轨道交通车地无线传输系统数据可靠性改善策略

轨道交通车地无线传输系统数据可靠性改善策略

王博

中车青岛四方机车车辆股份有限公司  山东省青岛市  266000

摘要：轨道交通作为现代城市交通的重要组成部分，其运行的高效性、安全性和可靠性对于城市交通的流畅运转至关重要。车地无线传输系统作为轨道交通中的关键环节，承担着列车与地面控制系统之间数据传输的重要任务，其数据可靠性直接影响到轨道交通系统的整体性能。因此，本文将对轨道交通车地无线传输系统数据可靠性改善方面进行深入探究，并提出一些科学有效的改善策略，以期能够对交通运输领域有所帮助。

关键词：轨道交通；车地无线传输；系统数据；可靠性

在城市轨道交通日益拥堵和人们对出行效率要求提高的背景下，轨道交通系统的数据传输面临着前所未有的挑战，列车与地面控制系统之间需要实时、准确地传输大量的运行控制数据，以确保列车的安全、准点运行，且无线通信环境的复杂性和不确定性，如信号干扰、传输衰减等因素，对数据传输的可靠性造成威胁，所以需要提升轨道交通车地无线传输系统的数据可靠性，成为当前亟待解决的问题。

1轨道交通车地无线传输系统原理

轨道交通车地无线传输系统是指在轨道交通系统中，列车与地面控制系统之间通过无线方式进行数据传输和通信的系统，该系统通常包括车载设备和地面设备两大部分，通过无线链路进行数据的交互。无线传输技术是利用电磁波在空间中进行信息传递的一种技术，轨道交通车地无线传输系统中主要采用无线局域网（WLAN）技术或者基于LTE的无线通信技术等，都遵循一定的通信协议，通过调制和解调的过程，将数字信号转换为适合在无线信道中传输的电磁波信号，以实现信息的无线传输[1]。

在轨道交通车地无线传输系统中，车载设备和地面设备之间通过无线链路进行数据的交互。在运行过程中，车载设备会将列车的运行状态、乘客信息以及故障信息等数据实时发送给地面控制系统，而地面控制系统则会根据信息对列车进行实时的监控和调度，确保列车的安全运行。同时，地面控制系统还会向车载设备发送控制指令，如调整列车的运行速度、改变列车的运行方向等，指令通过无线链路传输到车载设备后，由车载控制系统执行相应的操作。

2改善轨道交通车地无线传输系统数据可靠性的有效策略

2.1采用高性能的无线通信设备和天线

为了提升轨道交通车地无线传输系统的数据可靠性，首先需要选择性能卓越的无线通信设备，设备应具备高灵敏度、低误码率、强抗干扰能力等特性，以确保在复杂的电磁环境中稳定传输数据，且设备的稳定性和耐用性也是重要考量因素，以确保长时间运行的可靠性。在选定高性能无线通信设备后，需要合理的配置与布局，根据轨道交通线路的实际情况，科学规划设备的分布和安装位置，确保信号覆盖全面且均匀，针对可能出现的信号盲区或弱区，应增设中继站或增强器。

在选择天线时，应注重其增益、波束宽度、极化方式等参数，高性能天线通常具有较高的增益和较窄的波束宽度，能够更有效地集中信号能量，提高信号的传输距离和抗干扰能力。在安装天线时，需要充分考虑其周围环境，避免遮挡物和干扰源的影响，并通过精确的调试，使天线的辐射方向和角度达到最佳状态，以确保信号的稳定传输。

2.2提高信号的传输质量和抗干扰能力

为了提高信号的传输质量，可以采用先进的信号调制与解调技术，比如正交频分复用技术能够将信道划分为多个正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，然后调制到在每个子信道上进行传输，该技术能够提高频谱利用率和抗干扰能力，从而改善信号传输质量。信道编码技术是提高信号传输质量的有效手段，通过添加冗余信息，信道编码能够检测和纠正信号在传输过程中出现的错误，从而提高信号的可靠性，比如低密度奇偶校验码和码等高性能信道编码技术，能够在较低的信噪比条件下实现可靠的数据传输。选择高性能的无线通信协议也是提高信号传输质量的关键，例如基于IEEE 802.11n或IEEE 802.11ac标准的无线通信协议，能够提供更高的数据传输速率和更稳定的连接，从而确保信号的顺畅传输[2]。

扩频技术是一种有效的抗干扰手段，通过将信号扩展到更宽的频带范围内，扩频技术能够降低信号功率谱密度，提高信号在噪声和干扰环境下的传输性能，常用的扩频技术包括直接序列扩频和跳频扩频等。多天线技术比如多输入多输出技术，能够利用空间分集和复用增益提高信号的抗干扰能力，通过配置多个发射和接收天线，多输入多输出技术能够在相同的频带内同时传输多个数据流，从而提高数据传输速率和可靠性。

2.3采用数据压缩与加密技术

在轨道交通车地无线传输系统中，大量的数据交换是必不可少的，但是过大的数据量不仅会增加传输延时，还可能导致数据传输过程中的丢失或损坏，数据压缩技术能够有效减少需要传输的数据量，从而提高数据传输的效率和可靠性，通过采用无损压缩或有损压缩算法，可以在保证数据质量的前提下，显著降低数据的体积，进而减少传输所需的时间和资源。在选择数据压缩算法时，需要综合考虑算法的压缩效率、压缩速度和解压速度等因素，常用的数据压缩算法包括Huffman编码、LZ77、LZ78等，在不同的应用场景中具有各自的优势，比如Huffman编码适用于文本数据的压缩，而LZ系列算法则更适用于图像和音频等多媒体数据的压缩。

通过数据加密技术，可以确保传输过程中的数据不被未经授权的第三方截获或篡改，加密算法能够将明文数据转换为密文形式，即使数据在传输过程中被截获，攻击者也难以还原出原始数据。除了保密性外，数据加密技术还可以用于数据的完整性校验，通过在数据中添加加密校验或数字签名等信息，接收方可以验证数据的完整性和来源，从而可以有效防止数据在传输过程中被篡改或伪造，从而确保数据的真实性和可靠性。目前广泛使用的加密算法包括对称加密算法如AES、DES，非对称加密算法如RSA、ECC，对称加密算法具有加密和解密速度快的优点，但密钥管理相对复杂，非对称加密算法则具有更高的安全性，但加密和解密速度相对较慢，在实际应用中需要根据具体需求选择合适的加密算法[3]。

2.4采用冗余传输和纠错编码技术

冗余传输可以通过多种方式实现，如数据重复发送、奇偶校验位添加、前向纠错编码等，其中数据重复发送是最简单的冗余方式，即同一数据包发送多次，接收端只需成功接收任意一次即可，前向纠错编码则更为高效，通过发送额外的校验数据块，使得接收端能够检测和纠正一定数量的错误。纠错编码是一种通过添加冗余信息来检测和纠正数据传输过程中产生的错误的技术，利用特定的编码规则，在发送数据中加入足够的冗余位，使得接收端能够根据冗余位检测和纠正一定数量的错误。在轨道交通车地无线传输系统中，可以采用的纠错编码方法包括循、奇偶校验码、海明码以及更高级的低密度奇偶校验码等，不同的方法各有特点，适用于不同的应用场景环冗余校验主要用于检测数据的完整性，而低密度奇偶校验码则具有更强的纠错能力，适用于信道条件较差的环境。
    3结束语

综上所述，在轨道交通工程中，为了保证车地无线传输系统数据质量，需要采用多种科学的优化措施，积极引进先进的技术，使得数据质量能够得到充分保障，从而能够为轨道交通高效安全运行提供支持。

参考文献

[1]孙全涛,崔晓军,杜振振,等. 城市轨道交通车辆制动系统的车地无线通信数据传输各环节常见问题分析及解决方法[J]. 城市轨道交通研究,2022,25(8):162-165. 

[2]董硕,王锡磊,陶冶. 轨道交通全自动运行系统车地无线传输技术发展及应用[J]. 通讯世界,2021,28(11):47-49. 

[3]宋高云. 隧道模拟环境下城市轨道交通车地综合通信系统双漏泄电缆传输性能研究[J]. 城市轨道交通研究,2022,25(7):107-110.