浅谈无线通信技术的应用刘东

刘东

广州市地下铁道总公司广东广州514000

摘要：随着客流量的增加，地铁的安全保障难度也随之加大，所以在地铁列车监控中引入先进可靠的无线通信技术成为提高监控效率的重要选择。对此，本文对常见的无线通信技术作了分析，并就其在地铁列车监控系统中的应用进行了探讨。

关键词：无线通信技术；地铁列车监控系统；应用

引言

地铁已经成为人们出行的重要交通工具。随着地铁事业的不断发展，客运量不断增加，地铁安全问题受到了社会各界越来越广泛的关注，保障地铁安全运行，需要一套稳定、可靠、高效的监控系统支持。地下空间相对较窄，列车运行线路却很长，沿途站点又多，需要地铁列车与地面指挥中心进行很好的配合。因此，相互通信显得尤为重要。无线通信技术的快速发展，为地铁列车高质量、高速率的安全运行提供了良好的契机。

1、无线通信技术定义

无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。

2、无线通信技术原理

任何导体中电流强弱的变化都会产生电磁波。利用这一物理现象，通过调制可将信息加载于电磁波之上。当电磁波通过空间传播到达收信端，电磁波引起的电磁场变化又会在导体中产生变化的电流，通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。

3、常见的无线通信技术

随着对地铁列车监控效率、质量、水平等要求的不断提高，促使无线通信技术被提上议程，但在探讨如何将其应用于监控系统中之前，需要先了解其特点和优势。即无线通信技术是一种借助电磁波信号在自由空间内完成信息传播和交换的通信方式，并以100m为界定分为近程和远程无线通信[1]。当下地铁行业中常见的无线通信技术有：

3.1DVB-T技术

该技术不仅容量较大，而且便于接入，目前已在地面数字开路电视中得到了广泛应用。具体而言，在列车行驶时，该系统会及时接收来自地面的信号，经数字机顶盒加以解码后成为视频信号或模拟复合音频信号，最后在视音分配器的作用下呈现在终端显示器中。

3.23G技术

3G这一支持数据高速传输的第三代移动通信技术，不仅有着良好的传输速率，而且可同时传送实时通信、电子邮件等信息和通话等声音。如当频谱宽带为20MHz时，其传输速率可达到50-100Mbit/s，而且在保持350km/s的状态下以100kbit/s的速率为移动用户提供接入服务，同时对成对和非成对频谱具有支持作用，可在806-960MHz、1900-1920MHz、2110-2170MHz等不同宽带范围内进行灵活配置[2]。

3.3WLAN技术

WLAN技术就是我们常说的无线局域网，其无需连接传输电缆或任何导线，只需借助无线电波这一媒介便可实现数据传送，主要采用的是IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.11b等IEEE802.11标准，其中11a和11b分别有着5.8GHz和2.4GHz的工作频段与54Mbit/s和11Mbit/s的最大接入速率。但在数据速率、通信保密、可靠性、兼容性、移动性、经济性、电磁环境等方面有着一定的技术要求。

3.4TETRE技术

TETRE技术无需通过用户接口便可获得宽带支持，能够满足电子邮件、图形传输、图像传输等多种数据通信需求，从而可以接受并发送数据和话音，而且350MHz和806-866MHz的工作频率、宽带分配的动态性、7.2kbit/s的时隙通信能力以及较好的加密技术，促使通信质量和水平得到了明显改善，因而可在同一平台中提供数字传输、电话服务、指挥调度等服务，故公开、开放特点突出。

此外，WIMAX技术不但支持点对点和多点网络通信结构，也可以向固定站点和移动站点提供无线宽带接入服务，故在地铁行业中也有所应用[3]。而无线Mesh技术因会在扩大网络规模的同时增加数据传输跳数，故不符合地铁监控对实时性的要求。

4、无线通信技术在地铁列车监控系统中的应用

在地铁监控系统中，最明显的客观条件就是系统本身常常会受到很大的限制，因此，无线通信技术的应用非常重要。要想使列车监控系统的核心保持正常运行，就要运用高速稳定的无线通信技术。地铁列车监控系统的要求有以下几个方面：高数据传输速率、支持运动状态、无线网络覆盖领域广泛、需要利用漫游来进行切换、安全稳定性高等。

4.1无线通信技术在地铁列车监控系统应用中

移动节点STA安装在车上，列车速度可以达到120公里/小时，并且能够沿着多个铺设的AP向STA提供视频和音频数据服务，用于监控列车的运行状态、控制速度等。在列车提速的过程中，需要多个AP进行快速的切换，由于切换过程中很容易产生丢包、延迟现象，都会对无线网络的质量产生很严重的影响，甚至导致整个网络沟通障碍，引起交通事故。因此，AP和STA之间信息的成功交换是无线通信技术在地铁中应用的重要目标。

4.2摄像头模块本系统

用于现场图像采集的PTC08摄像头是一款集视频捕捉、图像采集、拍摄控制、JPEG图像压缩、串口传输于一体的图像采集处理模块，其内置的高性能数字信号处理芯片实现了对原始图像的高比例压缩。摄像头拍摄的图片采用标准JPEG格式输出，数据通过标准RS232串口与单片机相连，此外自带的简单图像传输协议使得摄像头可以方便地实现与电脑以及各种嵌入式系统的连接，并可以直接匹配标准PC机的串口电平。该串口摄像头具有上电休眠功能，即上电时只有通信接口和图片存储器部分工作，耗电较多的图像处理部分处于休眠状态。向摄像头发出拍照命令前应唤醒然后再发送拍照命令，图像处理部分开始正常工作。正常工作后，除非接收到休眠命令，否则摄像头不会自动进入休眠状态。在异步串行接口中，一个字节数据由1个起始位，8个数据位和1个停止位组成。起始位始终为0，数据位低位先发，停止位始终为1，最后发送。

4.3GPRS通信模块

GPRS是通用分组无线业务的简称，具有通信速度快、永远在线、收费合理等优点，使得GPRS通信模块在远程无线通信控制中得到广泛应用。本系统通过单片机控制GPRS通信模块进行数据传输，一方面要求所用的GPRS通信模块能够连接到GPRS网络，另一方面要求在GPRS通信模块支持实现TCP/IP传输协议，以实现在Internet网络的数据传输。本系统的GPRS通信模块选用SIMCOM公司的SIM300S，尺寸小、功耗低、性能突出。该模块内置TCP/IP传输协议，省去了外部繁琐的编程，同时它集成了标准的RS232接口以及SIM卡，采用AT指令集通过串口对它进行初始化设置。

4.4监控中心

监控中心主要由行车调度中心、车厂调度中心、视频监控中心以及车站控制室共同组成。监控中心通过无线传输网络接收列车传输过来的实时位置信息、车厢内的视频图像等，了解列车的运行情况。列车也可以按照监控中心发送过来的信号在监控中心的远程控制下运行。

4.5红外探测模块

为了满足在出现非法入侵时自动对监控现场进行拍照的需求，本系统采用了红外人体感应探测器。感模块工作电压范围可在4.5～20V，静态工作电流小于50μA，可通过跳线方式设置探测模块工作在可重复触发方式或不可重复触发方式。当有人非法进入红外模块感应范围时，红外感应模块输出高电平，用以启动图像采集模块进行拍照，并将所拍图片通过GPRS通信模块发往指定号码的手机，实现远程监控系统自动对现场的实时监控。

5、结束语

总之，狭窄的地下空间、增长的客流量、较多的沿途站点和较长的运行线路要求地铁列车和地面指挥中心之间保持良好的通信与配合，这就要求我们认真分析无线通信技术的优势特点，努力研究其在地铁列车监控系统中的最佳应用途径和方式，以此优化通信条件、提升通信速率、改善通信效益，进而促进地铁列车安全、高效、稳定运行。

参考文献：

[1]谢虎，李根胜.无线通信技术在铁路综合视频监控系统的应用[J].魅力中国，2010，（20）：12-13

[2]刘潍清，方鸣.地铁中的无线通信系统及其制式[J].技术装备，2012，（08）：21-22

[3]张辉.无线局域网技术分析及在轨道交通建设中的应用[J].铁路通信信号工程技术，2011，（02）：25-26

[4]李佳祎，黄纯昉.地铁PIS系统车地无线技术的探讨[J].铁道工程学报，2010，（04）：07-09