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轨道交通无线通信的精细化设计建设与优化

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第6期作者：张坤

[导读] 摘要：道路建设是我国基础建设中非常重要的组成部分，一直以来发挥着非常重要的作用。

        浙江众合科技股份有限公司浙江省杭州市 310051
        摘要：道路建设是我国基础建设中非常重要的组成部分，一直以来发挥着非常重要的作用。随着当前我国城市化建设步伐的加快，轨道交通随之发展，大规模的地铁线路开发和建设，有效缓解了地面交通压力和市内出现状况。而无线通信系统作为地铁运行系统中的一个重要组成部分，是提高地铁运营能力的一个关键途径，能够为地铁的各应用系统和管理、操作人员提供准确的数据支持，同时也实现了地铁运行的安全性和稳定性。
        关键词：轨道交通无线通信；精细化设计建设与优化
        引言
        时代的进步，科技的发展使我国提前进入现代化发展阶段，为我国各行业的快速发展奠定基础。轨道交通无线通信的设计建设与优化，从现状分析，以需求为导向，提出从单条线路侧深挖无线通信应用场景，通信发生的时间地点概率，对通信质量、容量、可靠度的需求，确定各类通信系统的空间链路损耗要求，结合轨道交通具体覆盖目标区域特点，选择相应射频敷设方式和小区设置方案。
        1 专用无线通信系统及制式
        在轨道交通运行整体系统中，专用无线通信系统是核心子系统之一。当前其可以分为两大部分，一是轨道交通运营线路调度无线通信子系统，另外一种是车辆段列检库无线通信子系统。主要发挥的功能是为轨道交通的调度和指挥提供快捷、顺畅、可靠的语音和数据传输，也可以为乘客提供必要的乘车信息服务等，具体功能有五点。第一点是能够为各个轨道交通线路的工作人员提供无线语音通信服务，并能够通过调度台实现相应的通话储存。其中固定工作人员包括地铁列车调度员、维修调度员、公安值班员、环控调度员等，流动人员包括现场组织人员、维护人员、列车驾驶员等；第二点是可以实现车载控制台与管理中心调度台进行无线数据通信，并且能够对相关的信息和数据进行储存和记录；第三点是通过调度台对列车乘客播报无线广播；第四点是为地铁列车段列检值班人员和列检人员提供相互的无线语音通信；第五点是通过总控调度台的转接工作为地铁公务电话和专用电话等提供无线传输服务。针对以上功能轨道交通专用无线通信系统制式主要采用数字集群，通常情况下运营线路调度无线通信子系统工作的频段在800MHz左右，而车辆段列检库无线通信子系统约为400MHz频段。并且专用无线地铁通信系统是一个无线结合有线的网络系统，从控制中心到地铁线路中的各个基站都采用的是有线传输方式，而在地铁隧道内采用的是漏泄同轴电缆强覆盖方式，在车辆段以及地面站和车站站厅层则是采用天线的方式实现无线电数据传输。
        2 精细化设计建设轨道交通无线网络
        2.1深入理解各系统的应用需求
        比如目前在1.8GHz频段，既有信号系统建设车地数据网，也有纳入宽带调度、PIS下传视频、列车监控视频回传等综合承载网建设，但是由于这两张网需求不同，建设出发点或网络架构是有所差异的：前者无线侧（或轨行区域）需要的是减少小区切换、平滑切换，覆盖轨行区域和段场，单小区内移动终端少，移动终端的数据传输量小，回传网络系扣信号系统的红蓝两张数据通信网，一般单线单中心，系统对外相对无接口等，在这些需求基础上，我们可以采用单网小射频带宽的载波（如：3MHz或1.4MHz），优化漏缆，加大单小区覆盖范围，折返站等区域设置一个小区，回传网络直接由交换机搭建数据通信网等；而对于综合承载网，我们需考虑尽可能的大射频带宽（如：10MHz或15MHz组网），实现覆盖轨行区、站厅、站台、设备区、出入口和场段、主变电及控制中心，终端用户多样化（高速移动、低速移动均有），终端数据传输需求多样化（语音通信、视频回传等），回传数据量大，接口复杂。因此，要求小区设置多样化、回传网络采用专用公路传输系统，中心接口需精心设计，并结合线网层面的区域控制中心，合理设置线网中心设备，进而实现资源共享。

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        2.2频谱模型识别
        在轨道交通无线通信干扰因素识别分析中，频谱模型识别方法的应用同样也至关重要，其主要借助于获取的频谱特征进行频谱模型的有效构建，同样借助于自动化识别技术促使相应频谱模型具备实时更新的特点，如此也就可以更为直观明确的分析是否存在异常问题。对于频谱模型识别技术的应用而言，往往还可以借助于灵活修改方式促使相应识别工作更为准确可靠，能够有效结合不同情况进行差异化设计，最终促使频谱模型的分析应用比较合理。在频谱模型识别中，对于频率触发模板功能同样也需要予以积极关注，力求实现对于干扰识别的自动分析。
        2.3充分理解各无线系统应用轨道交通的优势与不足
        在工程设计建设中尽量优化避免。如802.11AC和LTE-U，均工作在5.8GHz频段，并提供高带宽的车地通信，但针对轨道交通，高速运行的列车，以贴近轨行区安装高增益的定向天线的方法来完成射频信号覆盖，会造成较大的多普勒平移（列车时速200km/h，高达2kHz）。这对两个OFDM系统而言，其高带宽的传输性能大打折扣，结合目前的新材料新工艺，若采用漏泄波导管等技术，其传输性能大大提升；同时，虽然两个无线系统采用的主要技术类似，如高阶调制、OFDM等，但是子载波宽度不同，信道资源调度控制不同，乃至设备源于不同行业定位（电信级产品或民用或工业级产品、后续的演进路线），对一座城市的一条线路和线网在高速移动下车地通信技术的选择都是必须考虑的问题。
        2.4猝发通信
        为了可以保证无线通信抗干扰性能，通常需要缩短无线通信的信号暴露时间，否则过长的通信信号暴露时间容易受到更大的干扰因素影响。而猝发通信技术可以使无线通信信号在1--2s乃至更短时间内完成发送的任务，极大地缩短了无线通信信号在外暴露的时间，这使得这种无线通信信号很难被破解，使得无线通信信号可以在传播过程中受到尽可能少干扰，最终可以有效确保无线通信信息的安全性。在实际的无线通信领域中，猝发通信技术主要被应用在军事领域中的一些加密通信中，可以保证通信信息不被敌人所截获。但是该种无线通信抗干扰技术的应用条件比较苛刻，一般在民用通信领域的应用比较少，具体需要结合实际情况进行综合考虑。
        2.5要充分认识到一种无线通信无法满足轨道交通所有的无线通信需求
        从目前的技术发展来看，针对轨道交通行业专用应用，多种无线通信技术、无线系统同时存在并提供行业专业服务的现状必将延续一段时间，轨道交通专网的应用是行业逐渐沉淀的应用需求，新的无线通信技术，在带宽或组网方面有天生的优势，但是要完全耦合轨道交通应用，需要轨道运营公司、相关厂家共同努力不懈地推进才能解决无线通信从公网的行业专网的转变。
        结语
        综上所述，根据轨道交通运行中不同的业务要求，产生了不同的无线通信系统，通过各种无线制式保障数据传输和信息交换功能的实现。因此在未来的轨道交通无线通信系统发展中，应该开发出能够集成多种制式的综合性无线通信系统管理控制平台，通过兼容数字集群实现无线调度，为乘客提供更加优质、顺畅的地下交通网络服务，从而更进一步的提高我国轨道交通的运营能力。
        参考文献：
        [1]施仲衡，等.城市轨道交通技术规范：GB50157—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.
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        [3]陈华旺.无线通信网络设计完全攻略[M].北京：化学工业出版社，2015，10.
        [4]赵洪涛.城市轨道交通中的无线通信系统解析[J].中国新通信，2019，（15）：38.
        [5]侯苗苗.地铁专用无线通信系统的4G解决方案[J].信息通信，2019（05）：187-188.