地铁乘客信息系统车地无线通信网络方案分析

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2016.22.092

摘 要：该文介绍了地铁乘客信息系统车地无线通信网络的建设现状及主要方案，提出了车地无线通信网络的需求分析，根据地铁工程建设的特点，对WLAN方案、WiMAX方案及LTE方案三种无线通信网络方案的优缺点进行了对比分析，并最终提出了地铁乘客信息系统车地无线通信网络的组网方案建议。

关键词：地铁 乘客信息系统 车地无线通信网络 WLAN LTE

中图分类号：TN873 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（a）-0092-03

The Analysis of Vehicle-to-ground Wireless Communication Network for Metro Passenger Information System

Guo Jian

（The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin，300251，China）

Abstract：Introduce present situation and main plans of Vehicle-to-ground wireless communication network in Passenger information system of metro， propose the demand analysis of Vehicle-to-ground wireless communication network， analysis three difference of the plans which is WLAN plan， WiMAX plan and LTE plan according to the characteristic of metro project， and bring proposals for the networking of Vehicle-to-ground wireless communication network.

Key Words：Metro；Passenger information system；Vehicle-to-ground wireless communication network；WLAN；LTE

地铁乘客信息系统（PIS系统）是利用多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站及车载显示终端为媒介，向乘客提供信息服务显示的系统。乘客信息系统不但向乘客播放地铁列车到达时间预告、换乘信息及时间等和乘车相关的信息，还可以播放重要的新闻及天气预报、广告等视频资讯信息，并在灾害情况下作为紧急疏散的辅助手段，是地铁用来实现以人为本，提高地铁服务质量，加快各种重要信息传递的重要系统，是提高地铁运营管理水平，扩大地铁对旅客服务范围的有效工具。

1 地铁乘客信息系统车地无线通信技术的建设现状

目前国内建设的地铁项目中，乘客信息系统均设置车地无线通信网络。在早期的项目建设中，车地无线通信网络主要采用WLAN（802.11无线局域网）技术。随着无线技术的发展，近期建设的地铁项目越来越多采用LTE技术组建车地无线通信网络。

2 地铁乘客信息系统车地无线通信技术的需求分析

随着国内地铁快速的建设发展，乘客信息系统在地铁的日常运营中扮演着越来越重要的角色。乘客信息系统不仅在车站及车厢内广告、紧急通知等信息，还须将车厢内的视频监视图像信息及车辆段状态信息上传至地铁控制中心。因此，乘客信息系统车地无线通信网络的稳定性及实时性是十分必要的。

地铁乘客信息系统车地无线通信网络承载的主要业务有车载PIS数据下发（下行）、车载视频监控图像回传（上行）以及车辆状态信息上传（上行）。

（1）车载PIS数据下发（下行）：乘客信息系统需将控制中心下发的播放节目通过车地无线通信网络传输到列车，并在车厢的乘客信息显示屏上实时显示。从控制中心乘客信息系统设备通过车地无线通信网络传给车载PIS系统的实时视频信息应为1路高清信号，带宽需求为8 Mb/s。

（2）车载视频监控图像回传（上行）：车载视频监控图像回传是车地无线通信网络最大的上行传输业务需求，用于实现控制中心对移动的列车车厢内状况的实时安全监控。列车视频监控系统上传到控制中心车辆地面服务器的实时视频按同时传2路考虑，每路视频占用2 Mb/s的带宽，总计4 Mb/s的上行带宽需求。

（3）车辆状态信息上传（上行）：各在线运营列车向控制中心车辆地面服务器实时上传车辆状态信息，车辆状态信息上行带宽需求为1路200 kb/s。

由表1可以看出，乘客信息系统车地无线通信网络带宽需求为上行4.2 Mb/s，下行为8 Mb/s。

3 地铁乘客信息系统车地无线通信主要技术对比

在无线通信技术中，可满足乘客信息系统车地无线通信网络带宽需求的主要技术有WLAN技术、LTE技术及WIMAX技术。车地无线通信网络主要技术对比见表2。

3.1 WLAN技术

WLAN方式是基于802.11标准，工作频段在2.4 G/5.8 GHz的无线宽带技术。802.11系列标准发展至今，经过不断完善，技术已经成熟。802.11g能够兼容802.11a/b产品，最大传输速度54 Mbps，且安全性较高。802.11n是2009年批准的标准，传输速度理论值为600 M，且传送距离更远。802.11ac是Wi-Fi联盟在802.11a/b/g/n之后制定的一个无线传输标准协议，以实现高带宽、高质量的WLAN 服务，使无线局域网达到以太网的性能水平。

802.11ac采用MIMO（多入多出）与OFDM（正交频分复用）等技术，其物理带宽867 Mbps，实测静止带宽500 Mbps以上。

WLAN技术主要为静止或慢速移动状态下通信应用开发，对高速移动通信支持较差，漫游功能尚不完善。针对标准无线局域网设备存在的这些问题，为满足地铁列车高速移动情况下的实时通信需求，工程实施中可采用基于802.11标准的设备进行二次开发应用。

3.2 LTE技术

LTE是英文Long Term Evolution的缩写。LTE也被通俗地称为3.9 G，具有100 Mbps的数据下载能力，被视作从3 G向4 G演进的主流技术。

在传输速率方面，LTE技术采用了MIMO，自适应调制编码（Auto Modulationand Coding，AMC）及混合自动重传（Hybrid ARQ，HARQ）等技术，在20 MHz频谱带宽能够提供下行100 Mbps、上行50 Mbps的峰值速率。通过MBMS（多媒体广播和组播业务）技术在小区边界可提供20 Mb/s的数据速率。

在频谱效率方面，LTE频谱效率可以达到1.5，这意味着系统使用10 MHz频宽时，用户数据传输速率可以达到15 Mb/s。

在网络时延方面，因为LTE技术把所有的业务都放在IP基础上，系统在无链接的IP协议上提供移动业务支持，所以能够实现系统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。

目前LTE技术已在电信运营商大规模商用。在郑州地铁，LTE技术作为乘客信息系统车地无线通信网络已开通运营。

3.3 WiMAX技术

WiMAX以IEEE802.16标准为基础，为固定用户及移动用户提供高带宽的网络接入。WiMAX技术可实现最大峰值传输速度70 Mbps，覆盖范围达50 km，抗干扰能力强。

802.16m已通过了IEEE认证，采用802.16标准的设备具有传输速率快、覆盖范围广、抗干扰能力强、安全性高等特点，可满足高速移动用户的网络接入需求。但在国内尚无应用实例，仅在广州地铁进行过实验，且相关成熟产品较少。

4 车地无线通信网络技术的选择

从以上主要技术分析对比来看，WiMAX技术未通过中国通信标准委员会审定，也无频率分配，技术发展缓慢，在国内尚无应用实例，且相关成熟产品较少，不建议地铁采用此方案组建车地无线通信网络。

WLAN技术应用于静止或慢速移动状态用户的网络接入，对高速移动用户支持较差。但通过对系统的二次开发，可实现视频信息的流畅传输，可满足地铁对车地无线通信网络的要求。WLAN技术在全国已开通的地铁线路中有大量应用案例。在频率使用方面，2.4 G频段为开放频段，易与其他系统及民用设备产生干扰；5.8 G为专用频段，在使用之前需向当地无线电管理部门提出频率申请。

LTE技术适用于高速移动用户的网络接入，技术成熟，在郑州地铁的PIS系统中已有开通运营案例，且在全国正在建设的地铁线路中有多条线路正在建设采用LTE技术的乘客信息系统车地无线通信网络。地铁车地无线通信网络LTE设备采用1 785～1 805 MHz频段，在使用之前需向当地无线电管理部门提出频率申请。

综上所述，由于LTE技术更加适应高速移动用户的网络接入，能更好地应用于地铁的运营环境，且具有系统安全性高、覆盖范围广、网络延时小、带宽高等优点，因此建议地铁车地无线通信网络采用LTE技术组网，LTE车地无线网络构成图见图1。

5 结语

由于乘客信息系统车地无线通信网络在地铁的运营中发挥着越来越重要的作用，因此对车地无线通信网络无线技术的选择是十分必要的。该文对现有主流无线通信技术在地铁乘客信息系统车地无线通信网络中的应用进行了对比分析，为今后地铁乘客信息系统的设计提供参考。

参考文献

[1] 李佳t，黄纯P.地铁PIS系统车地无线技术的探讨[J].铁道工程学报，2009（4）：104-107.

[2] 胡映.地铁车地无线通信技术比较[J].通信与信息技术，2009

（4）：78-79.

[3] 王岩，陈序.地铁行业车地无线（TD-LTE）技术应用[J].河南科技，2014（21）：38-40.