动通信系统技术标准的长期演进。LTE系统引入了OFDM和MIMO等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率，在20MHz频谱带宽，2×2MIMO天线的模式下，理论下行最大传输速率为201Mbit/s，但根据实际组网以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100Mbit/s，上行为50Mbit/s。结合轨道交通的环境特性，其主要技术特性如下：

1.2.1在轨道交通领域，系统仅支持1.8GHz专用频率，选择较为单一。使用1.8GHz频率时需要进行专项申请，一般在合法的情况下能够争取到10MHz的频率带宽。

1.2.2 TD-LTE技术网络架构基于网络层，系统开销相对较大，采用64-QAM调整方式下静止状态下频谱转化率可达到1：5，运动状态下利用率接近1：1：5，采用10MHz的无线频率资源，静止状态可提供不小于50Mbit/s的传输速率，运动状态下的边缘有效传输带宽可达15Mbit/s。

1.2.3网络架构采用双向非对称设计，上行采用单载波频分多址（SC-FDMA），下行采用正交频分多址（OFDMA）。

1.2.4系统采用TDD（时分双工）方式，同时引入同步时钟系统，能够在有效划分业务的同时，确保各业务的QOS。业务保障性能力强【1】。

2通信技术在城市轨道交通中的应用

2.1 WLAN局域网

WLAN（WirelessLocalAreaNetworks，局域网）的多媒体信息传输技术基于802.11协议族，IEEE802.11a规定WLAN的频点为5GHz，数据传输速率为1-2Mb/s是一种适用于室内移动环境的通信技术。

2.2 3G技术

3G（第三代移动通信技术）具有TD-SCDMA、CDMA200和WCDMA三种不同的制式，3G技术不仅可以对音频等多媒体形式进行处理，还能为客户提供电子商务、网页浏览和電话会议等多种服务。其中，3G数据服务的重点是多媒体业务，因而3G技术必须具备较高的传输速率才能要求。

2.3 Wi-Fi技术

Wi-Fi（WIreless-Fidelity，保真技术）和蓝牙技术有一定的相似性，Wi-Fi也属于短距通信技术。

3.无线通信技术在城轨交通车地通信中应用的优势