地铁各无线网络资源使用与整合的分析

地铁各无线网络资源使用与整合的分析

宋晓波

深圳市地铁集团有限公司运营总部广东.深圳518000

摘要：本文简要介绍地铁中使用的各种无线网络系统，分析目前地铁无线资源的使用情况，以及将各无线通信系统整合的可行性和必要性。

关键词：无线网络；整合；POI

地铁运营中，各系统都需要实时获取各车站、列车、设备以及维护人员的情况，通信系统就显得尤为重了。各通信系统中，由于工作人员以及列车是处于移动状态，这就需要采用可靠的无线通信技术。随着社会以及科学技术的发展，地铁中引入的无线通信系统越来越多，有的甚至使用同一频段，极易造成干扰。同时安装的设备越来越多，带来的工作量和隐患也越来越多。如果能将各无线通信系统进行整合，地铁内无线资源将得到合理利用，建设以及维护成本也将得到降低。

1、地铁中使用的无线网络系统

地铁内部无线通信系统包括：专用无线通信系统（400M、800M）、公众无线通信系统（GSM、2G、3G、4G、Wi-Fi）、警用无线通信系统、车载视频监控车地无线传输网络系统、乘客信息资讯（PIS）车地无线传输网络系统以及基于通信技术的列车控制系统（CBTC）。其中车载视频监控以及PIS的车地通信共用一套无线通信系统，其他各系统均为具有独立设备体系的系统。目前随着技术的发展，4G网络覆盖已经并正在进入地铁，随着WIFI技术的发展，Wi-Fi信号已经覆盖少数地铁线路，而且将来必将全面覆盖。4G之后的5G时代已经成熟，5G网络入驻地铁也将成为必然。

1.1专用无线通信系统

在地铁中使用的专用无线系统为数字集群系统，主要采用800M数字集群系统及400M数字集群系统。专用无线通信系统主要由核心交换设备、基站、天馈设备、终端设备等组成。核心设备负责数据的处理和交换，基站设备负责小区范围内通信控制，天馈设备通过漏缆或天线进行信号覆盖（隧道中使用漏缆，车站以及地面使用天线），终端设备为手持台，调度台等用户直接进行通信的设备。

专用无线通信系统是结合地铁运营、维护人员、列车司机及其他地铁工作人员的工作特点和对移动通信服务的需求设计的专用无线通信系统。系统无线覆盖范围广，场强分布均匀，能够在OCC、各车站、区间、列车、车辆段、停车场、主变电所等场合为地铁工作人员提供高清晰的通话服务和数据通信服务，包含移动终端与移动终端、移动终端与固定终端以及固定终端与光电子的之间的通信。专用无线系统支持单工以及双工通信，由用户根据需求进行选择。

1.2公众无线通信系统

地铁乘客在乘坐地铁时能够进行手机通信以及手机移动上网，是公众无线通信系统的作用。该系统是为乘客在乘坐地铁时能享受与地面一样的公众无线通信服务而建设的。每个地下车站设置无线多网接入POI系统，将各无线运营

商的各种制式信号合路在一起进行综合无线覆盖。主要由运营商的信源设备、POI系统、隧道区间系统、车站天线分布系统以及集中监控平台等组成。隧道内采用漏缆进行或天线进行信号覆盖，车站内采用天线进行信号覆盖。

Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4G或5G射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。无线保真是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。

1.3警用无线通信系统

由于治安问题的重要性，警务人员需在地铁范围内进行通信。这就必须引进警用无线通信系统来为警务人员在地下车站以及隧道内提供通信保障。警用通信系统结构与专用通信系统相似，一般使用400M或800M频段，利用漏缆对地铁隧道内进行信号覆盖，为警务人员在地铁范围内提供通话服务和数据通信服务。警务人员在地铁范围内使用警用手持台即可与控制中心或地面人员进行通信，该系统支持单工以及双工通信。

1.4乘客信息资讯（PIS）车地无线传输网络系统

PIS系统覆盖全线正线区间、车辆段、停车场的车地无线传输网络，满足PIS车载多媒体信息发布的网络需求。车载无线传输平台采用华三符合IEEE802.11n协议的无线局域网技术，主要由车辆段、停车场及沿线区间的无线接入点（AP）以及车载无线设备等设备构成。

在全线及车辆段、停车场设置车地无线传输网设备和天线，在控制中心设置本线车地无线传输网的网络管理设备，管理和控制本线车地无线传输网的工作，以达到在全线范围内，实时的完成车-地之间的图像和数据传递。无线设备能够同时满足支持2.4G频段和5.8G频段。并且在不增加任何投资的情况下，通过调整改变内部配置，进行2.4G频段与5.8G频段的互相切换。

PIS车载子系统利用车地无线传输网络实现中心至列车的数字视频信号实时传输、播放的功能。控制中心通过骨干网向车站汇聚交换机发布实时命令或信息，车站汇聚交换机将信息（主要是视频、音频文件以及播放控制信息）通过轨旁AP设备的天线向区间发布，经过该区间的列车上安装的车载天线接受轨旁AP信息并传送至车载交换机并转发至相应控制设备，再由控制设备按照接收到的指令，按要求在列车各显示屏上播放视音频文件。实现地面向列车的通信。反之即可完成列车向地面的通信。

图1PIS车地无线系统

1.5车载视频监控车地无线传输网络系统

车载视频监控系统利用车地无线传输网络实现中心至列车的车载视频监控信息实时及准实时的上传至控制中心的功能。主要用于控制中心实时监控列车车厢以及司机室情况，以及从中心下载车载监控视频文件。

乘客信息资讯系统与车载视频监控系统的车地无线传输网络共用一套无线通信系统。

1.6基于通信技术的列车控制系统

基于通信技术的列车控制（简称CBTC—CommunicationBasedTrainControl）系统，该系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息，而是利用通信技术实现“车地通信”并实时地传递“列车定位”信息。通过车载设备、轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换，完成速度控制。系统通过建立车地之间连续、双向、高速的通信，使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换，并确定列车的准确位置及列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。

随着无线通信技术的发展，基于自由空间传输的无线传输技术的在CBTC系统中得到了应用。无线的频点一般采用共用的2.4GHz或5.8GHz频段，采用接入点（AP）天线作为和列车进行通信的手段。

CBTC系统在需要的时候也可采用漏泄电缆传输方式，而新研发的系统采用的不多。漏泄电缆方式特点是场强覆盖较好、可控，抗干扰能力强。单点AP的控制距离通常达800m（每侧漏泄电缆长度400m）。缺点是漏泄同轴电缆价格较高。

2、地铁内无线资源使用

地铁专业系统繁多，又由于地铁运营安全要求较高，各专业为保障自身资源的绝对可靠，有移动通信业务需求的专业都会首先想到建立一套自己的无线网络覆盖系统。受各自业务特点的局限，可用于无线通信的有效频段比较有限。这势必会出现不同系统使用同一频段的情况。同时无线网络需要安装相应的设备来进行信号的有效覆盖，目前地铁采用的信号覆盖手段有两种：漏缆和天线。无论是漏缆还是天线，设备的安装必然需要占用一定的空间资源。漏缆直径小，但需要无断点覆盖；天线可以间隔设置，但体积大。然而地铁隧道可用空间十分有限，随着系统的增加，隧道内设备也不断增加。这将对行车安全造成极大隐患。目前地铁内无线通信网络存在的特点：系统多，按业务细分共有8个无线网络系统；集成度低，各业务基本独立使用本系统的无线网络；使用频率集中，主要使用400MHz、800MHz、2.4GHz（或5.8GHz）；维护专业集中，除CBTC系统属于信号专业维护，其他系统基本都属于通信专业维护；增加无线系统难度大，无论是无线频段冗余量还是设备安装空间冗余量，想要增加一套无线设备，特别是在既有线增加系统设备，都将遇到很大困难。

2.1频率使用

目前地铁内无线网络系统频段从400MHz到5.8GHz。其中地铁专用集群无线网络使用800M频段，少数也是用400M集群系统作为备用通信网络。警用无线通信系统使用400M频段，部分也开始采用800M频段。CBTC、WIFI、PIS以及车载视频监控无线网络采用2.4G或5.8G双频段，公众通信使用频率范围最广，从早期的GSM到目前的4G，甚至5G技术发展，也在制定相应标准。为了避免干扰这些系统的无线网络都采用了跳频、调制、增设复杂密码、扩频等多种技术改进方案。

2.2信号覆盖方式

地铁隧道以及高架范围内空间有限，各无线网络系统或采用漏缆或采用AP天线，都会对有限的空间进行侵占。目前专用无线、警用、公众均采用漏缆进行信号覆盖，由于公众通信采用上下行两根漏缆，一共4根漏缆。PIS、CBTC均采用AP天线，一般存在两套AP天线系统。但部分特殊线路（高速线路）无法使用天线进行信号覆盖，这样所有无线系统全部采用漏缆进行信号覆盖，最多一共6根漏缆。将来引入Wi-Fi系统，必然要考虑与已有系统联合使用无线资源。

3、无线系统整合的意义及发展趋势

整合各无线网络系统，就是想尽量利用少量的设备覆盖尽可能多的频段，服务尽可能多的业务，尽可能的提高网络通信速率以及通信效率。首先，整合无线网络系统将会大大降低地铁的建设成本；其次整合无线网络系统将会优化地铁运营维护专业结构，简化地铁通信运营维护工作量，节约人力资本。最后整合无线网络系统将会有效避免无线网络干扰，便于进行功能或容量的扩充。

3.1无线系统整合的可行性

关于无线网络资源的整合，地铁公众通信系统的POI技术就是一个很好的参考。

POI为POINTOFINTERFACE的缩写，即是多系统合路平台主要用于地铁、会展中心、展览馆、机场等大型建筑室内覆盖。该系统运用频率合路器与电桥合路器对多个运营商、多种制式的移动信号合路后引入天馈分布系统，达到充分利用资源、节省投资的目的。为避免干扰，POI分为上、下行两个平台，分别将上行和下行链路信号分开传输。POI作为连接无线通信施主信号与分布覆盖信号（泄漏电缆和天线阵等）的桥梁，其主要功能是对各运营商的上行及下行射频信号分别进行合路及分路，并滤除各频带间的干扰成分。POI上行部分的主要功能是将不同制式的手机发出的信号经过天线的收集及馈线的传输至上行POI，经POI检出不同频段的信号后送往不同运营商的基站。POI下行部分的主要功能是将各运营商、不同频段的载波信号合成后送往覆盖区域的天馈分布系统。如下图所示。

图2POI系统结构图

3.1无线系统整合的发展趋势

结合POI系统特点以及地铁无线网络使用情况，地铁无线资源整合可采取两种方式。主要是采用多系统合路和各频率信道的整合和统一分配。

1.采用多系统合路平台

由于POI能对同频率信号进行隔离后再进行覆盖且能无线网络资源的整合，将所有系统接入多系统合路平台，按各系统特点进行抗干扰处理，再进行多频合路，最后使用一套天馈系统进行信号覆盖，实现移动用终端通信。如图4。

图4POI系统结构图

2.各频率信道的整合和统一分配

使用一套频段覆盖范围广的天馈系统，可以将信息按站内通信、跨站通信、语音通信、数字通信等进行分类，再根据各信息的特点分配无线信道（频点）。同时也可按照业务重要性以及业务特点合理分配各系统使用信道的时间避免通信冲突。例如PIS视频信息的分发可以安排正在夜间其他通信需求较小的时间段进行通信。如图5。

图4无线整合系统结构图

4、结束语

地铁无线资源整合的广泛应用可以避免各专业无线分布系统重复建设造成的资源浪费，大大降低了系统的维护成本。因此地铁无线资源整合不但具有一定的经济意义，而且具有深远的社会意义。但地铁无线资源的整合是一个复杂的系统，不同的应用场所对整合要求可能不一样，需要根据具体情况来设计。

参考文献

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