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【摘要】下文主要根据笔者多年工作经验及对通信技术的了解介绍了当前应用较多的几种无线通信标准及其在地铁中的应用，那么我们从实际出发，通过地铁隧道区间内不同无线组网方式的比较分析，推出了一种新的商用通信系统的无线引入方式，用以减少无线干扰。通过对无线标准的研究，选择了能够满足地铁通信系统、信号系统和乘客资讯系统（PIS）功能需求的802.1lg标准。
【关键词】无线通信；技术；组网
【中图分类号】TN921 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0172-02
1 前言
伴随着我国科技与经济的不断发展与进步，我国地铁行业也在不断发展改进，其中通信技术承担着提高地铁运营效率、保障行车安全的重要任务。那么，地铁无线通信系统应该确保高通信质量和全线场强全覆盖。同时，通过高清晰数字视频通信，使各级行车指挥调度对列车车载电话、车厢内电视图像以及行驶列车对前方车站客流情况进行实时监视。列车无线通信所提供的车地之间的数据传输通道必须兼备高数据容量号快速移动性能。
2 无线通信标准及其应用
目前，国内地铁行业使用的无线通信技术主要有以下几种。
2.1 TETRA技术
TETRA数字集群通信系统是欧洲电信标准协会（ETSI）制订的唯一支持数字集群专用移动通信的开放标准，可以在同一平台上提供指挥调度、数据传输及电话服务，并具有公开、开放的优点，其功能特点：①提供必要的带宽，无需通过用户接口即可同时发送或接收话音和数据；②支持数字图形、图像传输、电子邮件等多种数据通信；③动态分配带宽，一个通信链路最多容纳4个时隙；④每个时隙的通信能力为7.2k bit/s，总体传输速率可达28.8kbit/s；⑤在一个物理信道机内可容纳4个时分信道，可在不同的时隙内接收和发送数据，频谱利用率高；⑥具有话音和数据加密功能，支持开放式信道信令。即允许来自不同厂商的产品进入同一个公共通信信道。
2.2 3G技术
第三代移动通信（3G）能够在20 MHz频谱带宽提供下行100Mbit/s、上行50 Mbit/s的峰值传输速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5 ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50 ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100 ms；支持100 km半径的小区覆盖；能够为3 50 km/h高速移动用户提供大于100 kbit/s的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 20 MHz多种带宽。
2.3 WLAN技术
无线局域网（WLAN）的主要标准是IEEE802.11，具体包括IEEE802.11b、802.11a和802.11g等。802.11b通常也被称为wi-Fi（WirelessFidelity），工作在2.4GHz頻段，可支持最高11Mbit/s的共享接入速率；802.11a工作在5.8GHz频段，其速率高达54Mbit/s，分频采用OFDM（正交频分复用）技术，但最高速率的无障碍接入距离降到30-50m；802.11g也采用OFDM技术，与802.11a一样可支持最高54Mbit/s的速率，同时它工作在2.4GHz频段，因此，可以做到与802.11b兼容，而最高速率是802.11b的5倍。
2.4 WiMAX技术
WiMAx是建立在IEEE 802.16和ETSI HiperMAN无线城域网标准基础上，支持点对点或点对多点的网络结构，可选择在需执照频段或免执照的频谱中操作。它可为固定站提供达50 km的宽带无线接入，可为移动站提供5-15 km的宽带无线接入。但WiMAx核心网络的标准至今仍在制定和完善中，空中接口标准也存在信令开销大的问题，由于目前尚未通过中国通信标准委员会审定，未被频率分配，技术开展缓慢。
2.5 DVB-T技术
数字视频地面广播（DVB-T）是DVB一系列标准中的一个标准，用于地面开路数字电视系统，采用国际标准的MPEG-2编码，COFDM（编码正交频分复用）调制方式。在地铁列车运行过程中连续不断地接收到由泄漏电缆或地面发射基站发射的实时信号，通过数字机顶盒进行解码，并转换为模拟复合视频和音频信号，再经过视音频分配器输出到终端显示屏上。DVB-T具有容量大、接入方便等特点，其技术使用于下行高速数据的传输，可以工作在多个频点，减少无线频段干扰。
2.6 Mesh技术
无线Mesh网络所需设备小巧轻便，易于安装。由于其路由选择特性使得链路中断，所以局部扩容和升级不会影响整个网络的运行。在Mesh网络中，数据通过中间节点进行多跳转发，每一跳至少都会带来一些延迟，随着无线Mesh网络规模的扩大，跳接越多，积累的总延迟就会越大，一些对通信延迟要求高的应用（如话音或流媒体应用等），可能面临无法接受的延迟过长的问题。目前，解决这一问题主要是增加Mesh节点以及合适的网络协议。尽管在有线网络中使用的各种端到端安全技术（如虚拟专用网VPN）同样可以用来解决无线Mesh的安全问题，但正如Internet一样，安全是选择无线Mesh网络不容忽视的问题。
2.7 TRainCom
TRainCom无线电系统是一种适用于各种数据服务和运用的列车无线电系统。与现行的其他列车无线电系统相比，该系统能提供更多的带宽。全双工模式下总数据传输速率高达16 Mbit/s（取决于无线通信系统的架构）。由于系统结构和构造可升级，无线通信系统几乎适用于所有列车系统——轻轨车、高速列车和高速磁悬浮列车。TRainCom是一套交钥匙系统。而且，符合列车市场要求的CCTV和VoIP模块也可有多种应用。
3 无线组网 地铁无线信号覆盖主要是站厅、站台以及隧道区间。站厅及站台区域多呈长条形，且站厅支柱及其他障碍物较多，为此，站厅层和站台层多采用天线覆盖。隧道区间无线信号的覆盖是关键，隧道区间中无线组网的方式主要有裂缝波导、漏泄电缆和无线电台等。
3.1 裂缝波导
裂缝波导网主要由中空铝质矩形管（WG）、无线接入设备（TRE）、波导管连接器（TGC）、双面连接法兰（DFL）、末端负载等组成。波导信息网移动站由车载计算机、车载无线电台、数据采集卡、窄缝探测接收器等组成。信号传输是通过中心控制室、车站计算机、车载计算机、车载电台和列车上的定向天线发射和接收信号，轨旁单元通过同轴电缆与裂缝波导连接，以裂缝波导为载体双向传输列车实时信息。
3.2 漏泄电缆
漏泄电缆系统的基本结构通常采用基站与漏缆中继方式。全线通常设1个控制中心，1个或若干个基站，1个无线移动交换机，基站信道数根据用户数及话务量大小灵活配置，动态分配。调度员发出的信息经控制中心及无线移动交换机传至基站，基站各无线信道发射机通过合路器、光电转换器、光分路器与光缆相接，基站发出的信息通过光缆传送至各车站中继器，由中继器将信号放大后馈送至全线漏泄同轴电缆辐射出去，使列车司机、车站值班员、手持台持有者能很好地收到来自控制中心的信息。反过来，列车司机、车站值班员、手持台持有者发出的信息由漏泄同轴电缆接收后传送至中继器，中继器将信号放大后经光电转换设备、光合路器与光缆相连，通过光缆将信息传送至基站，再由基站经控制中心及无线移动交换机传至控制中心。需要说明的是，有时无线覆盖是直接由基站将电信号传至漏泄同轴电缆等终端设备进行无线信号覆盖的，不需要经过具备光电转换功能的中继设备，这主要取决于无线场强覆盖的范围和距离。
3.3 无线电台
无线电台组网方式是指利用1根光缆将每两站一区间上下行隧道组成一个封闭的光环网，通过以太网与车站无线网络交换机及隧道接入点（AP）连接。控制中心发出的信息经骨干网传输到车站子系统，再从车站交换机发送到隧道区间交换机，由隧道区间交换机把信息下发到连接到该交换机的所有AP上，最后通过AP与地铁列车相互通信。
4 应用方案
到目前为止，地铁行业无论是在通信系统的无线引入、PIS的无线布网还是信号系统的无线组网以及使用的标准方面并没有形成一套成熟的系统。各种不同的无线引入、组网方式和标准都在试验中。
4.1 建议在车站的站厅层和站台层分别加装手机信号接入设备，直接与控制中心连接；在车厢内同样加装手机信号接入设备，通过和乘客资讯系统（PIS）或信号系统使用同一个无线通信信道传输到车站。控制中心与运营商连接，这样一来就可以减少商用通信系统的引入设备，大大地减少了干扰源特别是区间隧道内的干扰。
4.2 无线标准的选择
地铁在追求性能的同时更应该注重的是稳定和成熟。目前能够满足802.11a标准系列的产品比较少，布置密度大，TRainCom无线电系统则属于私有的技术，不具备开放性，对其二次开发、升级与维护等均需要依赖技术持有方；其他的无线标准不是传输的带宽小，无法满足地铁的功能需求，就是技術标准还不够成熟。目前国内绝大多数城市地铁都是采用WLAN技术。
其中，城轨信号CBTC系统和乘客资讯系统（PIS）都使用同一个WLAN无线标准，802.11g无线标准只有3个互不干扰的信道，由于信号系统是保证列车的行车安全，必须保证其带宽，所以，一般信号系统分配2个信道，PIS系统占1个信道。
虽然PIS系统只使用1个信道，但是实践证明基本上能够满足地铁功能的需求。西门子（SIEMENS）在北京地铁10号线测试PIS系统中无线传输系统的带宽，其中信号系统也是使用802.11g标准，并且由于其重要性占用了1和11信道。这样PIS系统只能使用其中的6信道，经过测试在移动的状态下有15M bit/s，静止的状态下可达到20 Mbit/s。
如果两条线的信号系统和PIS系统都是采用802.11g标准，那么会在换乘站有比较大的同频干扰，所以在采用标准和分配信道的时候应该综合考虑整个地铁网。
5 总结
总得来说，不难看出，随着研究的不断深入，运用于地铁的无线通信系统也不断完善，提高了数据业务，加强了网络传输的可靠性和稳定性。今后，在现代技术的不断发展下，地铁的无线通信系统将有更大的发展，地铁运营商根据其运营特点，结合自身发展实际，可以选择最优方案。地铁通信系统的设计方案逐渐优化，突破传统的通信系统的局限性，突出其便捷性和高速型。在地铁建设中做好通信工程的设计施工技术管理，对落实完成设计指标，达到和发挥其功能要求，节约管理成本，有效推进整个工程建设进度等至关重要。
【关键词】无线通信；技术；组网
【中图分类号】TN921 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0172-02
1 前言
伴随着我国科技与经济的不断发展与进步，我国地铁行业也在不断发展改进，其中通信技术承担着提高地铁运营效率、保障行车安全的重要任务。那么，地铁无线通信系统应该确保高通信质量和全线场强全覆盖。同时，通过高清晰数字视频通信，使各级行车指挥调度对列车车载电话、车厢内电视图像以及行驶列车对前方车站客流情况进行实时监视。列车无线通信所提供的车地之间的数据传输通道必须兼备高数据容量号快速移动性能。
2 无线通信标准及其应用
目前，国内地铁行业使用的无线通信技术主要有以下几种。
2.1 TETRA技术
TETRA数字集群通信系统是欧洲电信标准协会（ETSI）制订的唯一支持数字集群专用移动通信的开放标准，可以在同一平台上提供指挥调度、数据传输及电话服务，并具有公开、开放的优点，其功能特点：①提供必要的带宽，无需通过用户接口即可同时发送或接收话音和数据；②支持数字图形、图像传输、电子邮件等多种数据通信；③动态分配带宽，一个通信链路最多容纳4个时隙；④每个时隙的通信能力为7.2k bit/s，总体传输速率可达28.8kbit/s；⑤在一个物理信道机内可容纳4个时分信道，可在不同的时隙内接收和发送数据，频谱利用率高；⑥具有话音和数据加密功能，支持开放式信道信令。即允许来自不同厂商的产品进入同一个公共通信信道。
2.2 3G技术
第三代移动通信（3G）能够在20 MHz频谱带宽提供下行100Mbit/s、上行50 Mbit/s的峰值传输速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5 ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50 ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100 ms；支持100 km半径的小区覆盖；能够为3 50 km/h高速移动用户提供大于100 kbit/s的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 20 MHz多种带宽。
2.3 WLAN技术
无线局域网（WLAN）的主要标准是IEEE802.11，具体包括IEEE802.11b、802.11a和802.11g等。802.11b通常也被称为wi-Fi（WirelessFidelity），工作在2.4GHz頻段，可支持最高11Mbit/s的共享接入速率；802.11a工作在5.8GHz频段，其速率高达54Mbit/s，分频采用OFDM（正交频分复用）技术，但最高速率的无障碍接入距离降到30-50m；802.11g也采用OFDM技术，与802.11a一样可支持最高54Mbit/s的速率，同时它工作在2.4GHz频段，因此，可以做到与802.11b兼容，而最高速率是802.11b的5倍。
2.4 WiMAX技术
WiMAx是建立在IEEE 802.16和ETSI HiperMAN无线城域网标准基础上，支持点对点或点对多点的网络结构，可选择在需执照频段或免执照的频谱中操作。它可为固定站提供达50 km的宽带无线接入，可为移动站提供5-15 km的宽带无线接入。但WiMAx核心网络的标准至今仍在制定和完善中，空中接口标准也存在信令开销大的问题，由于目前尚未通过中国通信标准委员会审定，未被频率分配，技术开展缓慢。
2.5 DVB-T技术
数字视频地面广播（DVB-T）是DVB一系列标准中的一个标准，用于地面开路数字电视系统，采用国际标准的MPEG-2编码，COFDM（编码正交频分复用）调制方式。在地铁列车运行过程中连续不断地接收到由泄漏电缆或地面发射基站发射的实时信号，通过数字机顶盒进行解码，并转换为模拟复合视频和音频信号，再经过视音频分配器输出到终端显示屏上。DVB-T具有容量大、接入方便等特点，其技术使用于下行高速数据的传输，可以工作在多个频点，减少无线频段干扰。
2.6 Mesh技术
无线Mesh网络所需设备小巧轻便，易于安装。由于其路由选择特性使得链路中断，所以局部扩容和升级不会影响整个网络的运行。在Mesh网络中，数据通过中间节点进行多跳转发，每一跳至少都会带来一些延迟，随着无线Mesh网络规模的扩大，跳接越多，积累的总延迟就会越大，一些对通信延迟要求高的应用（如话音或流媒体应用等），可能面临无法接受的延迟过长的问题。目前，解决这一问题主要是增加Mesh节点以及合适的网络协议。尽管在有线网络中使用的各种端到端安全技术（如虚拟专用网VPN）同样可以用来解决无线Mesh的安全问题，但正如Internet一样，安全是选择无线Mesh网络不容忽视的问题。
2.7 TRainCom
TRainCom无线电系统是一种适用于各种数据服务和运用的列车无线电系统。与现行的其他列车无线电系统相比，该系统能提供更多的带宽。全双工模式下总数据传输速率高达16 Mbit/s（取决于无线通信系统的架构）。由于系统结构和构造可升级，无线通信系统几乎适用于所有列车系统——轻轨车、高速列车和高速磁悬浮列车。TRainCom是一套交钥匙系统。而且，符合列车市场要求的CCTV和VoIP模块也可有多种应用。
3 无线组网 地铁无线信号覆盖主要是站厅、站台以及隧道区间。站厅及站台区域多呈长条形，且站厅支柱及其他障碍物较多，为此，站厅层和站台层多采用天线覆盖。隧道区间无线信号的覆盖是关键，隧道区间中无线组网的方式主要有裂缝波导、漏泄电缆和无线电台等。
3.1 裂缝波导
裂缝波导网主要由中空铝质矩形管（WG）、无线接入设备（TRE）、波导管连接器（TGC）、双面连接法兰（DFL）、末端负载等组成。波导信息网移动站由车载计算机、车载无线电台、数据采集卡、窄缝探测接收器等组成。信号传输是通过中心控制室、车站计算机、车载计算机、车载电台和列车上的定向天线发射和接收信号，轨旁单元通过同轴电缆与裂缝波导连接，以裂缝波导为载体双向传输列车实时信息。
3.2 漏泄电缆
漏泄电缆系统的基本结构通常采用基站与漏缆中继方式。全线通常设1个控制中心，1个或若干个基站，1个无线移动交换机，基站信道数根据用户数及话务量大小灵活配置，动态分配。调度员发出的信息经控制中心及无线移动交换机传至基站，基站各无线信道发射机通过合路器、光电转换器、光分路器与光缆相接，基站发出的信息通过光缆传送至各车站中继器，由中继器将信号放大后馈送至全线漏泄同轴电缆辐射出去，使列车司机、车站值班员、手持台持有者能很好地收到来自控制中心的信息。反过来，列车司机、车站值班员、手持台持有者发出的信息由漏泄同轴电缆接收后传送至中继器，中继器将信号放大后经光电转换设备、光合路器与光缆相连，通过光缆将信息传送至基站，再由基站经控制中心及无线移动交换机传至控制中心。需要说明的是，有时无线覆盖是直接由基站将电信号传至漏泄同轴电缆等终端设备进行无线信号覆盖的，不需要经过具备光电转换功能的中继设备，这主要取决于无线场强覆盖的范围和距离。
3.3 无线电台
无线电台组网方式是指利用1根光缆将每两站一区间上下行隧道组成一个封闭的光环网，通过以太网与车站无线网络交换机及隧道接入点（AP）连接。控制中心发出的信息经骨干网传输到车站子系统，再从车站交换机发送到隧道区间交换机，由隧道区间交换机把信息下发到连接到该交换机的所有AP上，最后通过AP与地铁列车相互通信。
4 应用方案
到目前为止，地铁行业无论是在通信系统的无线引入、PIS的无线布网还是信号系统的无线组网以及使用的标准方面并没有形成一套成熟的系统。各种不同的无线引入、组网方式和标准都在试验中。
4.1 建议在车站的站厅层和站台层分别加装手机信号接入设备，直接与控制中心连接；在车厢内同样加装手机信号接入设备，通过和乘客资讯系统（PIS）或信号系统使用同一个无线通信信道传输到车站。控制中心与运营商连接，这样一来就可以减少商用通信系统的引入设备，大大地减少了干扰源特别是区间隧道内的干扰。
4.2 无线标准的选择
地铁在追求性能的同时更应该注重的是稳定和成熟。目前能够满足802.11a标准系列的产品比较少，布置密度大，TRainCom无线电系统则属于私有的技术，不具备开放性，对其二次开发、升级与维护等均需要依赖技术持有方；其他的无线标准不是传输的带宽小，无法满足地铁的功能需求，就是技術标准还不够成熟。目前国内绝大多数城市地铁都是采用WLAN技术。
其中，城轨信号CBTC系统和乘客资讯系统（PIS）都使用同一个WLAN无线标准，802.11g无线标准只有3个互不干扰的信道，由于信号系统是保证列车的行车安全，必须保证其带宽，所以，一般信号系统分配2个信道，PIS系统占1个信道。
虽然PIS系统只使用1个信道，但是实践证明基本上能够满足地铁功能的需求。西门子（SIEMENS）在北京地铁10号线测试PIS系统中无线传输系统的带宽，其中信号系统也是使用802.11g标准，并且由于其重要性占用了1和11信道。这样PIS系统只能使用其中的6信道，经过测试在移动的状态下有15M bit/s，静止的状态下可达到20 Mbit/s。
如果两条线的信号系统和PIS系统都是采用802.11g标准，那么会在换乘站有比较大的同频干扰，所以在采用标准和分配信道的时候应该综合考虑整个地铁网。
5 总结
总得来说，不难看出，随着研究的不断深入，运用于地铁的无线通信系统也不断完善，提高了数据业务，加强了网络传输的可靠性和稳定性。今后，在现代技术的不断发展下，地铁的无线通信系统将有更大的发展，地铁运营商根据其运营特点，结合自身发展实际，可以选择最优方案。地铁通信系统的设计方案逐渐优化，突破传统的通信系统的局限性，突出其便捷性和高速型。在地铁建设中做好通信工程的设计施工技术管理，对落实完成设计指标，达到和发挥其功能要求，节约管理成本，有效推进整个工程建设进度等至关重要。