刍议无线通信技术在城市轨道交通中的应用_1

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2024年5月5日发(作者：)

刍议无线通信技术在城市轨道交通中的应用

发布时间：2022-10-25T00:48:17.614Z 来源：《科技新时代》2022年11期 作者： 邱嘉良

[导读] 无线通信技术在现代城市轨道交通建设中发挥着重要作用

邱嘉良

广西千万里通信工程有限公司 广西南宁市530007

摘要：无线通信技术在现代城市轨道交通建设中发挥着重要作用。确保轨道交通通信的质量和效率，确保轨道交通的安全运营，满足

乘客在通信中的需求和要求，至关重要。因此，在建设现代城市轨道交通的过程中，必须加强对无线通信技术应用的重视，不断研究无线

通信技术，发展更强大、更稳定、更经济的铁路无线通信技术，这对促进城市交通发展、城市经济发展具有重要意义。因此，本文对无线

通信技术在城市轨道交通中的应用进行了研究，以供参考。

关键词：无线通信；城市轨道交通；通信安全

前言

在城市轨道交通中使用无线通信系统时，有必要加强对无线通信系统特性的有效认知和认识，加强新技术的使用，从而为后续工作奠

定坚实的基础。可靠高效的车载通信系统，重要的是提高轨道客运安全体验，而传统车载无线通信技术，由于带宽有限、频谱开放、局部

和多普勒变化频繁等诸多先天缺陷，存在衍生业务少、带宽不稳定、安全性无法保障、数据传输质量低、产品投资高等问题，已无法满足

当前轨道交通对宽带通信的需求。而具有信号传播的无线通信技术可以摆脱电缆的束缚，可以自由传播，正被作为主要的通信服务模式应

用于城市轨道交通建设中。

1 城市轨道交通无线通信技术概述与应用价值

1.1 城市轨道交通无线通信技术概述

无线通信技术应用于城市轨道交通，其主要作用和目标是确保轨道交通的安全运行，通过这种方式，提供有关乘客的具体信息，具体

涉及轨道交通的监控、规划等。因此，对于铁路交通的通信需求，所应用的无线通信技术可以极大地保证铁路交通的稳定运行，如车载

CCTV、CBTC信号系统以及PIDS通信技术等。

公共服务无线网络系统是指电信运营商向乘客提供的网络和通信服务。然而，相对而言，与专用于城市轨道交通的无线通信相比，公

共服务无线网络系统的可靠性相对较低，越来越无法满足乘客的实际需求。然而，轨道交通中的公共安全无线通信系统相对较好、可靠。

事实上，创建专线通信网络是为了有效联系公共安全部门，帮助警察实时联系轨道交通，从而在一定程度上保证紧急事件能够快速得到处

理和解决。

因此，对于公网、专网和公共安全通信，基本上属于城市轨道交通常用的通信网络，其特点也更加明显，就是交通量大、速度快，可

以给人们的生活带来极大的便利，同时，显著减少环境污染。更多的是随着城市发展步伐的逐步推进，相应的城市轨道交通基本运营需要

满足最实际的需求。因此迫切需要提高无线通信技术在城市轨道交通中的应用，具体目标是提高其技术传输能力和稳定性等。

1.2 城市轨道交通通信系统中无线通信技术的作用价值

无线通信技术在城市轨道交通中的应用，极大地影响了轨道交通的安全稳定运行。例如，2016年8月18日上午高峰时段，北京地铁1号

线由于地铁信号故障，导致地铁停运70分钟。在此期间，不仅影响乘客出行，还严重影响周边交通。因此，无线通信技术在城市轨道交通

中的重要性变得显而易见。一方面，无线通信技术的稳定使用是保证铁路交通信号系统的基础和前提，而交通通信系统起着重要的作用，

因此，对于铁路交通无线通信技术来说，重要的创新和改进至关重要；另一方面，无线通信技术应用于城市轨道交通也是乘客出行的必要

服务，无线通信技术的稳定性是确保乘客通信需求得到满足的根本。

2 轨道交通对无线通信技术的基本要求

对于包含在车载CCTV中的城市轨道交通通信服务，CBTC信号系统以及PIDS通信等是城市轨道交通通信服务的基础。在城市轨道交通

的运营过程中，其重要的通信系统为行车提供高带宽、低延迟以及强大的通信稳定性。因此，这可以进一步分析如何通过通信系统确保行

车的稳定性和安全性，主要有以下几点：第一，无线网络系统的覆盖范围应更广，实现全覆盖，单个故障点是否会影响系统整体的稳定

性；其次，车载通信系统的单元必须连接到控制基站，从而授权以确保系统信息交换的稳定性；最后，当列车处于运动状态时，基本保障

信息通信的机会和稳定性，实现双向信息通信。

此外，对于基本通信系统还包括PIS系统。该系统的主要作用是为乘客提供媒体服务。例如有视频显示、广告播放等，根据相关要求，

整体视频播放应在720p以上，一般称为高清视频，传输延时应小于300ms。同时，车辆监控系统也应及时进行监控和传输，具体是视频监控

总分辨率应在720p以上，回实时控制中心的传输速率基本上应为1～2Mbit/s或更高。

3无线通信技术在城市轨道交通中的应用

3.1 WLAN技术

WLAN技术是遵循IEEE802.11标准，使用射频实现的无线通信技术。WLAN技术采用公共频段，网络方便灵活，同时可以提供很高的

无线数据传输速率，可以满足城市轨道交通行业的需求和应用环境。最常用的CBTC系统是ieee802.11b，它可以实现高达11Mb/s的传输速

率，即在日常生活中广泛使用的WiFi。CBTC系统中的无线小车通信设备主要包括轨道以太网交换机、轨道接入点AP、无线列车单元、无

线列车天线、无线轨道传输介质天线、排气电缆等。轨道以太网交换机通过光缆连接，形成以太网络。每个交换机都连接到多个AP。交换

机和AP配置有唯一的IP地址。系统中信息的传输和接收遵循IEEE802.3或802.11标准。这种结构的优点是，网络结构简单且易于配置，并且

网络中的信息传输完全取决于根据固有协议要完成的通信设备。在CBTC系统中，为了确保进入覆盖区域的列车能够立即连接到轨道沿线的

ATC设备，AP需要不断搜索并确定新列车是否进入其无线覆盖区域，这是按照IEEE802.11协议执行的固有功能。为确保高速运行期间通信

不中断，需要叠加相邻AP点的无线覆盖，以确保列车在高速运行期间可以在两个AP之间无缝切换，确保货车信息的可靠传输。目前成熟的

CBTCWLAN设计，在轨旁接入点的每个位置都安装了两个AP点，业内称为红蓝AP网络，通过设备硬件和无线覆盖冗余设计，以满足高速

列车运行对无线通信高可靠性和稳定性的性能指标要求。

3.2 LTE无线通信技术

根据国家工业和交通部、城市轨道交通协会近年来发布的相关文件，用于建设城市轨道交通线路的新型车载无线通信方式，开始逐步

采用TD-lte系统。LTE技术是3GPP组织开发的第四代无线通信技术标准。LTE技术支持多种带宽分配，也支持载波聚合技术，支持全球主要

2G/3G频段和一些新频段，包括用于轨道交通应用的1.8GHz频段，因此频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖率也得到了显著提高。LTE系统

的网络架构更加平坦和简化，从而降低了网络节点和系统复杂性。这将降低系统延迟，并降低网络部署和维护成本。该系统由一个中央

EPC网络和一个基站组成。基站采用分布式架构，由BBU和RRU组成。BBU和RRU之间通过光纤牵引，非常适合轨道交通的线性覆盖。

LTE在基站之间具有X2接口，允许在X2端口上对移动终端进行无损切换。因此，LTE还具有分布式系统的优点。在安全机制方面，LTE有两

层认证和As和NAS认证，这为系统提供了更大的安全性。然而，LTE无线通信技术在CBTC系统中的应用仍存在以下问题：（1）城市轨道

交通LTE频段为1785MHz至1805MHz。该波段并非专用于铁路运输，而是与民航、石油、港口和国家铁路一起使用。为确保车辆无线通信

的稳定性和安全性，与双网同时运行的系统需要至少10MHz的带宽。因此，地方工业和信息部应协调努力，确保轨道交通领域的特殊频

率；（2） LTE技术频段与中国电信FDD LTE（上行链路）和中国移动DCS1800（下行链路）相邻。在初步设计中，应强调相邻频率的干

扰，以避免或减少商业通信通过物理或技术手段对无线信号系统车载通信的影响。

3.3 5G通信技术

第五代移动通信技术是现代通信的前沿技术。5G通信技术的出现和应用将导致无线移动通信系统的技术革命，对提高移动通信系统的

整体水平至关重要。例如，基于5G移动通信技术的无线通信系统允许通信速度高达1Gbit/s。MIMO大规模天线技术的应用可以将无线接入

层的频谱效率和接入终端数量提高10倍以上。此外，随着MEC技术的引入，该服务还可以“下沉”到车站接入网一侧，为乘客带来零小时延

迟体验。作为新一代移动通信技术，它具有高可靠性和低时延的特点，对解决当前城市轨道无线通信系统的扩展性、故障频繁性和干扰多

的问题具有重要作用。在5G通信技术的具体应用中，lte-a技术可以用来构建无线通信系统的核心网络。lte-a技术具有高融合特性，推动了

高可靠性、低电压无线轨道通信系统的建设。在5G通信技术的具体应用中，MIMO增强技术还可以用于实现高密度、大规模无线网络的接

入级覆盖。应用MIMO增强技术可以显著提高频率效率和系统容量。然而，目前5G的通信技术应用仍处于研发阶段。因此，为了提高5G通

信技术的应用水平，有必要结合umts无线通信系统的需求和要求，并且加强对5G通信技术的研究。

3.4 Zig Bee 技术在城市轨道交通中的应用

城市轨道交通电力储备系统中蓄电池的状态会影响地铁供电系统的稳定可靠运行。由于电池数量相对较大，如果全介质专用电缆，不

仅很大程度上增加了成本，而且操作也会变得更加复杂。地铁分散电流检测系统通常在车站或车库停车场配置终端和相应的监测传感器。

数据采集设备与监控设备之间的距离不得超过200m。此外，有必要在车站轨道区域铺设特殊电缆。Zig-Bee技术具有功耗低、成本低的特

点，而且不需要授权即可在工业现场广泛使用。Zig-Bee技术在监测城市火车站备用系统中的电池状态以及检测地铁中的杂散电流方面具有

巨大潜力。在每个被监测的电池块和测量终端中，安装Zig-Bee模块，而后进行组网，以一定数量的终端模块为一组，到Zig-Bee继电器传输

监测数据，最后到监测系统。

结语

综上所述，随着我国城市化进程的加快，我国已成为世界上开放高速列车行程最大的国家。越来越多的大城市和特大城市计划加入城

市铁路交通俱乐部。未来，轨道交通将成为中国重要的投资和建设领域。同时，无线通信技术的发展也应跟上发展的步伐，始终随着时代

的发展不断创新技术水平，以确保轨道交通运行的安全性和可靠性，为人们提供更优质的移动服务。

参考文献

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[2]蒋海林,邵颖霞,赵红礼.5G通信系统在城市轨道交通车地通信中的应用分析[J].都市快轨交通,2021,34(02):42-47.

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本文标签： 系统轨道交通技术城市应用