杨伟华、吴永旺、杜竞蜂
昆明地铁运营有限公司 云南省昆明市 650000
摘要：城市轨道交通无线通信系统，从模拟技术发展到数字技术，从窄带通信发展到宽带通信，从承载集群语音通信起步发展到如今承载CBTC、无线集群调度、PIS、CCTV及车辆状态信息等多种系统的业务，真正实现了跨越式的发展。无线通信系统作为基础网络设施，随着我国城市轨道交通的发展而发展，跟着世界无线通信技术的演进而演进，在城市轨道交通快速发展中发挥着不可或缺的作用。
关键词：城市轨道交通；无线通信技术；网络融合
在智慧轨道交通的新形势下，云计算、大数据、物联网、人工智能、5G( 第 5 代通信技术) 等新兴信息与通信技术的发展，对无线通信系统提出了更高的要求。与此同时，无线通信系统建设也面临着系统制式陈旧、互联互通困难、网络架构封闭、数据带宽不足等诸多挑战，不适应交通强国战略实施、新基建建设、智慧轨道推进、城市轨道交通行业高质量发展和乘客高品质服务的需求。
1存在的问题
通过统计分析发现，在宽带移动通信技术快速发展的今天，城市轨道交通无线通信网络建设仍趋于保守，其网络承载业务单一，可扩展性弱，未考虑新技术、新业务的承载需求。主要体现在以下几个方面:
1.1窄带通信与宽带通信并存
经统计，在研究的109条地铁轻轨线路中，仅有21条线路采用了LTE宽带集群调度通信，其他线路仍采用TETRA窄带数字集群。
1.2LTE宽带无线通信频率利用率低，承载业务较少
经统计，在研究的109条地铁轻轨线路中，54条线路仅承载CBTC业务，16条线路仅承载PIS业务，仅39条线路实现了综合承载。70%以上的线路申请频率为10MHz及以下。除了综合承载之外，其他业务承载的主要覆盖范围为区间及站台，其频率资源未得到充分利用。
1.3网络带宽受限，采用多张网络满足车地无线通信需求
经统计，在研究的109条地铁轻轨线路中，仅11条线路实现了CBTC、PIS＆CCTV及集群调度的综合承载，其他线路大多在非授权频段另建了1张WLAN及LTE-U来承载PIS＆CCTV业务。如加上承载集群调度业务的TETＲA系统，则有超过60%的线路建设了3张专用无线通信网络。
2无线通信网络的融合
2.1宽窄带融合
语音集群调度通信不再采用单独建设的传统窄带制式，而采用宽带数字集群通信来承载。对于既有的窄带制式专网及站务窄带语音通信业务，如暂时无法过渡到宽带集群的现状，则采用宽窄带网络互连互通的方式，以实现宽窄带融合通信。
2.2专用频段与非专用频段融合
利用专用频段与非专用频段分别建立2张无线通信网。专用频段无线通信网承载行车安全类业务，非专用频段无线通信网承载行车安全类业务的备份及非安全类业务的大带宽数据业务。
2.35G网络融合
与运营商合作，共建共享5G网络。尽量采用专用频率搭建的5G网络来承载行车安全类业务，利用共建共享及网络切片在公共通信网来承载非安全类业务。
3融合方案的应用
3.1宽窄带异系统网关设备互联互通融合方案
窄带集群调度网络可通过集群网关实现与其他窄带集群网络互通，以及通过集群网关实现与其他宽带集群系统的互联互通。组网时，集群网关设备和异系统之间按照异系统原有的信令格式和语音报文格式进行处理。网关设备负责实现网络的互联和数据的转换。通过该方案，能实现TETRA、PDT及DMR等窄带通信系统同LTE-M宽带集群之间的互联互通。
3.2LTE-M与开放频段双网融合方案
采用1785～1805MHz地铁专用授权频段频率组建A网，主要承载CBTC及集群调度等与安全相关的高可靠性业务；采用开放频段组建B网，承载车辆视频监视、PIS的旅客信息服务等大带宽业务，以及CBTC备份业务。其中，A网采用成熟的LTE-M制式，B网采用EUHT、WIFI6及毫米波等新技术。该方案能有效解决LTE-M网络频宽较窄、带宽较低的不足，既满足了信号系统高可靠性的要求，又满足了大带宽、新业务的传输需要。该融合方案已在北京地铁首都机场线应用。
3.35G融合组网方案
根据业务及各地政策条件的不同，城市轨道交通无线通信系统采用多种方式来共建共享 5G 网络。5G 核心网、5G 基站及 MEC ( 移动边缘计算节点) 等网元可根据具体情况自建或共享，形成多种网络部署方案。
3.3.1方案一
方案一为城市轨道交通完全独占所有 5G 网络资源方案。由城市轨道交通建设方委托公网运营商部署全套 5G 网络( 包括 5GC( 5G 核心网) 、GNB( 5G 基站) 及 MEC) ，专供城市轨道交通使用，或由城市轨道交通建设方自建所有 5G 网络，并由公网运营商授权其专用的 5G 频率。
方案优势:专网专用，能提供完整的数据安全性，使数据资源完全隔离，可确保城市轨道交通内部数据不外泄；频谱资源独享，为完全定制化服务；通信设备的使用和管理可自主控制。
方案劣势:投资最大。若采用通信运营商代建方式，则支付给通信运营商的租金会非常高。若由城市轨道交通运营方投资及运营维护，则不仅先期建设成本很高，而且当后期运营维护轨道交通运营团队没有构建和运营5G网络的专业知识时，还需要额外投入专网建设运营的行业技能和人员配置；通信运营商的5G频段资源也是有限的，不大可能由城市轨道交通长期完全占用；随着通信运营商业务量的增加，城市轨道交通占用的资源可能会对通信运营商的业务配置造成影响，进而致使运营商收回频谱资源。
3.3.2方案二
由城市轨道交通运营方委托通信运营商部署或自建核心网( 包括 5GC 及 MEC) ，并由城市轨道交通独占5GC 及 MEC，共享运营商 GNB 基站。
方案优势: 核心网侧的专网与公网物理隔离，其数据资源隔离性较高，可建设独立的业务网络，进而深度定制化服务; 便于运营，可节省城市轨道交通沿线所有5G 接入无线网络的投资。
方案劣势: 投资较高。如后期运营维护轨道交通运营团队没有构建和运营 5G 网络的专业知识，则还需要额外投入专网建设运营的行业技能储备和人员配置。
3.3.3方案三
城市轨道交通运营方与通信运营商完全共享网络( 包括5GC 、MEC 及 GNB) ，并采用网络切片方式承载专网业务。
方案优势: 无需任何建设成本，只需向运营商订购网络切片服务即可实现专网能力。
方案劣势: 与公共网络混用，在网络安全、容量及定制化服务等方面的用户体验较差; 信息存储在运营商的核心网上，运营维护不便。
结语
在新型基础设施建设、智慧轨道交通的新形势下，会进一步加快对无线系统承载业务及建设方式的重新定义，从而影响轨道交通无线通信系统对技术的选择。随着智慧城轨的逐步落地及新技术的日趋成熟，城市轨道交通建设需要在符合中国需求和面向未来的概念下不断完善和融合轨道交通无线通信系统。本文探讨了轨道交通无线通信系统网络融合方案。网络融合方案各有优缺点，应从线路自身的具体情况、轨道交通制式、业务需求及投资等各方面进行综合考虑，决定未来无线通信技术在轨道交通中的地位和使用方式，选择适合的网络融合应用方案。
参考文献
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