基于LTE的乘客信息系统车地无线通信方案研究

基于L TE的乘客信息系统车地无线通信方案研究摘要：本文对城市轨道交通乘客信息系统的车地无线通信方案及建设现状进行了分析，发现现有方案不能完全满足系统需要，而L TE 技术是一项更适合更先进的新技术，并探讨了L TE系统应用于车地无线通信的优点及实施方案。

关键词：城市轨道交通乘客信息系统车地无线通信L TE

乘客信息系统（PIS）是依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心，以车站显示终端和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统。乘客信息系统车-地无线通信网络是将地面乘客信息系统和车载乘客信息系统联系起来的纽带，车载乘客信息系统可以通过车-地无线通信网络实时接收地面乘客信息系统各种信息，在车载显示终端上播放；同时，车载乘客信息系统利用车-地无线通信网络，将车辆上的视频监控信息传输至线路控制中心，供运营及公安人员调看，提高了轨道交通的运营管理能力。乘客信息系统车地无线通信网络的建设将乘客信息系统的功能延展到列车车厢，使乘客在移动的列车上依然可以获取大量的实时信息，并能向列车上发布运营信息和紧急信息，提高了乘客的舒适度，提高了运营安全，提升了地铁的形象。

另一方面，线路控制中心可以实时调看正在线路上运营列车车厢内的视频监控图像，为线路控制中心人员处理突发事件，提供了直观、准确的现场资料，提升了地铁处置车厢内突发事件的能力。

1 PIS车地无线系统建设现状及未来需求

1.1 建设现状

目前国内已建及在建的PIS车地无线系统主要包括无线局域网（WLAN）、数字移动电视技术（DVB-T）两种方案。

1.1.1 无线局域网(WLAN ，Wireless Local Area Network)

地铁PIS系统中常见的车地无线方案是基于802.11g标准的无线局域网（WLAN）。WLAN作为有线局域网的延伸，遵循802.11a/b/g/n 等协议，可提供地面与列车通信的手段。WLAN是在目前技术水平及国内政策支持下，唯一可以实现列车与地面之间的双向高速通信的系统，既能够广播发送下行PIS信息，又能够将车厢内的视频监控信息上传到中心。但目前采用的WLAN方案具有很大的局限性：WLAN 网络在固定情况下能提供高达54Mbps的数据带宽，但在支持步速移动情况下提供11~13Mbps的数据带宽，仅能实现标清信号的传输，暂不能满足高清的要求；系统工作在ISM频段，干扰源多，且需在隧道内安装大量AP点，增大了维护工作量；AP功率受限，覆盖范围小，切换频繁，导致系统易丢包，造成视频画面停滞或马赛克。

1.1.2 数字移动电视技术（DVB-T）

数字移动电视以数字技术为支撑，通过无线数字信号发射、地面数字接收的方式进行电视节目传播。它最大的特点是传输带宽比较

宽，在处于移动状态、高速行驶的交通工具上，能保持电视信号的稳定接收和清晰播放。采用单频网技术，可以完成无缝切换，有较好的覆盖效果。同时，由于数字移动电视技术采用OFDM 调制系统，能很好的支持移动性。但DVB-T应用于PIS系统其最大的局限性是：只能单向广播发送下行信息，不能将车厢内的视频监控信息上传到中心。因此采用DVB-T进行车地无线通信的PIS系统多见于建设运营较早的线路。

1.2 系统需求分析

随着城市轨道交通建设的飞速发展，PIS系统扮演者越来越重要的角色。目前看来，PIS车地无线系统对上行传输实时录像监控信号，下行传输高质量的视频信号需求是相当迫切的。

地铁列车一般由6~8车厢组成，其中车头、车尾还有两个驾驶室，车辆监控方案中每节车厢放置2个摄像机，车头车尾各一个，全车共14~18个摄像机。为保障监控效果，每个摄像机的编码带宽至少为2Mbps，但考虑目前-地无线通信条件，建议车辆监控以同时上传两路图像为主（可轮巡或人工指定），其他摄像机监控数据车载设备本地存储。

PIS系统车地无线通信带宽需求如下：

下行带宽需求：由控制中心向列车下发送2路视频信息，D1（720x576）图像质量，带宽约8Mbps；

上行带宽需求：每列列车向控制中心至少上传2路车载CCTV 的视频信息，D1（720x576）图像质量，每路按2Mbps计算，带宽约为4Mbps；每列列车向控制中心上传所有车载CCTV的视频信息，以8辆编组，每节车厢2个摄像机计算，共计18路/车，以D1（720x576）图像质量上传，每路按2Mbps计算，带宽约为36Mbps。

就目前PIS系统应用的最先进的WLAN系统而言，在高速移动情况下11~13Mbps的带宽远远达不到系统需求，迫切需要采用新技术解决车地无线通信带宽及高移动性问题。L TE技术的不断发展与成熟为解决该问题提供了可靠的技术支持。

2 L TE技术

2.1 系统构成及特点

L TE（Long Term Evolution）以OFDM/FDMA为核心，可以被看作“准4G”技术。能够在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；支持100Km半径的小区覆盖；为350Km/h 高速移动用户提供>100kbps的接入服务；除了20MHz的最大带宽外，还能支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz等系统带宽，以及”成对”与“非成对”频段的部署，以保证将来在系统部署上的灵活性；系统延迟低，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的

迁移时间小于100ms；具有简单的网络架构和软件架构，以信道共用为基础，以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换，可通过系统设计和严格的Qos机制，保证实时业务的服务质量。

总之，L TE系统采用分组传送、延迟低、能够在高移动情况下实现无缝覆盖的高数据速率，较WLAN、DVB-T技术更能满足PIS系统双向视频传输的需求。三项技术特点及应用对比见下表：

序号比较内容WLAN数字移动电视L TE1可靠性好较好好2应用现状北京、广州多个工程实施南京地铁1号线无3实时性及移动性一般好很好4实用性基本满足用户需求满足用户部分需求满足用户需求5车→地视频图像传输能不能能6工程实施性轨旁需敷设光缆和AP可与通信无线子系统共用漏缆可与其它系统共用漏缆7可扩展性较好差好8可维护性好较好好9经济性较高低低2.2 关键技术L TE的关键技术主要有OFDM和MIMO。

2.2.1 正交频分复用技术（OFDM）