城市軌道交通的信息化，從傳統(tǒng)的CBTC、AFC/ACC、PIS、綜合監(jiān)控等各項(xiàng)基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，延伸到為旅客提供順暢的上網(wǎng)娛樂體驗(yàn)等全新商業(yè)模式。相應(yīng)的，對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)在高速移動(dòng)場(chǎng)景下的連接可靠性、易用性、大帶寬、抗干擾、融合架構(gòu)和開放運(yùn)營(yíng)平臺(tái)等提出了更高要求，需要網(wǎng)絡(luò)能更敏捷地應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)變化。

◆Wi-Fi創(chuàng)新技術(shù)保證核心業(yè)務(wù)安全運(yùn)行

CBTC (Communication Based Train Control System) 是基于網(wǎng)絡(luò)通信的的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，是整個(gè)地鐵運(yùn)營(yíng)最關(guān)鍵的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)之一。按照CBTC系統(tǒng)的基本要求，承載該業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)必須能夠滿足極高的可靠性要求，出現(xiàn)端口、鏈路、設(shè)備等任何故障的情況下，均需要滿足50ms以內(nèi)的業(yè)務(wù)倒換。

鑒于這個(gè)嚴(yán)格的業(yè)務(wù)保護(hù)倒換要求，大多數(shù)的CBTC在車站之間均直接承載于傳送網(wǎng)絡(luò)之上，利用光纖鏈路的快速保護(hù)保障這一業(yè)務(wù)?，F(xiàn)在，隨著IP網(wǎng)絡(luò)可靠性技術(shù)的不斷發(fā)展和提升，保護(hù)倒換的時(shí)延已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了50ms以內(nèi)的快速切換，達(dá)到與傳送網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)?shù)母咂焚|(zhì)業(yè)務(wù)保障要求。在荷蘭阿姆斯特丹地鐵的CBTC系統(tǒng)中，使用的ERPS(以太網(wǎng)多環(huán)保護(hù)技術(shù)，ITU-TG.8032)就已經(jīng)通過嚴(yán)格的測(cè)試并實(shí)現(xiàn)了以太環(huán)網(wǎng)的保護(hù)的部署，穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)了CBTC、CCTV、PIS等綜合業(yè)務(wù)的承載。相信這種方式也會(huì)是CBTC系統(tǒng)的承載一個(gè)發(fā)展方向。

除了在站站之間的通信高可靠之外，對(duì)于CBTC的車地通信也是一個(gè)不可或缺的部分?，F(xiàn)有的CBTC車地承載大多數(shù)采用GSM-R或LTE方式，主要的原因是相應(yīng)的頻段屬于民用通信的特殊頻段，干擾較少，而且經(jīng)過了對(duì)高速移動(dòng)場(chǎng)景下的適配，經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，相對(duì)穩(wěn)定，但其由于其占用的頻段能夠提供的帶寬較小，建設(shè)成本也過高，很多地鐵設(shè)計(jì)和建設(shè)者都在嘗試尋找一種均衡的解決方案。現(xiàn)在，少量新建地鐵中開始有使用支持大帶寬的WIFI對(duì)CBTC等業(yè)務(wù)進(jìn)行承載的嘗試。不過由于WIFI使用的是完全免費(fèi)的兩個(gè)頻段(2.4G和5.8G)，因此市面上有較多的射頻發(fā)送裝置(包括了方便隨身攜帶的3G/4G無(wú)線路由器)，并且越來越多的家庭內(nèi)開始安裝無(wú)線AP設(shè)備接入家庭終端，且距離地鐵高架沿線很近(不超過30米)，這兩個(gè)主要因素給地鐵的車地WIFI通信帶來了不小的影響，深圳的地鐵就曾經(jīng)因?yàn)閃IFI的頻段被影響導(dǎo)致列車停止的情況。

但這并非說WIFI技術(shù)就因此失去CBTC。基于WIFI的車地承載技術(shù)還不斷的在改進(jìn)，合理的WIFI頻段檢測(cè)和規(guī)避技術(shù)將有助于改善這一點(diǎn)。車地AP間優(yōu)先選用5.8G頻段，并嘗試進(jìn)行對(duì)干擾源進(jìn)行定位并進(jìn)行針對(duì)性的壓制，必要時(shí)還能夠主動(dòng)避讓頻段。當(dāng)然，最根本的低成本方式，就是能夠使用獨(dú)立的頻段(如5.9G)進(jìn)行CBTC等生產(chǎn)業(yè)務(wù)的承載，避免與民用頻段的沖突和影響，目前，中國(guó)地鐵通信的研究者正在進(jìn)行相關(guān)頻段的申請(qǐng)工作。

◆有線無(wú)線一體化部署助力PIS承載網(wǎng)

PIS (Passenger Information System) 乘客信息系統(tǒng)，是地鐵中以播放終端為媒介向乘客提供各類資訊信息的服務(wù)系統(tǒng)，是乘客與地鐵運(yùn)行之間的紐帶，一般分為車站和車載兩種方式。車站的PIS系統(tǒng)業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要以有線網(wǎng)絡(luò)的連接為主，輔以WIFI方式覆蓋無(wú)法布線的角落，采用有線無(wú)線一體化的部署模式進(jìn)行建設(shè)即可。但車載的PIS系統(tǒng)就有著截然不同的承載要求了。

現(xiàn)有的車載PIS系統(tǒng)中車地通信的承載方式主要使用 WIFI，3G/LTE，UHF三種方式。

目前業(yè)界城市軌道交通的PIS系統(tǒng)的較少采用3G/LTE模式和UHF模式

當(dāng)3G/LTE承載PIS的時(shí)候，雖然可以很好的避免無(wú)線信號(hào)的干擾，但提供的的帶寬偏小(理論值100Mbps)?，F(xiàn)有的PIS系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)大多數(shù)以視頻和廣播播放為主，但PIS在逐漸整合綜合監(jiān)控等新業(yè)務(wù)，帶寬需求越來越大，3G/LTE的承載帶寬相比之下捉襟見肘，特別是近幾年來隨著各種反恐的安全形勢(shì)的要求，實(shí)時(shí)的多路高清視頻監(jiān)控回傳(單路高清帶寬需求約10Mbps)成為了越來越多地鐵客戶的需求，進(jìn)一步加深了這一瓶頸的影響。當(dāng)然，CBTC系統(tǒng)建設(shè)中較多的使用了3G/LTE制式，為了確保生產(chǎn)調(diào)度的安全，也應(yīng)盡量避免使用該模式。

對(duì)于極少使用的UHF(例如上海使用的722MHz廣播電視頻段)方式，需要和廣播電視運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行深入的合作，重點(diǎn)需要考慮將無(wú)線的廣播電視信號(hào)引入地下，在車載媒體服務(wù)器進(jìn)行信息重組后顯示，而對(duì)于PIS無(wú)線傳輸中的干擾等基本可以忽略。不過PIS推送的內(nèi)容和服務(wù)信息都掌握在廣播電視公司，這是制約這種方式發(fā)展的一個(gè)主要原因。同時(shí)，由于使用UHF方式承載的PIS網(wǎng)絡(luò)是廣播推送的模式，也將無(wú)法滿足視頻監(jiān)控等回傳業(yè)務(wù)的需求。

作為最普遍的車載PIS業(yè)務(wù)承載方式，WIFI有著自己的良好優(yōu)勢(shì)，例如足夠的帶寬、易部署、易擴(kuò)展，較低成本等，由于其出現(xiàn)偶爾的終端或者影響，不會(huì)導(dǎo)致列車的調(diào)度和指揮事故，其網(wǎng)絡(luò)承載的需求一般以視頻業(yè)務(wù)為***要求參考，即200ms的保護(hù)倒換時(shí)延，一般的以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)基本上已經(jīng)滿足了這樣的需求。但是由于WIFI需要車以及隨軌旁部署AP，因此相應(yīng)的工業(yè)級(jí)要求是最為重要的。

地鐵的建設(shè)無(wú)論是隧道還是高架方式，軌旁和車載的設(shè)備對(duì)于溫度、濕度、震動(dòng)、雷擊的影響都是無(wú)法完全避免的。根據(jù)復(fù)雜的環(huán)境要求，我們發(fā)現(xiàn)車載/軌旁的設(shè)備都必須滿足IP67標(biāo)準(zhǔn)的要求。在這個(gè)防護(hù)安全級(jí)別的要求下，不僅塵埃無(wú)法進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，甚至短時(shí)浸泡在1米深的水里也不會(huì)造成有害影響。

同時(shí)，地鐵部署AP還有一個(gè)不可忽略的影響就是風(fēng)阻。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)分析，因?yàn)榱熊嚨目焖僖苿?dòng)，隧道旁的瞬時(shí)風(fēng)速***可達(dá)15米/秒(合7~8級(jí))，列車頻繁的駛過，安裝在軌旁的AP及天線承受著時(shí)大時(shí)小的陣風(fēng)，不僅需要有強(qiáng)大的固定支架，更需要能夠在不降低天線輻射面的同時(shí)，有效降低天線對(duì)于風(fēng)阻的有效橫截面積。在民用2G/3G/4G/LTE等領(lǐng)域廣泛使用的八木天線就是這樣的一種專利技術(shù)，適用于山口、空曠、隧道等特殊大風(fēng)阻情況，引入到地鐵的隧道中作為軌旁AP的專用天線，可以有效延長(zhǎng)天線使用壽命，減少維護(hù)成本。

在選擇了WIFI作為車地互聯(lián)技術(shù)的情況下，車地AP之間連接的快速切換是保證業(yè)務(wù)連續(xù)性的另一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。按照正常施工部署，在軌旁隧道或者豎桿上每100米~150米安裝一臺(tái)AP，當(dāng)?shù)罔F在80km/h的行駛狀態(tài)下，每列車將在7秒左右的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行一次車地通信的切換。在固定或低速移動(dòng)的WIFI覆蓋的方案中，如出現(xiàn)如此頻度的切換，大多數(shù)業(yè)務(wù)都會(huì)面臨不可用的狀態(tài)。創(chuàng)新的快速切換車地連接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，采用列車頭尾的雙上行雙頻段連接，當(dāng)車尾處AP連接的信號(hào)衰減到一定程度后，會(huì)判定另一側(cè)車頭的信號(hào)強(qiáng)度是否已經(jīng)就緒并且信號(hào)穩(wěn)定，然后將數(shù)據(jù)流整體切換到車頭AP的連接上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，成為快速移動(dòng)情況下WIFI的最可靠連接。