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摘要：乘客信息系统大大提高了城市轨道交通服务的水平，但目前实际应用中系统车地通信仍在一些问题，本文针对此对乘客信息系统进行了分析探讨。
关键词：信息系统；无限通信
1、概述
乘客信息系统（Passenger Information System，简称PIS），顾名思义，为乘客提供各类信息的系统，如地铁列车到达预告、换乘信息及时间等与乘车有关的信息，也可播放重要新闻、天气预报、广告等资讯信息。乘客信息系统采用网络技术及多媒体传输显示技术，通过车站和车载显示终端为向乘客提供各种信息服务。
乘客信息系统有两大功能，第一功能是提供信息，另一功能则是对列车车厢进行实时监控，并将监控视频实时传送给控制中心，达到车站、列车等公共区域摄像机全覆盖的效果。
乘客信息系统作为轨道交通面向乘客的重要机电系统，从早期仅仅提供文字信息，随着技术的发展，已从提供标清视频信息至目前主流的高清视频信息；从没有到目前轨道交通机电设备的标配系统。在多条轨道交通应用，整个系统方案逐渐成熟，同时也在此基本功能上增加更多的功能为乘客提供服务，如增加地理信息服务（GIS）功能，可以向乘客提供地理信息查询，为乘客的出行提供更多的便利。但是在乘客信息系统建设的过程中，也仍然存在一些问题，如列车与地面之间在高速运行状态下的通信还未能有非常理想的方式解决。
2、系统构成
乘客信息系统构成分为中心子系统、车站子系统、车载子系统、网络子系统。
如下图：
视频信息传输目前主要有两种主流模式，一种是在广电系统中用的比较多的SDI模式，另一种则是HDMI模式。在轨道交通中，后者运用较多。车站显示全高清视频已是主流功能，而这两种方式均比较成熟，均可以完成该功能，控制中心下发的高清视频通过传输系统至车站服务器，然后通过以上两种方式显示在屏幕上。这一系列的关键是通信方式均为有线方式，有着很强的可靠性，带宽充足，技术成熟，工程上也简单可行，乘客信息系统的瓶颈不在于此。
如前所述，从多条轨道交通线路的建设来看，车地通信的情况并没有达到非常理想的状态，总是存在一些不尽如人意的地方，这个瓶颈就在于车地数据通信的实时性和带宽无法保证。
3、车地无线通信
车地通信目前在建工程和已建工程采用了以下几种方案：WLAN方案、DVB-T方案、LTE方案、其他一些厂家自有的方案，另外还曾经出现过Wimax方案。
（1）WLAN方案
WLAN方案也即采用基于IEEE 802.11系列的宽带无线技术。IEEE的802.11工作组是无线局域网标准的两大开发组织之一，开发的主要是IEEE 802.11标准。经过多年努力，IEEE 802.11已经发展成为了一个系列标准。从IEEE 802.11a标准发展到IEEE 802.11n标准，目前主要有IEEE 802.11a/b/g/n四大标准。
IEEE 802.11a使用了5.8GHz 的频谱，与802.11b 及 802.11g不可兼容，使用的5.8GHz 频谱，在我国，使用5.8GHz还需要付出一定费用。在5.8GHz频段干扰较少，可提供更多的非重叠频道，传输速度较高。IEEE 802.11b 及IEEE 802.11g 都使用2.4GHz的频谱，可以互相兼容使用，目前由于对速率的需求，基于IEEE 802.11g标准的无线局域网最多。
IEEE 802.11n是2009年9月由IEEE正式批准的无线标准，可以同时工作在2.4GHz、5.8GHz频段，互不干扰，使用了多重输入多重输出（MIMO）天线阵列，借助多个发射和接收天线来提高数据传输率，IEEE 802.11n具有以下优势：在传输速率方面，IEEE 802.11n提供到300Mbps甚至高达600Mbps。得益于将MIMO（多入多出）与OFDM（正交频分复用）技术相结合而应用的MIMO OFDM技术，提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。
WLAN方案是目前轨道交通建设中采用的最多的一个方案，也采用该技术开通了不少线路，不过效果总是有不尽如人意的地方。究其原因，IEEE 802.11系列这种技术本身并不是为高速移动状态下提供的技术，整个列车在线路行驶中必然会有切换，这样必然会造成丢包，IEEE 802.11系列技术如果在静止状态下，可以利用的带宽非常高，各种视频可以非常良好的播放，在实际中也经过测试，当列车以较慢速度进站时，由于AP之间此时并不存在切换，因此可以非常流畅的播放视频。同时在工程中， AP布放的间隔距离较短，基本为200米左右，一条线路上会设置大量的AP，这样实际中的故障点很多，给运营维修人员进行检查造成了很多不便，这也是WLAN方案诟病的一个原因。
（2）Wimax方案
Wimax方案采用基于IEEE 802.16系列的宽带无线技术，具有高带宽、广覆盖、无盲区、可移动、非视距传输等优势。在武汉轨道交通1号线中曾经对Wimax方案做过现场测试，由英国诺曼公司实施。该方案在每个车站站台设置双天线，采用不同频点，在列车上同样设置双天线，采用两个频点，当列车运行至相邻两个基站的覆盖重叠区时车上的2个天线会同时接收到2个不同的信号并可建立2条无线链接，由车上的设备根据接收到的信号强度来判断并完成切换。在实际测试过程中视频效果并不差，但由于多种原因最终未能达到更好的演示效果，实际并未采用该方案。但这种技术非常适合在高架区间使用，比之WLAN布放AP，其施工运营维护工作量要大大简化。该方案后来由于国家政策明确，限制Wimax在国内的使用，其频点问题难以解决，所以该方案在国内实际中完全没有提及了。
（3）数字移动电视技术（DVB-T）
数字移动电视技术该技术比较成熟，也有部分城市线路采用，该技术通过采用数字电视发射机将视频信号经漏缆传输到车载接收装置。其优点明显，传输带宽比较宽，可以实时传输高清视频信号，采用单频网技术，可以完成无缝切换，有较好的覆盖效果，同时也能很好的支持移动性。不过其缺点也同样明显，通常只能单向广播发送下行信息，不能将车厢内的视频监控信息上传到中心，而乘客信息系统的基本需求是双向通信。为解决实时双向传输，务必需要增加其他辅助系统，这就增加了系统的复杂性及投资。
（4）LTE方案
LTE方案是近来推行的一种方案，利用4G技术，在移动性和带宽方面均有大幅提高，20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，完全可以满足乘客信息系统的需求，但产品商用化目前还并不高，而且其频段并不是公用频段，仍涉及频率申请问题。现阶段也有个别城市正在试点LTE方案，效果还并没有得到检验。如果频段问题可以得到解决，LTE方案或许可成为未来乘客信息系统的主流方案。
（5）其他方案
目前有部分设备商有针对性的对乘客信息系统的车地通信方式进行了研究，开发出车地通信设备，已在部分城市中实际应用。
该方案不同于WLAN方案，WLAN 方案上下行收发通信均通过一套车地AP，而该方案车地通信则采用两套完全独立的网络。车—地通信，列车车载设备发送CCTV视频信息，由地面AP接收，通过光缆传送至相邻的车站交换机，然后通过轨道交通的传输网络传送至控制中心。而地对车通信通过地面无线发射网关、数字信号光近端机等视频信号转换为光信号，傳输至光远端机设备，通过基站天线发射，供车载设备接收。该方案由于是专门针对轨道交通乘客信息系统研制的，因此有着较明显的两大优点，第一，系统可以在列车高速运行状态下，在基站设备之间可以实现无缝切换，系统所承载的视频图像可显示清晰流畅，这比较于WLAN方案切换必然会有丢包，其从实现策略上有了很大的提高。第二个优点则是无线覆盖距离远，在隧道区间覆盖距离可到800米左右，高架区间可到1500米左右，相比WLAN方案的200米覆盖距离，大大进行了优化，减少区间设备，也就大大降低了运营维护成本。
该方案如此有针对性，但仍然存在一个棘手的问题。即该方案设备工作频段为1785~1805MHz，并不是开放频段，没有WLAN的2.4G频段优势，因此在每个城市中使用都需要申请频点，而这类频点的申请并不容易，且易受到建设工期的限制。
综上所述，以上五个方案各有优缺点，由于技术本身的局限性，使得问题暂未得到很好的解决，基于此，也有一些城市开展新的研究，但大多还在探索中，所以目前很多轨道交通线路乘客信息系统的车地通信方式仍采用IEEE 802.11系列方式。
4、总结
乘客信息系统在车站视频显示已经非常成熟，可以在此基础上开发出多种功能来满足乘客需求；而车地通信目前阶段还处于一个继续探索的阶段，暂时还没有非常合适的技术能够满足需求，不过随着技术的方式，这一瓶颈必会解决，可将为乘客提供更优质的服务。
参考文献
[1]IEEE IEEE P802.16e/D3,Draft IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks 2004
[2] 段水福等 无线局域网（WLAN)设计与实践浙江大学出版社 2007
[3] Stefania Sesia等 LTE—UMTS长期演进理论与实践人民邮电出版社 2009
关键词：信息系统；无限通信
1、概述
乘客信息系统（Passenger Information System，简称PIS），顾名思义，为乘客提供各类信息的系统，如地铁列车到达预告、换乘信息及时间等与乘车有关的信息，也可播放重要新闻、天气预报、广告等资讯信息。乘客信息系统采用网络技术及多媒体传输显示技术，通过车站和车载显示终端为向乘客提供各种信息服务。
乘客信息系统有两大功能，第一功能是提供信息，另一功能则是对列车车厢进行实时监控，并将监控视频实时传送给控制中心，达到车站、列车等公共区域摄像机全覆盖的效果。
乘客信息系统作为轨道交通面向乘客的重要机电系统，从早期仅仅提供文字信息，随着技术的发展，已从提供标清视频信息至目前主流的高清视频信息；从没有到目前轨道交通机电设备的标配系统。在多条轨道交通应用，整个系统方案逐渐成熟，同时也在此基本功能上增加更多的功能为乘客提供服务，如增加地理信息服务（GIS）功能，可以向乘客提供地理信息查询，为乘客的出行提供更多的便利。但是在乘客信息系统建设的过程中，也仍然存在一些问题，如列车与地面之间在高速运行状态下的通信还未能有非常理想的方式解决。
2、系统构成
乘客信息系统构成分为中心子系统、车站子系统、车载子系统、网络子系统。
如下图：
视频信息传输目前主要有两种主流模式，一种是在广电系统中用的比较多的SDI模式，另一种则是HDMI模式。在轨道交通中，后者运用较多。车站显示全高清视频已是主流功能，而这两种方式均比较成熟，均可以完成该功能，控制中心下发的高清视频通过传输系统至车站服务器，然后通过以上两种方式显示在屏幕上。这一系列的关键是通信方式均为有线方式，有着很强的可靠性，带宽充足，技术成熟，工程上也简单可行，乘客信息系统的瓶颈不在于此。
如前所述，从多条轨道交通线路的建设来看，车地通信的情况并没有达到非常理想的状态，总是存在一些不尽如人意的地方，这个瓶颈就在于车地数据通信的实时性和带宽无法保证。
3、车地无线通信
车地通信目前在建工程和已建工程采用了以下几种方案：WLAN方案、DVB-T方案、LTE方案、其他一些厂家自有的方案，另外还曾经出现过Wimax方案。
（1）WLAN方案
WLAN方案也即采用基于IEEE 802.11系列的宽带无线技术。IEEE的802.11工作组是无线局域网标准的两大开发组织之一，开发的主要是IEEE 802.11标准。经过多年努力，IEEE 802.11已经发展成为了一个系列标准。从IEEE 802.11a标准发展到IEEE 802.11n标准，目前主要有IEEE 802.11a/b/g/n四大标准。
IEEE 802.11a使用了5.8GHz 的频谱，与802.11b 及 802.11g不可兼容，使用的5.8GHz 频谱，在我国，使用5.8GHz还需要付出一定费用。在5.8GHz频段干扰较少，可提供更多的非重叠频道，传输速度较高。IEEE 802.11b 及IEEE 802.11g 都使用2.4GHz的频谱，可以互相兼容使用，目前由于对速率的需求，基于IEEE 802.11g标准的无线局域网最多。
IEEE 802.11n是2009年9月由IEEE正式批准的无线标准，可以同时工作在2.4GHz、5.8GHz频段，互不干扰，使用了多重输入多重输出（MIMO）天线阵列，借助多个发射和接收天线来提高数据传输率，IEEE 802.11n具有以下优势：在传输速率方面，IEEE 802.11n提供到300Mbps甚至高达600Mbps。得益于将MIMO（多入多出）与OFDM（正交频分复用）技术相结合而应用的MIMO OFDM技术，提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。
WLAN方案是目前轨道交通建设中采用的最多的一个方案，也采用该技术开通了不少线路，不过效果总是有不尽如人意的地方。究其原因，IEEE 802.11系列这种技术本身并不是为高速移动状态下提供的技术，整个列车在线路行驶中必然会有切换，这样必然会造成丢包，IEEE 802.11系列技术如果在静止状态下，可以利用的带宽非常高，各种视频可以非常良好的播放，在实际中也经过测试，当列车以较慢速度进站时，由于AP之间此时并不存在切换，因此可以非常流畅的播放视频。同时在工程中， AP布放的间隔距离较短，基本为200米左右，一条线路上会设置大量的AP，这样实际中的故障点很多，给运营维修人员进行检查造成了很多不便，这也是WLAN方案诟病的一个原因。
（2）Wimax方案
Wimax方案采用基于IEEE 802.16系列的宽带无线技术，具有高带宽、广覆盖、无盲区、可移动、非视距传输等优势。在武汉轨道交通1号线中曾经对Wimax方案做过现场测试，由英国诺曼公司实施。该方案在每个车站站台设置双天线，采用不同频点，在列车上同样设置双天线，采用两个频点，当列车运行至相邻两个基站的覆盖重叠区时车上的2个天线会同时接收到2个不同的信号并可建立2条无线链接，由车上的设备根据接收到的信号强度来判断并完成切换。在实际测试过程中视频效果并不差，但由于多种原因最终未能达到更好的演示效果，实际并未采用该方案。但这种技术非常适合在高架区间使用，比之WLAN布放AP，其施工运营维护工作量要大大简化。该方案后来由于国家政策明确，限制Wimax在国内的使用，其频点问题难以解决，所以该方案在国内实际中完全没有提及了。
（3）数字移动电视技术（DVB-T）
数字移动电视技术该技术比较成熟，也有部分城市线路采用，该技术通过采用数字电视发射机将视频信号经漏缆传输到车载接收装置。其优点明显，传输带宽比较宽，可以实时传输高清视频信号，采用单频网技术，可以完成无缝切换，有较好的覆盖效果，同时也能很好的支持移动性。不过其缺点也同样明显，通常只能单向广播发送下行信息，不能将车厢内的视频监控信息上传到中心，而乘客信息系统的基本需求是双向通信。为解决实时双向传输，务必需要增加其他辅助系统，这就增加了系统的复杂性及投资。
（4）LTE方案
LTE方案是近来推行的一种方案，利用4G技术，在移动性和带宽方面均有大幅提高，20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，完全可以满足乘客信息系统的需求，但产品商用化目前还并不高，而且其频段并不是公用频段，仍涉及频率申请问题。现阶段也有个别城市正在试点LTE方案，效果还并没有得到检验。如果频段问题可以得到解决，LTE方案或许可成为未来乘客信息系统的主流方案。
（5）其他方案
目前有部分设备商有针对性的对乘客信息系统的车地通信方式进行了研究，开发出车地通信设备，已在部分城市中实际应用。
该方案不同于WLAN方案，WLAN 方案上下行收发通信均通过一套车地AP，而该方案车地通信则采用两套完全独立的网络。车—地通信，列车车载设备发送CCTV视频信息，由地面AP接收，通过光缆传送至相邻的车站交换机，然后通过轨道交通的传输网络传送至控制中心。而地对车通信通过地面无线发射网关、数字信号光近端机等视频信号转换为光信号，傳输至光远端机设备，通过基站天线发射，供车载设备接收。该方案由于是专门针对轨道交通乘客信息系统研制的，因此有着较明显的两大优点，第一，系统可以在列车高速运行状态下，在基站设备之间可以实现无缝切换，系统所承载的视频图像可显示清晰流畅，这比较于WLAN方案切换必然会有丢包，其从实现策略上有了很大的提高。第二个优点则是无线覆盖距离远，在隧道区间覆盖距离可到800米左右，高架区间可到1500米左右，相比WLAN方案的200米覆盖距离，大大进行了优化，减少区间设备，也就大大降低了运营维护成本。
该方案如此有针对性，但仍然存在一个棘手的问题。即该方案设备工作频段为1785~1805MHz，并不是开放频段，没有WLAN的2.4G频段优势，因此在每个城市中使用都需要申请频点，而这类频点的申请并不容易，且易受到建设工期的限制。
综上所述，以上五个方案各有优缺点，由于技术本身的局限性，使得问题暂未得到很好的解决，基于此，也有一些城市开展新的研究，但大多还在探索中，所以目前很多轨道交通线路乘客信息系统的车地通信方式仍采用IEEE 802.11系列方式。
4、总结
乘客信息系统在车站视频显示已经非常成熟，可以在此基础上开发出多种功能来满足乘客需求；而车地通信目前阶段还处于一个继续探索的阶段，暂时还没有非常合适的技术能够满足需求，不过随着技术的方式，这一瓶颈必会解决，可将为乘客提供更优质的服务。
参考文献
[1]IEEE IEEE P802.16e/D3,Draft IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks 2004
[2] 段水福等 无线局域网（WLAN)设计与实践浙江大学出版社 2007
[3] Stefania Sesia等 LTE—UMTS长期演进理论与实践人民邮电出版社 2009