LTE、TETRA、WLAN在轨交通信领域的发展趋势

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导读

近些年来， 在信息通信领域中， 发展最快、 应用最广的就是无线通信技术。 在轨道交通行业亦如此。

目前， 国内地铁行业最热门的无线通信技术主要是 LTE、 TETRA、 WLAN。 其中 LTE 是三者中在轨道交通领域最新出现的技术， 也是当前大家最关注的热点； TETRA 在轨道交通专用无线通信领域应用非常成熟、 普遍， 但在TETRA 国产化、不同厂家产品之间互联互通两方面仍是大家当前关注、 研究的热点； WLAN 在轨道交通领域的应用也非常成熟、 广泛， 但目仍在积极拓展新的应用领域 ( 比如公共 WiFi 的接入服务） 和更好的应用效果 ( 比如标准的演进， 可以提供更大带宽； 各种技术改进或创新 )。

LTE、TETRA、WLAN 是当前地铁公司在工程前期最优先考虑的三种无线通信技术。那么，当前的地铁业主如何看待并选用这三项技术？近期，本刊记者对诸多地铁业主及协会专家进行了采访。

在工程前期对设备选型的时候， 各大地铁集团一般都会综合考虑， 再确定如 何 灵 活 选 用 LTE、 TETRA、 WLAN等无线通信技术。 以广州地铁为例， 目前广州地铁已经建设了两张成规模的网络， 也培养出完善的自主维修人员队伍。因此在设备选型时主要从运营安全、系统成熟度、 售后服务、 开通业绩、 维修成本等角度综合出发。“ 一方面要有成熟开通业绩， 避免工程失败风险， 另一方面考虑网络互联互通及备件的互通性、 维修的延续性， 另外更重要的是要考虑招标的公开公平公正性， 避免排他性设置。” 广州地铁相关负责人如此表示。 深圳地铁相关负责人也表示，“ 新投标的产品至少要满足能和既有线路实现互联互通”， 他们更倾向于选择国产化设备。

LTE：“带宽”是最大优势

正致力实现互联互通LTE 已经成为下一代移动通信的主流演进方向， 它也是今年轨道交通行业关注的一个热点， 很多新开线路都打算直接采用 LTE 技术， 也非常关注 LTE 在轨道交通行业应用的进展。

据 TD 产业联盟秘书长杨骅介绍，目前很多地铁都已采用了 LTE， 均应用在了 PIS 系统中， 有些地铁还同时承载了调度系统或列控系统。 比如郑州地铁1 号线是全国第一条应用 LTE 技术的地铁线路， 在 2013 年 12 月 28 日已开通运营， 石家庄、 天津、 长春、 沈阳、 深圳等地地铁都采用 LTE承载 PIS系统 （ 已在实施）， 郑州、 杭州、 温州、 重庆、乌鲁木齐、 北京、 哈尔滨也在建 LTE。广州地铁明确后续线路专用无线系统均采用 TD-LTE 技术建设， 主要承载无线语音业务、 多媒体视频调度业务、 列车视频监控系统、 列车告警系统上传、CBTC 等业务。

“ LTE 独特优势使它非常适合轨道交通的列控系统， 比如高可靠性、 高移动性、 完善的安全保障机制、 可实现大量数据上传等。” 杨骅介绍， LTE 可适应最高时速 500 公里， 完全可以保证地铁列控系统的技术要求。 目前重庆地铁正在做 LTE 承载 CBTC 的测试。

另 外， LTE 最 大 的 优 势 是 带 宽，CCTV 监 控 系 统、 门 禁 系 统、 BAS 系统、 FAS 系统等很多数据都可以在同一张 LTE 网上承载， 从而避免重复建设，实现规模化、 低成本建设。

当 然， 如 果 要 采 用 LTE， 就 面 临频点申请的问题。 虽然国家已经指定1785 ～ 1805Mhz 频段可用于城市轨道交通行业专用通信， 但此频段并非轨道交通专用频段， 电力、 石油等行业专用通信网和公众通信网同样可以使用。 因此地铁如需使用 LTE 方案， 可能会面临申请不到频点， 或跟其他行业的申请产生冲突。 比如徐州地铁非常倾向于采用 LTE， 但目前频点还没有申请下来，成为选用 LTE 的一个障碍。 长春只申请到 10M 频带。 广州地铁申请到的频率资源范围为： 地面 8MHz（ 规避广东省南方电网申请的 5M 频点）， 地下区间 13MHz。“ LTE 支持多种带宽分配：1.4MHz， 3MHz， 5MHz， 10MHz，15MHz 和 20MHz 等， 各地铁公司可以根据申请到的情况灵活应用。” 杨骅介绍道。

继 2014 年 11 月 WP5A 会议上，中国代表团成功推动各国政府和机构支持基于 TD-LTE 技术的无线宽带集群通信标准， B-TrunC 标准成为 ITU 国际标准。 在政府及 TD 产业联盟等多方面支持下， 我国已成立了 B-TrunC 产业联盟。 目前该联盟在积极组织、 推动不同厂家 B-TrunC产品的互联互通测试。

B-TrunC 标准的完成， 代表基于 TDLTE 技术的宽带集群通信技术框架和具体技术方案基本完成， 但各个厂家对于协议、 技术标准的理解可能会有差异。“ 我们当前做的工作， 可以保证各个厂家对标准的理解保持一致， 从而保障互联互通， 增加客户招标时的选择性， 通过竞争进一步降低客户采购成本。” 杨骅解释道。

TETRA：“国产化”是热点期

待更好互联互通TETRA 系统主要用于承担地铁运行过程中的列车调度、 信号传输等要害信息传输任务， 是地铁专用通信系统的重要组成部分。在各个地铁的实际应用中，TETRA在各方面的功能比较完善、 稳定，深受业主好评。就我们此次了解的情况，目前国内已开通线路的专用无线通信系统基本都是采用 TETRA， 一部分新建招标的线路也仍然会继续采用 TETRA。

一直以来 TETRA 的国产化率都是相对比较低的， 但近两年来情况发生了一些变化， 国内不少厂家开始提供国产化的 TETRA 系统， 比如中国电科 54所、东方通信、 海能达等， 而且他们的产品也具有性价比更合理、 服务更快速、 能以更开放的姿态推进互联互通等诸多优势， 并已有一些实际应用， 比如 54 所的设备已在开通的北京地铁 7 号线投入使用， 郑州地铁、 温州地铁、 乌鲁木齐地铁等应用国产 TETRA 的线路也在建设中。

长春地铁对国产化 TETRA 的热情比较高， 相关负责人表示，“ 国产化TETRA 的价钱可以便宜三分之一至三分之二。 在未来两三年内， 将有两三条采用国产化 TETRA 的线路开通，TETRA国产化的趋势会更加明显。” 另外， 进口 TETRA 升级换代比较快， 旧版本设备的维修、 更换都受到约束， 这也是不少地铁业主对进口 TETRA 感到困扰。目前， 很多国内地铁已经采用国产化的TETRA 系统， 比如长沙地铁、 厦门地铁、深圳地铁三期等。

但在有些城市地铁业主的印象里，目前做 TETRA 国产化的供应商主要是做二次开发， 有些厂家已经开始做自己的基站、 交换机等设备。 也因此， 他们还是更倾向于选择摩托罗拉、 空客等国外供应商， 认为他们的产品更稳定、可靠。 沈阳地铁代表在采访中就表示，“ 我们更注重技术。 一旦在技术选型选定 TETRA， 还是会优先考虑选用进口产品”。

当然， TETRA 也存在一些问题。 首先， 由于提供 TETRA 系统的厂家不同，众多地铁业主会面临一个 TETRA 系统互联互通的问题。“ 比如空客与摩托罗拉两家的核心交换机要实现简单的语音互联十分困难， 且没有推进的动力。”有业主这样反映。 目前已有厂家着手在做不同厂家之间产品之间的互联互通，但这个项目目前还在进行中， 相关信息还不便透露。

其次， TETRA 带宽不足。 目前轨道交通智能化要求越来越高， 所需要实现的空口业务越来越多， TETRA 带宽显得很不足， 难以满足轨道交通后续发展需求。

第三， TERTA 市场竞争性不足。 核心设备无法互联不兼容， 基站及交换机版本软件无法平滑升级， 各类接口差异性大， 导致外围配套厂家接口也无法统一，同一二次开发厂家在不同线路设备、接口差异性极大，设备差异大，导致研发、生产成本高， 这些配套厂家发展后劲不足， 对后续运营支撑不足。

WLAN： 技术相对成熟 亟待解决现存问题

WLAN 是目前轨道交通应用的主要的无线通信技术之一， 目前技术已经相当成熟， 可以应用于车地通信、 PIS、CBTC、 地铁商业 WIFI 等各个业务系统， 在各个地铁线路上应用普遍。 比如广州地铁应用 WIFI 技术的主要系统有 CBTC、 PIDS、 乘客车载 WIFI 等。主 要 频 点 是 2.4G， 采 用 802.11n，802.11g， 后续新线建设 PIDS 系统将采用 5.0G 802.11ac 技术。

但与此同时， 受限于技术本身的一些先天天特性， WLAN 系统还存在一些比较普遍的问题， 这点很多业主单位都有所反映。 比如 WLAN 同时应用于车地通信、 PIS、 CBTC、 地铁商业 WIFI 等各个业务系统时， 会存在相互干扰的问题； 系统安全问题； WLAN 应用于 PIS等系统时， 会存在在高速移动时视频切换时间比较长、 卡片的现象。

首先， 目前已建的很多线路信号系统已经采用 WLAN， 在这种情况下， 如果其他系统也采用 WLAN， 那么频段之间就容易发生冲突和信号干扰。 而且WLAN 所用的 2.4G 为开放频段， 随着乘客的手机智能终端越来越多， 更增加了面临干扰的风险。 这个问题如何解决呢？“ 针对 WIFI抗干扰性能力差的问题，各个厂家都有自己的解决方案， 但没办法从根本上解决。” 徐州地铁相关负责人如此表示。

其次， 采用 WLAN 的视频在流畅性方面存在问题，尤其在列车高速运行时，实时直播效果不好， 切换时间比较长，经常会有卡片的现象。究其原因，一方面，WLAN 最初是一套民用标准， 其应用速度上限为 80 公里 / 小时， 因此当应用到对速度有要求的工业领域便存在着明显的不足； 另一方面， 由于 WLAN 抗干扰性弱， 所以其保护机制非常严格， 比如每 1M 的带宽， 就需要 0.5M 的带宽作为保护机制， 如果碰到信号干扰， 就相当于十字路口堵车， 需要一定时间来进行疏通。

再次， 有业主对 WLAN 的系统安全性存在质疑。“ 对列车运行不会带来太大干扰， 但如果有黑客利用车载 PIS 系统进行非法信息 （ 比如色情图片） 播放，后果会比较严重。 这种情况很难避免”。沈阳地铁相关负责人提出自己的看法。

当然， 随着类似 LTE 等无线通信技术的快速发展， WLAN 也在不断参考其技术上的特点和优势， 从各个方面不断完善自身的功能和应用。

可 以 看 出， LTE、 TETRA、 WLAN各具特点和优势， 在具体选用时需要业主综合考虑自身具体情况。 据了解， 目前在国内有些地方采用 LTE 承载 CBTC业务及部分宽带业务， TETRA 承载窄带语音调度业务， WLAN 承载 PIDS、WIFI 等资源经营业务。 这种方案主要是考虑到如下几点：

第一： 利用 LTE 承载 CBTC 业务，主要考虑信号系统的可靠性和抗干扰性，目前大铁采用LTE-R技术就是一个例子。郑州地铁开始利用 LTE 承载 PIDS 数据业务， 主要是利用了 LTE 技术强大的数据传输能力， 但信号系统并没有在 LTE上承载。 目前中国交通协会正在制定LTE-M 标准， 核心还是希望信号 CBTC能够在 LTE 上承载。

第二： TETRA 承载窄带语音业务。目前 TETRA 技术比较成熟稳定， 其语音传送能够满足轨道交通行业的业务需求。 由于轨道交通对高可靠性的要求，建设一套稳定的窄带语音调度系统是比较稳健的方式， 且随着近年来国产化的演进， 建设成本已经降低， 保留 TETRA也是比较明智的选择。

第三： 保留 WLAN 承载资源经营业务， 目前 LTE 与 WLAN 均是向 5G 技术方向演进， 802.11ac 试验项目已经能够提供 400M 以上传输带宽， 其高带宽应用的前景比较明朗。 同时， 也是保留向5G 演进的一个技术发展方案。