胡強(qiáng)

引言：本文通過介紹無線局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)、與傳統(tǒng)列車信號(hào)系統(tǒng)融合必要性，以及技術(shù)選擇方案進(jìn)行了闡述，通過比較給出了可行方案與發(fā)展建議。

一、概述

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)和設(shè)備得到越來越多應(yīng)用?，F(xiàn)有無線局域網(wǎng)采用IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)，其中2.4G是一個(gè)開放的ISM（企業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療）頻點(diǎn)，只要其無線接入點(diǎn)（AP）的發(fā)射功率及帶外輻射滿足無線電管理機(jī)構(gòu)的要求，則無需提出專門的申請(qǐng)就可使用此ISM頻段；而5.8G的頻點(diǎn)需要向國家無線電管理委員會(huì)申請(qǐng)有償使用，且大部分城市均只向具有基礎(chǔ)電信運(yùn)營商資質(zhì)企業(yè)發(fā)布使用許可，不針對(duì)其它企業(yè)用戶審批。

二、系統(tǒng)傳輸需求分析

（一）信號(hào)系統(tǒng)傳輸需求分析

目前，國內(nèi)新建或改造的城市軌道交通項(xiàng)目大都采用基于通信的移動(dòng)閉塞列車控制系統(tǒng)（CBTC），CBTC系統(tǒng)需要對(duì)每列在線運(yùn)營列車實(shí)時(shí)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，因此，就必須建立地面軌旁與列車的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)，而無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)的出現(xiàn)正好為此提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。

通常情況下，地面設(shè)備對(duì)列車傳輸?shù)男畔ǎ壕€路特征信息（位置、坡道及曲線）、前方許可的移動(dòng)授權(quán)（目標(biāo)距離）、限速信息和目標(biāo)速度等；列車對(duì)地面設(shè)備傳輸?shù)男畔ǎ毫熊嚹康牡卮a、車次號(hào)、本列車的定位信息及本列車的速度信息等。這些信息都是數(shù)字信息，信息編碼長度較短，車一地傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包長度一般不超過1000bits。信號(hào)系統(tǒng)供貨商選擇40～100Kbps的凈傳輸速率作為其系統(tǒng)必須保證的最低傳輸速率。

另外，因信號(hào)系統(tǒng)直接控制列車的速度和移動(dòng)授權(quán)，屬于安全控制系統(tǒng)，任何干擾或非法侵入都將影響系統(tǒng)的安全性、可靠性和可用性，直接影響整個(gè)地鐵的安全運(yùn)營，因此，信號(hào)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃院蛯?shí)時(shí)性要求級(jí)別很高。

（二）PIS系統(tǒng)傳輸需求分析

乘客信息系統(tǒng)（PIS）是城市軌道交通項(xiàng)目中一個(gè)新出現(xiàn)的專業(yè)和系統(tǒng)。一方面能夠提高城市軌道交通項(xiàng)目對(duì)乘客的服務(wù)水平，另一方面可以為城市軌道交通業(yè)主提供一個(gè)經(jīng)營平臺(tái)，具有較好的開發(fā)前景。

PIS系統(tǒng)的構(gòu)成方案很多，有錄播和實(shí)時(shí)兩種基本形式，在通常情況下采用實(shí)時(shí)播放。地面設(shè)備對(duì)列車傳輸?shù)男畔ǎ簲?shù)字圖像資訊信息、列車的緊急疏散信息、列車的預(yù)告信息等。列車對(duì)地面設(shè)備傳輸?shù)男畔ǎ毫熊囓噹麅?nèi)的視頻監(jiān)控圖像信息、車輛運(yùn)行狀態(tài)信息（根據(jù)需要）等。這些信息基本上都是圖像信息，如果傳輸?shù)膱D像采用MPEG-2的編碼方式，廣播級(jí)的圖像傳輸速率要求一般4～8Mbps；采用MPEG-4的編碼方式，廣播級(jí)的圖像傳輸速率要求一般在1Mbps左右。按照PIS系統(tǒng)一般的傳輸要求：地對(duì)車采用MPEG-2傳輸1幅圖像，車對(duì)地采用MPEG-4傳輸2幅圖像，因此，對(duì)于一列列車而言需要6～10Mbps的凈傳輸速率才能滿足要求。車一地雙向傳輸均采用MPEG-4圖像編碼方式時(shí)，則需要2～4Mbps左右的傳輸速率。

PIS系統(tǒng)為非安全系統(tǒng)，其傳輸數(shù)據(jù)的安全等級(jí)不是很高，即使信息完全中斷也不會(huì)影響地鐵系統(tǒng)的正常運(yùn)營。

三、一體化建議方案及分析

IEEE 802.1X系列標(biāo)準(zhǔn)采用通用的信道編號(hào)，每個(gè)信道的中心頻率和頻帶隔離是完全一致的（除FHSS外），只是信號(hào)調(diào)制方式不同。

根據(jù)通信傳輸需求分析，信號(hào)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)少，但安全等級(jí)高，適用的無線通信標(biāo)準(zhǔn)可以是IEEE 802.11、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g；PIS系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量大，但安全等級(jí)較低，在采用MPEG-2的圖像編碼方式時(shí)必須選擇IEEE 802.11g標(biāo)準(zhǔn)，在采用MPEG-4的圖像編碼方式時(shí)，可以選擇IEEE 802.11b或IEEE 802.11g標(biāo)準(zhǔn)。

信號(hào)供貨商提供的解決方案存在很大的差異，信號(hào)系統(tǒng)供貨商提供的CBTC的數(shù)字傳輸DCS解決方案如表1所示。

為了保證信號(hào)系統(tǒng)無線通信的可靠性，通常信號(hào)系統(tǒng)供貨商都會(huì)采取雙網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方式，提高系統(tǒng)成功進(jìn)行車地通信的概率，并提高系統(tǒng)在故障情況下的恢復(fù)能力，但在一定程度上也占用了更多的頻點(diǎn)資源。

信號(hào)系統(tǒng)與PIS系統(tǒng)采用頻點(diǎn)避讓的方式減少干擾，由信號(hào)供貨商來統(tǒng)一頻點(diǎn)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，使信號(hào)系統(tǒng)盡量在兩個(gè)獨(dú)立的隔離信道內(nèi)解決傳輸問題，而將第三個(gè)獨(dú)立的隔離信道作為PIS系統(tǒng)的車地傳輸通道，通過部分供貨商提供的廣州地鐵試驗(yàn)結(jié)果分析，具有一定的可行性，但需要解決列車越區(qū)時(shí)的同頻干擾和切換問題。

共建方式可以分為兩種：一種為通過頻點(diǎn)隔離措施分離信號(hào)系統(tǒng)與PIS系統(tǒng)的傳輸頻率，是一個(gè)較為理想的共建方式，在物理上可以認(rèn)為是分開的，這兩個(gè)系統(tǒng)之間不會(huì)產(chǎn)生干擾和接口，便于共建和實(shí)施，且信號(hào)系統(tǒng)與PIS系統(tǒng)可以采用不同的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，PIS系統(tǒng)必須采用IEEE 802.11g標(biāo)準(zhǔn)，而信號(hào)系統(tǒng)則可以采用IEEE 802.11b或IEEE 802.11g，另一種為PIS系統(tǒng)采用補(bǔ)空（即PIS系統(tǒng)利用信號(hào)系統(tǒng)的備用通道）的方式進(jìn)行共建，在理論上是可行的， 但信號(hào)系統(tǒng)與PIS系統(tǒng)將深度融合，形成比較復(fù)雜接口，對(duì)于以后的運(yùn)營、維護(hù)和管理提出很高的要求，且信號(hào)系統(tǒng)供貨商在必要的時(shí)候，會(huì)以犧牲PIS的速率和帶寬來優(yōu)先保證信號(hào)系統(tǒng)的無線傳輸需求，在一定程度上會(huì)損壞PIS的利益，使PIS系統(tǒng)的傳輸可靠性可能得不到保障。因此，前一種共建方式是較為合理和可行的共建方案。

從傳輸媒介上分析，如果采用無線電臺(tái)方式傳輸，其傳輸距離很短，因此越區(qū)切換次數(shù)較多，且頻率很快，對(duì)列車無縫漫游提出很高的要求。如果采用漏纜或裂縫波導(dǎo)管方式傳輸，則會(huì)有效降低越區(qū)切換次數(shù)和頻率，為保證可靠傳輸提供良好的媒介。

結(jié)束語

從理論上分析，一體化建議應(yīng)該是可行的，但還面臨著很多問題，如系統(tǒng)供貨商需要修改無線傳輸部分的設(shè)計(jì)，且需要進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，以驗(yàn)證方案的可行性等。因此，作者希望本文能起到拋磚引玉的作用，引起更多同行對(duì)此問題進(jìn)行研究和討論，以期提出更好的解決方案。值得注意的是，信號(hào)系統(tǒng)與PIS系統(tǒng)一體化共建無線局域網(wǎng)的方案是為了特定解決兩個(gè)系統(tǒng)的沖突而提出的，而該方案肯定會(huì)在一定程度上降低各自系統(tǒng)的性能，因此需要得到各自系統(tǒng)供貨商的承諾和保證 以避免在以后的設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)問題，影響系統(tǒng)的性能和指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：北京鐵路局天津電務(wù)段）