地铁CBTC无线通信技术分析
（原标题：干货！地铁CBTC系统——无线通信技术浅析）
上次说到，目前从宽带技术的角度出发，GSM-R、WLAN、漏泄同轴电缆、裂缝波导管、WiMax等技术都可以提供CBTC系统中相应的无线数据传输服务，但是都各有优劣。具体如下：
1 基于GSM-R技术
GSM-R是在公网GSM技术基础上融合了调度通信功能的专门用于铁路无线通信的数字集通信系统，是专为铁路系统开发的数字式的无线通信系统。其主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。GSM-R目前在全世界的铁路系统中都有非常广泛的成熟的应用，在我国已经作为铁路系统的首选，包括300KM以上的高铁。我国使用的频段为上行885-889MHz，下行930-934MHz，为铁道系统和中国移动公用，但在铁路2-6公里范围内为铁路系统专属频段。
基于GSM-R目前的技术，最大理论速率是115kbps，可以支持大于500km/h的漫游切换，且安全性高，整个产业链也很成熟。但如果应用于地铁系统，它仅能提供CBTC现在的功能需求，无法满足统一车地无线通信的业务需求，即使不考虑以后的扩展性，也要基于现在的CDMA1X及GPRS二种技术进行功能改造，以支持多信道捆绑以达到带宽要求，另外在我国频段的申请问题也是其没能在城市轨道交通中使用的主要原因。深圳地铁二号线在设计初期曾考虑采用此技术，但因为GSM-R应用于行车间隔短，车流密度大的城市轨道交通的实例和经验较少，需要做大量的实验和验证工作，考虑到工期等因素，最终放弃此技术。
2 基于无线电台的WLAN技术
采用无线电台实现WLAN技术，体积较小, 安装比较灵活, 受其他因素影响小，使用开放的IEEE802.11标准，广泛采用2.4G的ISM频段。可根据现场条件和无线场强覆盖需要进行设计和安装, 且安装和维护容易，但无线电台在隧道内传输受弯道和坡道影响较大，同时隧道内的反射比较严重，需要考虑多径干扰等问题。无线电台的传输距离小, 为了保证在一个无线接入点( AP, AccessPoint ) 故障时, 通信不中断，提供通信的可靠性, 以及考虑到高速下的无缝切换，往往需要在同一个地点设置双网覆盖,这要求进一步缩短AP 布置间距。大量的高密度的AP点的部署，导致了列车在各个AP 之间的漫游和切换特别频繁, 大大降低了无线传输的连续性和可靠性. 同时相应的电缆使用量很大。
3 基于漏泄同轴电缆技术
泄漏同轴电缆LCX( Leaky Coaxial Cable) 是在同轴电缆外导体上开有一定形状和间距的糟，使电磁场的能量集中在同轴电缆的内外导线之间，部分能量可以从同轴电缆中的槽孔泄漏到空间中, 并和附近的移动电台天线耦合构成无线通道。同轴电缆外导体上开的槽可以有许多形状，各种形状在传输损耗和耦合损耗方面各不相同。使用泄漏同轴电缆的通信方式是比较简明的，两条LCX 交叉环线分别负责上行及下行的车辆通信，车上天线和LCX 之间的距离很近，LCX 还连接着基地台，通过泄漏同轴，各种安全调度信息和语音信息可以在地面和车辆之间双向传递。由于电磁波在同轴电缆交叉环线内传播，场分布稳定, 辐射性能可以由槽的形状位置控制、传输速率高、节省频率资源、受环境影响很小，因而对地形的适应性强，在数字化、大容量的移动车辆通信方面有独特的优势。
泄漏同轴电缆上的开槽有着严格的尺寸要求,而且它的收发、中继设备比较复杂，用它来组成通信无线传输媒介采用的是基于2. 4 GHz 的ISM频带漏泄同轴电缆，漏缆的传输特性和衰减性能较好，传输距离较远，最大传输距离达到600 m，且沿线无线场强覆盖均匀，呈现良好的方向性分布，抗干扰能力较强，适合于狭长的地下隧道内使用，减少列车在各个AP 之间的漫游和切换，提高了无线传输的连续性和可靠性。另外，漏泄同轴电缆的安装要求不是很高，可以根据现场条件安装隧道侧墙( 仅适用于全地下线路)，或隧道顶部（仅适用于全地下线路，且三轨供电）。漏泄信道，初期投入很高，这是它的不足之处。同轴电缆对于地面和高架线路安装比较困难，且美观效果较差。因漏泄同轴电缆的安装位置较高，不会影响一般轨旁维护工作，其自身安装调试完成后维护工作量很小。并且漏缆分布系统对解决GSM-R 系统在隧道等弱场强区段的覆盖是一种非常重要的手段。
4 基于裂缝波导管技术
裂缝波导管采用的是一种长方形铝合金材料,在其表面每隔一段距离( 约6 cm) 刻有一条2 mm宽3 cm 长裂缝，能够让无线电波从此裂缝中漏泄出来，因其波导管物理特性和衰减性能很好，传输距离较远，理论最大传输距离可达到1600 m, 且沿线无线场强覆盖均匀，呈现良好的方向性分布，抗干扰能力较强。其具有漏泄同轴电缆的优点，适合于狭长的地下隧道内使用，且传输距离要优于漏泄同轴电缆，减少列车在各个AP 之间的漫游和切换，大大提高了无线传输的连续性和可靠性。目前采用裂缝波导管进行无线传输的信号系统供货商只有法国阿尔斯通公司, 其已经在2002 年开通的新加坡东北线中得到成功应用。
裂缝波导管的安装要求较高，安装位置受到现场制约，其与列车车载天线的安装位置要求对应，故其安装精度要求也比较高，裂缝波导管可以根据现场条件安装在隧道底部钢轨旁（适用于地下、地面、高架或混合线路均可），或隧道侧墙（仅适用于全地下线路），或隧道顶部（仅适用于全地下线路，且三轨供电）。另外，对于波导管内部和表面的维护量较大，要防止沙尘侵入和污物覆盖等。
5 基于TETRA的多基站+直放站+中继器制+漏泄光缆技术
TETRA数字集群系统除了包括一些控制中心设备、调度台设备外，本身还有一整套无线覆盖设备，包括集群基站、光纤直放站、终端设备、电缆及其附件和天线等，可以完成CBTC系统所需要的无线数据通信，其无线通信系统的组成决定了其本质是WLAN和漏泄光缆的结合式组网，目前这种结合式组网在在基于TETRA数字集群系统中有广泛的，成熟的应用。国内外大部分地铁采用此种方案。TETRA无线覆盖系统分为多基站小区制、多基站中区制（光纤直放站）和多基站（射频直放站）三种，多基站中区制由于其容量、可靠性、可维护性及传输时延上的缺陷已经无法适应现代地铁的发展需求，所以目前新建的地铁系统主要采用多基站小区制覆盖方案，该无线覆盖方案通过在控制中心设置集群交换机和调度台，在地铁沿线各基站、车辆段设置集群基站，在车辆段设车辆段调度台。交换控制设备与基站之间通过有线传输通道连接，地铁沿线架设中继器和漏泄同轴电缆实现车站站台及隧道内的场强覆盖；各地下站站厅用小天线覆盖。各基站均采用2载频基站共8个信道。
6 基于WiMax技术
WiMax的全名是微波存取全球互操作，是建立在IEEE802.16无线城域网标准基础上的无线数字通信技术，支持点对点或点对多点的网络结构，全球使用的频段集中在2.5G和3.5G，部分设备上也支持免申请的频段。理论上能提供70Mkbps的速率，目前主要使用的标准是IEEE802.16e，WiMax架构相对比较复杂，且目前存在很多问题。
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· 协议不完善，尤其是核心网方面的标准仍在制定和完善中。
· 目前基于IEEE802.16e标准下的WiMax无法支持高速移动下的切换问题，目前主要应用还是游牧式的。
· 技术开展缓慢，诸多特性发展停止不前。
· 抗干扰能力一般。
· 语音只能采用VOIP实现，且目前没有大量应用。
· 主流运营商、通信设备厂商及芯片商不支持，虽然已经发展多年，但整个产业链不成熟，相关的配套产品匮乏。
· 目前尚未通过中国通信标准委员会审定，政府也没有对齐进行频率分配，在全球也没有固定的频段。
· 在全球列车控制信号系统中没有应用的经验。
WiMax作为一种从固网发展起来的无线宽带技术，从一开始就未能得到全球主流运营商的关注，包括频谱一直没有统一。而且主流芯片厂商和全球的各大运营商支持力度也不够，再加上与LTE主要关键技术重合（全球大的运营商和设备商主要关注LTE），这些都导致WiMax没有大规模商用，整个产业链也始终不成熟。再结合本身协议和技术上的缺陷，使得选择WiMax技术进行类车信号控制信存在很大风险。因此WiMax最好应用在提供宽带的上网或者视频业务（可以使用在列车上的PIS系统中），不适合应用在地铁控制系统中。（注：本文内容转载至网络）
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