城市轨道交通行业各类智慧化、绿色化的应用对于无线通信网络的需求越来越高。
截至目前,国内无线通信网络用到的技术包括WLAN、LTE-M、TETRA、物联网IoT、5G 等。地铁车地无线通信系统目前所涉及的主要技术有如下几种:WLAN车地无线通信网络采用工作在开放频段,通过公共开放的非授权频段,实现轨道 交通的无线覆盖。城市轨道交通无线网络作为有线网络的补充,提供列车与地面的通信。随 着Wi-Fi 6技术和产品的成熟,从2020年开始新建线路主要以Wi-Fi 6为主。WLAN方案的组 网包括轨旁和车载两部分,PIS系统中基于WLAN的无线通信,由车载AP经过车地通信网络 与轨旁AP完成通信,车头车尾的2台车载AP进行冗余,实现主备通信。
TETRA数字集群通信系统是欧洲通信标准协会为了满足欧洲各国的专业部门对移动通信 的需要而设计、制订的统一标准的开放性系统。地铁无线通信采用800MHz频段的TETRA数字集群系统为地铁运营的控制中心人员、车辆段人员,以及车站维护人员提供可靠的语音和数 据交换,是重要的通信手段,保障列车的安全行车,提高地铁的整体运输效率以及改善地铁的 服务质量,大幅提高地铁运营管理水平。
LTE是第四代无线移动通信技术,采用更大的载波带宽,并以OFDM与MIMO为基础,致 力于降低传输时延、提高传输速率、提升系统带宽容量和增强网络覆盖范围。我国行业专网 采用TDD制式,即TD-LTE。TD-LTE行业专网是相对于运营商建设的移动通信公众网络而言 的,所谓LTE行业专网即各个行业用户根据自己的使用需求而建设的独立的、私有的TD-LTE 制式的无线网络。 LTE-M标准是为了满足轨道交通行业综合承载业务需求,在3GPP、B-TrunC等标准基础 上为轨道交通行业定制化的行业标准。LTE-M基于TD-LTE制式,在满足CBTC业务数据传输的 同时,还支持列车运行状态、集群调度业务等信息的综合承载。
5G技术具有大带宽、低时延、广连接的特性,可以为城市轨道交通提供所需的无线通信 带宽,成为LTE-M系统的有效补充,助力绿色智慧城轨高质量发展。目前中国城市轨道交通 协会组织编制的《城市轨道交通 5G公专网》系列团体标准,提出基于运营商5G公网,利用 网络切片技术,提供专属网络能力,承载轨道交通相关数据业务,覆盖轨道交通全场景,实 现5G公网专用。
现有物联网业务多样化,不同的物联网终端厂家采用不同的物联网协议信号进行数据的 交互,实现数据实时采集、人员/设备定位、实时感知预警、资产实时定位等作用。常用的物 联网采用2.4G RFID、BLE和UWB、ZigBee等物联网协议。目前的物联网也支持无线控制器管 理,WLAN和物联网产品融合管理,统一设备管理平台,简化用户管理难度。
当下,城市轨道交通行业各类智慧化、绿色化的应用进入快速发展阶段,对于无线通信网 络的需求越来越高。车地无线支持高速移动、高可靠、低时延、跨线运营,互联互通。
1. LTE-M高可靠保证列车运行安全。根据轨道交通行业业务需求现状和无线通信技术发展趋势,与轨道交通生产安全相关的 列车运行控制业务由LTE-M系统承载。目前在建城市轨道交通线路CBTC系统均已采用LTE-M 技术,宽带集群采用LTE-M技术也已经成为发展趋势。城市轨道交通建设和运营正在从单线 向互联互通发展,为满足日益增长的跨线和并线运营的要求,不同线路的信号系统需要通过 互联互通实现对列车的调度控制。目前轨道交通领域内已有对于铁路信号系统互联互通实现 和测试方法、城市轨道交通CBTC系统互联互通实现方法的研究。作为城市轨道交通CBTC系 统的业务承载网络,LTE-M系统互联互通是实现CBTC业务互联互通的前提。
LTE-M互联互通包括数据业务的互联互通和宽带集群业务的互联互通,相比数据业务互 联互通只在轨道交通列车跨线、共线或者延伸线场景中被需要,集群业务互联互通应用要广 泛得多,在换乘站、控制中心等都需用到。LTE-M宽带集群互联互通标准是以B-TrunC2.0标 准为基础进行深度行业定制,在本地组网的基础上,支持跨核心网的规模化组网,实现统一 管理用户数据、支持本地网之间的互通,以及在不同本地网之间漫游等功能,从而为城市轨 道交通特定业务提供支撑。
2. 城轨5G公专网仍试验探索。智慧城轨无线业务的需求还有很多:涉及智慧乘客服务的PIS业务、智能列车运行的列车 大数据业务、智能运维安全的视频监视业务和检修业务等。这些智慧城轨无线业务数据量 大,传输数据速率高,因LTE-M系统带宽受限,需其他无线技术手段来解决。WLAN技术和 5G技术是一种选择。但因5G技术在城轨行业上还处于试验和探索阶段,针对城轨行业5G公 网专用的切片技术、商业合作模式、相关技术标准均还不完善。目前中国城市轨道交通协会 组织编制《城市轨道交通5G公专网》系列团体标准,提出5G公专网承载的业务应包含:集群 调度业务、列车运行状态监测业务、车载信号运维数据业务、车辆健康管理业务、列车紧急 文本下发业务、PIS视频业务、数据采集类业务、轨行区综合巡检业务、车辆基地综合维修业 务、信息管理业务、IMS视频监控业务等。
3. WLAN+IoT物联网融合,助力城轨智能运维。以智慧城轨为建设背景,城轨智慧无线可以提高运维效率、降本增效,为城轨行业的绿智融合提供业务承载通道。智能运维体系中需要实现后端智慧业务平台与前端运维人员的实 时通信,运维人员的智能终端设备需要无线接入服务。接入网及物联网的建设目标就是为了 给各类智慧业务提供数据交互的通道,实现智能终端与业务后台之间的实时交互。对运维作 业人员进行高精度定位,实时了解运维人员的位置信息。 与运维相关的智慧类业务会不断的向城轨行业拓展,无线网络建设的两个大方向:一个 是实现各类终端的无线接入,一个是通过物联网或Wi-Fi网络实现高精度定位。接入网及物联 网的建设目标是为了给各类智慧业务提供数据交互的通道,实现智能终端与业务后台之间的 实时交互。WLAN+IoT物联网融合,可以充分利用Wi-Fi方案与IoT方案的融合能力,在站厅站 台区域通过AP设备下挂物联网基站满足接入和定位需求,在轨行区则利用PIS系统建设的轨 旁AP设备下挂物联网基站满足接入和定位需求。轨旁AP在提供MESH服务的同时还开启接入 服务,在车辆运营结束后运维人员可在轨行区实现手持终端的Wi-Fi接入。