普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)解決方案

時間：2019-03-08　來源：中國集群通信網(wǎng)　作者：本站整理　點擊：次

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一、總體背景

城市軌道交通作為城市公共交通工具，在城市路面交通擁堵問題凸顯的今日，已成為最重要的城市公共交通工具，承擔的日常乘客運送量不斷增長。城市軌道交通運營公司不僅希望能提供給乘客安全的乘坐環(huán)境和舒適的乘坐體驗，而且更希望能持續(xù)提升地鐵的運營效率。車地無線通信系統(tǒng)也隨之需要更先進的、更可靠的、更安全的寬帶車地無線技術，來面對車輛運行高速化、視頻監(jiān)控實時化、車載業(yè)務寬帶化的趨勢和挑戰(zhàn)。

圖1 現(xiàn)代化城市軌道交通對無線通信系統(tǒng)的新需求

二、系統(tǒng)介紹

普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)是基于先進的TD-LTE技術的車地無線寬帶通信系統(tǒng)，系統(tǒng)以滿足城市軌道交通車地通信業(yè)務需求為原則，保證列車運行控制系統(tǒng)安全可靠性的同時，綜合承載車地通信業(yè)務。一套網(wǎng)絡能夠同時提供專業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸、視頻傳輸以及寬帶集群業(yè)務,面對現(xiàn)代化城市軌道交通運營中車輛運行高速化、視頻監(jiān)控實時化、車載業(yè)務寬帶化的趨勢和挑戰(zhàn)，為現(xiàn)代化城軌交通鋪設一條嶄新的寬帶無線通道。

系統(tǒng)架構

為保證滿足CBTC列車運行控制系統(tǒng)業(yè)務對車地無線承載的高安全、高可靠傳輸?shù)囊�，LTE-M無線車地通信系統(tǒng)采用A、B雙網(wǎng)覆蓋。A網(wǎng)用于綜合業(yè)務承載，包括：列車運行控制系統(tǒng)業(yè)務、列車運行狀態(tài)監(jiān)測業(yè)務、列車緊急文本下發(fā)業(yè)務、CCTV視頻監(jiān)控業(yè)務、PIS視頻業(yè)務、集群調度業(yè)務等；B網(wǎng)用于列車運行控制系統(tǒng)業(yè)務承載。A、B網(wǎng)相互獨立，同時工作，CBTC列控數(shù)據(jù)在A、B網(wǎng)各傳輸一份，當其中一套系統(tǒng)故障時，另一套系統(tǒng)中CBTC列控數(shù)據(jù)仍能正常傳輸。如圖2所示。

圖2 普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)架構圖

覆蓋方案

城市軌道交通通信系統(tǒng)的任務是建立一個視聽鏈路網(wǎng)，提高現(xiàn)代化管理水平和傳遞語音、數(shù)據(jù)、圖像及文字等各種信息。通信系統(tǒng)的服務范圍涵蓋了控制中心、車站、車輛段、停車場、地面線路、高架線路、地下隧道與列車。如圖3所示。

圖3 普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)隧道覆蓋方案

主要產品如圖4所示。

圖4 普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)主要產品

核心網(wǎng)設備（EPC）

負責終端認證、終端IP地址管理、移動性管理等，提供接口直接連接CBTC、PIS、CCTV等業(yè)務系統(tǒng)。核心網(wǎng)產品采用先進的ATCA硬件平臺和高性能的服務器，基于全IP方式的軟硬件設計，提供99.999%的電信級高可靠性設計，保證系統(tǒng)長時間不間斷工作，完全滿足LTE寬帶無線通信系統(tǒng)長期運行的要求。普天核心網(wǎng)產品采用先進的軟件設計架構，軟件功能獨立化、模塊化，具有完備的冗余工作模式和過載保護功能。可根據(jù)網(wǎng)絡的容量和性能需求，靈活部署系統(tǒng)硬件配置，滿足各種數(shù)據(jù)的傳輸要求。

無線基站設備（eNodeB）

普天無線基站產品是LTE光纖拉遠的分布式基站，由基帶控制單元eBBU和遠端射頻單元eRRU兩部分組成，eBBU與eRRU共同配合實現(xiàn)一個完整的eNode B邏輯功能�；緀NodeB為無線通信系統(tǒng)中的接入網(wǎng)設備，主要負責無線信號的發(fā)送和接收、空口無線資源管理和接入網(wǎng)側移動性管理，可采用模塊化、可配置、可裁剪的統(tǒng)一硬件架構平臺，實現(xiàn)設備的即插即用。基站實現(xiàn)通信系統(tǒng)空口通信的安全，即在終端和基站之間進行空口信令的完整性保護和加密、空口用戶面業(yè)務的加密保護。eNodeB主要由基帶控制單元（eBBU）和遠端射頻單元（eRRU）組成。eRRU通過數(shù)字光纖接口（Ir接口）與eBBU連接。

終端設備

終端設備分為車載設備（TAU）和便攜式的手持終端兩種類型。TAU通過Uu、Uw等無線接口與接入子系統(tǒng)相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。車載TAU是一款面向軌道交通行業(yè)專業(yè)定制的TAU機車設備，承載了地鐵列控、視頻監(jiān)控（CCTV）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）等數(shù)據(jù)接入業(yè)務。設備采用先進的LTE技術，針對地鐵應用開發(fā)的單播、組播以及基于LTE的QoS機制和擴展的VRRP技術確保了應用的高效、實時、安全、可靠。多媒體手持終端是基于TD-LTE標準打造的一款高端工業(yè)級，堅固型行業(yè)專用終端。設備融入自主知識產權的集群通信技術，可提供專網(wǎng)集群對講中最為強大的性能和優(yōu)秀的多媒體數(shù)字通信體驗。

三、系統(tǒng)功能

普天技術開發(fā)的城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代化軌道交通車地通信業(yè)務需求為設計原則，在保證列車運行控制系統(tǒng)安全可靠性的同時，實現(xiàn)軌道交通車地通信業(yè)務的統(tǒng)一綜合承載。系統(tǒng)通過Qos機制保障不同業(yè)務的優(yōu)先級和穩(wěn)定性，同時支持CBTC列車運行控制系統(tǒng)業(yè)務、列車緊急文本下發(fā)業(yè)務、列車運行狀態(tài)監(jiān)測業(yè)務、CCTV視頻監(jiān)控業(yè)務、PIS車載視頻業(yè)務、集群調度業(yè)務等需求，為軌道交通提供了高速移動下的安全可靠、高速度、高帶寬的車地通信網(wǎng)絡。

城軌交通中基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）是借助車地無線系統(tǒng)來進行車輛控制及管理的信號系統(tǒng)；PIS乘客信息系統(tǒng)用來為乘客提供車廂內多媒體信息服務以及緊急情況下的安全指導；CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于車廂內的安全監(jiān)控，幫助地鐵管理員掌控移動中列車車廂內的安全；另外，地鐵工作及安保人員還需要一個安全可靠、可以隨時隨地連接的集群調度通信系統(tǒng)。如圖5所示。

圖5 車地無線通信系統(tǒng)承載的業(yè)務

四、方案亮點

高可靠性

采用A、B雙網(wǎng)覆蓋設計；在系統(tǒng)軟件和硬件的配置方面注重系統(tǒng)的安全；在關鍵環(huán)節(jié)均采用備份設計，在關鍵的系統(tǒng)設備和主機設備上消除單點故障，通過設備冗余和負載分擔的方式來提高系統(tǒng)的可靠性；高效的多業(yè)務優(yōu)先級保障設計，提供9級QoS保障機制，根據(jù)各業(yè)務對可靠性、時延等的要求，系統(tǒng)為其分配不同的優(yōu)先級，保證高優(yōu)先級業(yè)務的傳輸。在同時傳輸CBTC、列車狀態(tài)監(jiān)測、車載視頻監(jiān)控信息和乘客信息時，通過Qos保障機制能確保高優(yōu)先級業(yè)務，如CBTC業(yè)務的傳輸，保障行車安全，提升運營效率。

低時延

系統(tǒng)采用扁平化組網(wǎng)方案，簡化了網(wǎng)絡架構，減少了網(wǎng)元數(shù)量，有效地縮短了端到端的數(shù)據(jù)傳輸時延，系統(tǒng)可靠性高，更加滿足城市軌道交通特別是信號系統(tǒng)的應用需求。

高速移動性

系統(tǒng)在設計上考慮了高速移動場景，支持高達350km/h的移動性，通過自動頻率控制改善無線鏈路的穩(wěn)定性，提升高速場景下的傳輸穩(wěn)定性，能夠滿足軌道交通200公里/小時的車地通信傳輸要求。

靈活組網(wǎng)

LTE系統(tǒng)具有頻譜靈活性特點，可支持不同大小的頻譜分配，可在不同大小的頻譜中部署，包括1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、 20MHz，支持成對和非成對頻譜，業(yè)務速率和頻譜利用率高。可靈活多級組網(wǎng)，傳輸網(wǎng)可采用環(huán)形、星形、環(huán)網(wǎng)+星形多種組網(wǎng)方式。

五、測試與應用

上海地鐵張江實訓基地試驗段

上海地鐵張江實訓線為地鐵培訓線路，全高架線，線路全長1.6Km，設置3站2區(qū)間。線路采用普天LTE-M系統(tǒng)實現(xiàn)雙網(wǎng)無縫覆蓋。在該試驗段完成北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室基于LTE技術的城市軌道車地通信綜合承載試驗段測試、與卡斯科信號系統(tǒng)實際線路對接測試、與上海富欣信號系統(tǒng)實際線路對接測試以及上海申通地鐵組織的LTE-M小帶寬組網(wǎng)測試。如圖6所示。

圖6 上海地鐵張江實訓基地試驗段

福州地鐵1號線試驗段

福州地鐵1號線試驗段全長10KM，全程地下隧道，采用普天LTE-M系統(tǒng)覆蓋，覆蓋場景包括隧道、站臺、站廳、室外停車場。列車運行最高時速為80Km公里/小時。綜合承載業(yè)務類型包括：實時多媒體信息、視頻監(jiān)控業(yè)務、多媒體集群調度、列車運行狀態(tài)實時上報。如圖7所示。

圖7 福州地鐵1號線試驗段

青島地鐵R3線

青島地鐵R3線正線70Km，地下線22Km，地面線48Km，全線設置23座車站、1座車輛段、2個停車場。嘉陵江路站與R2線同臺平行換乘，井岡山路站與M1線T型換乘，朝陽山CBD站與M6線L型換乘，珠海路站與M6線通道換乘。R3線采用B1型車4輛編組，系統(tǒng)最大設計能力30對/小時。列車最高運行速度120km/h。R3線目前已經(jīng)完成全部設計及相關測試驗證工作，正在進行設備的安裝和調試。如圖8所示。