一套专为列车开发的无线系统 - 安防知识网 - 资讯 - 法兰克福展览（深圳）有限公司

借助无线系统，控制中心对列车内部各个车厢的实时监控，以及从控制中心到车厢的视频(新闻、广告等)传递、车内上网等业务成为可能。

【安防知识网】借助无线系统，控制中心对列车内部各个车厢的实时监控，以及从控制中心到车厢的视频(新闻、广告等)传递、车内上网等业务成为可能。

　　车地无线系统现状

　　目前，在地铁中应用的无线系统主要是TETRA和Wi-Fi(802.11系列)。其中，TETRA主要满足地铁运营以及公安消防等语音通讯需要;802.11系统主要用来传送高带宽的应用，如上行的列车内部视频监控以及下行的乘客信息(包括文字和视频)，但问题是，这是一个给办公室、家庭或热点地区无线上网而开发的技术，并不适合在列车环境中使用。它用于车地通讯时带来的问题包括带宽的衰减(随着列车速度递增，以及列车同基站的相对位置变化都会使带宽衰减)、切换时间过长带来的大量丢包、多辆列车共享带宽时车内应用获得的服务质量无法保证等。

　　在高速列车(速度从200km/h 到500km/h)中，广泛使用的无线系统是GSM-R，主要用于控车和铁路内部人员语音调度等窄带应用。

　　现在车厢内部实时监控、从控制中心到车厢的实时新闻及乘客相关信息、乘客接入互联网等需求却日益强烈。

　　对车厢内部的实时监控

　　目前，在地铁环境中，运营商普遍使用802.11系列传送列车内部监控视频，这样做带来的问题有如下几个方面：

　　· 同时传送的摄像机数量很有限;

　　· 切换时画面上会有停滞或马赛克出现;

　　· 在多个列车共享带宽时，摄像机图像停滞严重(数据包延迟增大)。

　　在高速铁路环境中，列车内部的实时视频监控是一个新的课题。目前广泛使用的GSM-R无线技术所提供的带宽有限，不能满足视频监控的需要。但不容置疑的是，随着高铁建设的加快，运营商对安全性必然更加重视，列车内部的实时视频监控将成为必然。

　　现有某公司专为高速列车开发的TRainCom®车地无线系统，其能满足磁悬浮、高速铁路和地铁的需求，提供一个从列车到地面的可靠的无线传输监控平台，能够同时支持控车、CCTV、PIS、部件诊断、因特网接入等多种应用。

[nextpage]　　列车无线监控的历史

　　早在上个世纪70年代，就有公司开始为列车开发无线系统，见图1和图2。

　　当时的无线系统代号为”Zugfunk”，它在欧洲装备了超过一万辆列车。从90年代开始，一些公司就开始为磁悬浮开发车地无线通讯系统(见图3)。目前的TRainCom®系统即脱胎于这一系统。

[nextpage]　　系统主要技术特点

　　该系统是专为列车开发的无线系统。它不依赖任何“标准”，从物理层的调制方式，到MAC层的接入方式及切换的算法都是自主设计。该系统不同于目前市场上任何将其它无线技术进行修改然后用于列车的系统，如802.11系列或WiMax等，它是完全为列车环境设计和开发的无线系统，在高速列车应用中具优越性能。

　　目前此系统运行在5.8GHz开放频段上，无线链路的上行和下行在频率上分开，分别占用约15MHz的频率资源，在物理层上下行各提供16Mbps带宽，可以给用户使用的IP层吞吐量为上下行各14Mbps。而提供给用户的吞吐量始终恒定，不会随列车的速度递增以及同基站的相对位置变化(与基站间距离增大或阻隔)而减小。

　　对外部基于IP的应用来说，接入该系统可即插即用。其接收到IP数据包后，按照自己的方式在空口传输。简单地说，其会将大的IP数据包切割成较小的数据包(1000比特左右)，会提高无线传输性能。其基站使用同频组网，也就是相邻的基站使用相同的频率。这种方式对于列车的快速切换至关重要，对于高速列车来说，约每10秒就需要进行一次切换，必须要保证切换快速且没有数据包丢失。

　　当有多辆列车共享一个基站时(比如错车)，系统会采用确定性的接入方式，也就是每辆列车采用时分的方式，公平地分享基站提供的带宽。这种方式相比于采用竞争的策略(比如802.11系统)更加适合于列车无线通讯，因为这种方式能够保证每辆列车上重要应用的服务质量。

　　此外，该系统提供的稳定带宽可同时接入多个应用。每个应用按照需求被指定一个优先级和分配带宽上限。系统采用IP地址和端口号识别它们，这样，优先级较低的业务(如上网的数据包)，永远不会干扰优先级较高的业务(控车的信号)。

　　系统的一个基本构架及同外部应用的连接如图4和图5所示。轨道旁的网络包括三个部分：中央控制单元(CRCU)、分散控制单元(DRCU)和无线基站(RBS)。其中，CRCU是整个系统的管理中心，对系统各个部件进行监控、数据设定和软件升级;DRCU对一系列RBS(理论最多250个)进行控制，完成数据路由等功能;RBS间及到DRCU通过光纤以太网连接。

　　外部应用通过CRCU接入到无线系统网络，其车载网络包括天线、收发器和控制单元MRCU三个部分。MRCU是车载应用的接入网关，它通过双绞线连接到车载以太网，另外，各种车载的、基于IP的应用也连接到车载以太网。

[nextpage]　　车地无线系统应用于高速列车

　　高速列车是个信息孤岛。在几个小时的旅途中，列车运营部门无法在地面控制中心实时查看列车内部图像，乘客很难体验正常手机通话，访问互联网更是难上加难。而采用此系统构建一个从列车内部到地面的无线通道，使这些应用成为可能。

　　在地面控制中心，可以轻松查看列车内部的实时图像。同时，列车运营部门可以将实时的新闻传送到列车内部供人观看(而不只是一些陈旧的、让人昏昏欲睡的视频)，这样也会吸引更多厂商做广告。对于乘客来说，不用担心手机通话随时中断，相反，话音质量犹如坐在办公室也能够轻松地访问互联网。

　　表1是基于该无线网的一些应用及其带宽分配。

　　对于CCTV来说，不光是将车内图像传送到地面控制中心，另一个可能的视频传送路径是将站台的视频图像传送到驾驶舱，这样列车司机就可以看到即将驶入的车站的实时画面。如果出现紧急情况(比如有乘客跌入轨道)，司机有足够的时间做出反应，出现事故的几率会大大降低。

[nextpage]　　图6是该系统连接CCTV系统的架构示意图。

　　列车内部的模拟摄像头经过编解码器输出IP数据流，它经过列车内部的局域网接入到车载控制单元MRCU。经过MRCU转发到收发器单元，转变成高频信号，通过车载天线发送到轨旁基站，最终通过骨干网络传送到控制中心的CCTV服务器。该无线网络对于CCTV系统来说就是一个延伸到列车内部的IP网络。

　　列车视频监控的未来

　　不管是地铁还是高速列车，对列车内部进行实时的视频监控将成为必然，这一任务必须通过构建一套专用的无线网络来完成。这一专用无线网络，除了满足视频监控的要求，还必须要满足其它应用的车地数据传送需求，如乘客信息系统、因特网、车内微基站等等。上文描述的系统就是这样一套车地无线系统，这一系统已经用于西班牙巴塞罗那地铁9号线，即将用于慕尼黑地铁和西班牙高速铁路。