硅谷杂志：城市轨道交通无信通信技术比较 |
| 2012-11-18 12:07 作者：张文都 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月18日文】据《硅谷》杂志2012年第17期刊文称，从技术特点，市场应用，工程方式等方面对城市轨道交通中车-地通信的实现方式进行比较，讨论现阶段各种技术的优势和缺陷，以及以后可能的发展方向。
随着近年来电子与通信学科的迅猛发展，城市轨道交通信号通信技术出现了革命性的变化，过去以轨道电路为代表的单向通信方式，已经被双向通信技术所取代，现阶段我国新建的地铁项目中，采用基于无线通信的列车控制系统（CBTC）技术的项目越来越多，CBTC技术提高了车地通信效率，但是由于技术标准较新，而且信号系统是关系到列车安全的重要系统，为此，本文对现阶段的城市轨道交通无信通信技术进行了比较。
城市轨道交通通信系统主要承担着CBTC信号系统，PIS（乘客信息系统）以及车载监控系统的传输任务。从传输的数据量上看，CBTC约为数百Kbps，PIS为下行10Mbps级，而车载监控业务为上行Mbps级。从移动速度上看，速度较快的地铁，最高时速在80Km左右，现阶段的无线通信技术已经能够达到上述要求。目前城市轨道交通通信技术中可以实现的技术主要有WiMAX、WLAN，GSM-R三种技术等，下面比较下这几种通信技术。
1简介
1.1WiMAX
WiMAX又称为IEEE802.16无线城域网，全名为微波存取全球互通（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess），该标准是工作于2～66GHz无线频带的空中接口规范。它所规定的无线系统覆盖范围可高达50km。802.16标准系列到目前为止包括802.16、802.16a、802.16c、802.16d、802.16e、802.16f和802.16g7个标准。最初，802.16标准的目标只局限在固定无线接入的范围内，因此在城轨通信等快速移动领域无法使用该技术，但是随着802.16e的提出，WiMAX技术有了很大的突破，已经涉足到移动领域，随着标准的成熟和网络的演进，该项技术逐步可以实现120km/h的移动速率。从而目前来看，WiMAX设备由于专利主要在一家公司，形成垄断，设备价格非常昂贵。从该产品成熟度的角度出发，其技术标准还不成熟，不适合作为城市轨道交通通信技术。
1.2WLAN
WLAN（无线局域网WirelessLAN），目前WLAN所包含的协议标准有：IEEE802.11b协议、IEEE802.11a协议、IEEE802.11g协议、IEEE802.11E协议、IEEE802.11i协议、IEEE802.11n协议、无线应用协议（WAP）。WLAN技术传输速度较快，802.11n协议的设备已经可以实现百兆级别，同时其支持的移动速度较快，能够实现80KM/H以上的行车速度，由于应用广泛，设备价格普遍较为便宜，非常适合长距离大规模铺设，因此，此项技术在城轨通号领域得到了广泛应用。但是在已经建成的地铁项目中，仍存在着诸多问题。目前WLAN主要工作在2.4G频段附近，为ISM频段，不需授权即可使用。地铁在穿越人口密集的繁华区段时，微波炉，医疗设备，乘客的手持wifi设备等容易产生电磁干扰。西安地铁2号线在CBTC联调初期最大的问题就是个别站附近的电磁干扰非常严重，干扰的存在会使系统的整体性能有非常明显的下降，在有些时候甚至会失去工作的能力。因此，现阶段该技术的最大问题是如何降低干扰因素对车—地通信产生的影响。
1.3GSM-R
GSM-R（GSMRailway）系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，是基于GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能的基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，适用于铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。GSM-R能够支持的最高移动速度可达500KM/H，由于技术成熟，其安全性较好。如引入EDGE技术数据通信速率最高可至115Kbit/s，目前由于数据传输速度较低，无法实现PIS和列车监控等大容量数据业务。
2市场现状对比
在目前的城市轨道交通信号设备中，基本趋向于使用WLAN技术作为主要通信方式，在北京、上海、广州、西安等城市的地铁项目中都是使用WLAN进行CBTC和PIS系统的设计和调试，其主要的出发点是其技术的成熟性和可靠性。WiMAX作为一种和WLAN相近的技术，两者的原理和核心技术基本一种。而且频道基本相近，但WLAN的2.4G频段属于ISM的非管制频段。针对WLAN和WiMAX主要担心的是安全问题和干扰问题。WLAN通过对IEEE802.11i的支持，WiMAX通过对IEEE802.16e的支持，很大程度上改善了安全的问题。在抗干扰能力方面，两者频谱的管理是不一致的，一个属于管制频点，另外一个属于非管制频点，干扰源略有不同。而GSM-R系统，其系统经过国铁的建设实践，已经非常成熟，但只能够满足于无线列车调度，车-地数据通信等低速数据业务的应用。
3技术指标对比
WLAN，WiMAX，GSM-R的主要技术参数分别从以下几个方面对比：工作频段分别为2.4G/5.8G，2.5G/3.5G，800M/900M；WLAN的802.11n协议最大带宽100Mbps，WiMAX的802.16e最大带宽70Mbps，GSM-R为115Kbps；WLAN和WiMAX为全业务，GSM-R则只能提供列车控制；接入距离上分别为500米，15千米，10千米；应用情况上看，只有WLAN在多地市地铁项目均有使用，而WiMAX和GSM-R尚未使用，但是GSM-R在中国和欧洲的大铁项目有使用；安全性和抗干扰能力上GSM-R较高，WLAN和WiMAX较为一般；只有WLAN的2.4G频段不需要申请；系统造价WLAN较低，WiMAX和GSM-R较高。
4工程方式对比
4.1WiMAX
由于WiMAX的技术特点是传输距离较长，因此城轨项目中节点数量较少，光缆结构简单。由于存在列控的冗余安全设计，需要进过慎密的计算和测试工作才能在传输距离和冗余覆盖之间达到平衡。该项技术通过自适应编码，实现传输速率和覆盖范围的折中，从而网络测试的工作也非常复杂。总体而言，该技术在工程实施方面是安装工作量较小，前期勘测、规划以及网络的调测工作量较大。
4.2WLAN
由于WLAN的发射功率较小，对外界的干扰较小，因此其网络规划的工作量较小，由于WLAN的接入速度快，带宽较高，因此比较容易满足冗余设计要求，但是由于其传输距离较短，因此节点间光缆数量较多，线路复杂，单个的设备安装简单，系统联调起来比较复杂，所以总体而言，该技术在工程实施方面前期工作量较小，后期的工程安装及调测工作量较大。
4.3GSM-R
该项技术和WiMAX传输距离上讲基本相同，前期存在要满足冗余设计和克服隧道内的多径干扰等问题，因此该项技术设计初期对网络进行规划工作量较大，而后期安装的工作量较小。而且由于安装完成后还要对覆盖冗余和网络性能进行调整，因此后期的工作量非常大。
5结论
综上，WLAN技术是满足城市轨道交通CBTC信号系统实现车地双向通信和PIS系统的主要采用技术。但是随着WiMAX产品技术的成熟，价格的不断降低，未来也可能成为城市轨道交通无线通信的技术之一。
作者简介：
张文都（1984-），男，陕西交通职业技术学院信息工程系教师。
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