LTE系統(tǒng)在地鐵專網(wǎng)中的應(yīng)用與發(fā)展

張朝

摘要：城市軌道交通無線通信業(yè)務(wù)有如下3種需求：對車廂進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，從而提高列車運(yùn)行過程中的安全性;通過車載PIS業(yè)務(wù)和車內(nèi)寬帶接入業(yè)務(wù)提升乘客的出行體驗(yàn);通過承載列車列控信息，對列車的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。基于LTE（LongTermEvolution）無線通信的集語音、視頻和數(shù)據(jù)為一體的寬帶數(shù)字集群技術(shù)可以滿足高寬帶、高可靠性業(yè)務(wù)需求。

關(guān)鍵詞：LTE系統(tǒng);地鐵專網(wǎng);應(yīng)用與發(fā)展

地鐵通信是保證城市軌道交通行車組織和安全的重要手段，主要完成調(diào)度員與列車司機(jī)之間溝通、行車指令下達(dá)、監(jiān)視列車運(yùn)行、客流情況分析及票務(wù)數(shù)據(jù)分析等。地鐵通信主要是傳送語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及視頻業(yè)務(wù)，早期都是通過2M通道和以太網(wǎng)通道進(jìn)行傳輸，需要的帶寬小。近年來，由于視頻信號由原來的模擬信號發(fā)展成現(xiàn)在的高清數(shù)字信號、模擬語音發(fā)展成現(xiàn)在的數(shù)字視頻通話等，因此需要的帶寬越來越大，對穩(wěn)定性的需求也越來越高。隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，LTE系統(tǒng)慢慢進(jìn)入了地鐵通信行業(yè)。

1傳統(tǒng)車地?zé)o線與LTE技術(shù)對比

基于WLAN的傳統(tǒng)車地?zé)o線具有如下幾種問題。（1）信號覆蓋距離短、信號穩(wěn)定性差，特別是高速場景下的業(yè)務(wù)可靠性差。（2）列車在AP之間頻繁切換造成的頻繁漫游，容易造成實(shí)時視頻流的中斷和產(chǎn)生馬賽克。（3）網(wǎng)絡(luò)安全問題。使用公共的WLAN頻段，容易受到公共頻道干擾，存在一定的網(wǎng)絡(luò)安全甚至是行車安全隱患。（4）產(chǎn)生管理問題。線路多、隧道區(qū)間長導(dǎo)致AP設(shè)備多，設(shè)備管理和維護(hù)難度增大。軌道交通車地?zé)o線業(yè)務(wù)需求場景中：CBTC為上下行低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)需求需要提供雙向、連續(xù)、高可靠的車地?zé)o線傳輸通信;乘客PIS業(yè)務(wù)則以下行數(shù)據(jù)為主，向乘客提供各類信息節(jié)目播放;車載CCTV業(yè)務(wù)則以上行數(shù)據(jù)傳輸為主，將列車實(shí)時監(jiān)控圖像上傳到控制中心供調(diào)度指揮人員查看。通過業(yè)務(wù)場景的分析可知，需要為車地之間的數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多種業(yè)務(wù)提供實(shí)時性和高可靠性的無線傳輸通道。LTE（LongTermEvolution）是由3GPP組織制定的UMTS（通用移動通信系統(tǒng)）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進(jìn)。由于引入了OFDM（正交頻分復(fù)用）和MIMO（多輸入多輸出）等關(guān)鍵通信技術(shù)，大大增加了數(shù)據(jù)的傳輸速率和頻譜效率。在20MHz頻譜帶寬下能提供下行100Mb/s、上行50Mb/s的峰值速率，國內(nèi)軌道交通行業(yè)可供劃分使用的LTE頻段為1.785～1.805GHz。

2軌道交通無線調(diào)度系統(tǒng)組網(wǎng)解決方案

地鐵調(diào)度系統(tǒng)主要完成在線列車運(yùn)行控制、車次號的自動識別與追蹤、事件與報(bào)警管理等功能，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度員對列車司機(jī)、運(yùn)營、維護(hù)、治安值班等工作人員的高效及時的調(diào)度控制及授權(quán)人員之間的互相通話，是地鐵提高運(yùn)營效率、確保行車安全以及應(yīng)對突發(fā)事件的必要手段。TD-LTE的數(shù)據(jù)傳輸能力優(yōu)勢主要能支持以下幾個功能：1.現(xiàn)場視頻監(jiān)控。利用固定臺、車載臺的攝像頭，調(diào)度臺可以對車站值班室、列車駕駛室進(jìn)行實(shí)時的現(xiàn)場監(jiān)控;利用手持臺，也可以直接進(jìn)行視頻回傳。2.現(xiàn)場應(yīng)急指揮調(diào)度。在傳統(tǒng)語音指揮調(diào)度的基礎(chǔ)上，支持應(yīng)急現(xiàn)場接入設(shè)備。3.IP數(shù)據(jù)雙向傳輸。系統(tǒng)提供了IP數(shù)據(jù)雙向傳輸能力，全I(xiàn)P式的系統(tǒng)架構(gòu)，可以承載其他的各種應(yīng)用，功能擴(kuò)展性強(qiáng)。本系統(tǒng)可以給旅客信息系統(tǒng)PIS提供無線傳輸通道，帶寬完全可以滿足PIS系統(tǒng)的需要。甚至CBTC系統(tǒng)也可以借助本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行穩(wěn)定傳輸。系統(tǒng)根據(jù)承載的應(yīng)用類型提供不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)保證，確保高優(yōu)先級應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。

3地鐵信號系統(tǒng)中LTE技術(shù)的應(yīng)用

3.1基站覆蓋子系統(tǒng)

LTE基站覆蓋子系統(tǒng)其中主要是包含了無線系統(tǒng)、車站交換機(jī)以及LTE基站等方面內(nèi)容。首先，LTE基站設(shè)備中同樣采用了A和B雙網(wǎng)形式的冗余設(shè)計(jì)方式，工作過程中需要采用1785～1805mHz中的兩個5m頻段。一般情況下，A和B網(wǎng)基站組網(wǎng)已經(jīng)呈現(xiàn)出了完全獨(dú)立的狀態(tài)，在實(shí)際供電和開展光纜通路工作的過程中保持著較高的獨(dú)立性，將單點(diǎn)故障所引起的信號盡可能地控制。同時A和B網(wǎng)基站在采用布點(diǎn)覆蓋方式的時候，需要和天饋系統(tǒng)保持著一致性，并且需要注意到A和B網(wǎng)基站本身在信號強(qiáng)度方面的分布情況具有較高的相似性，相鄰基站之間的重疊覆蓋范圍較大，能良好提升信號覆蓋時的充分性和可靠性，為強(qiáng)化地鐵線路之間的信號傳輸效果提供重要的前提支撐。其次，將LTE骨干網(wǎng)交換機(jī)設(shè)置在地鐵線路設(shè)備的集中站內(nèi)，促進(jìn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)通信在時間上都保持著較高的同步性，這其中骨干網(wǎng)交換機(jī)主要是針對地鐵軌旁LTE基站和核心網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和處理的。

3.2中心控制子系統(tǒng)的應(yīng)用

LTE技術(shù)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，其核心網(wǎng)EPC設(shè)備，這是各項(xiàng)業(yè)務(wù)實(shí)際開展的進(jìn)口和出口。將LTE技術(shù)投入到地鐵信號系統(tǒng)中，開展通信網(wǎng)絡(luò)工作，需要同時采用兩套EPC系統(tǒng)設(shè)備發(fā)揮良好的運(yùn)行作用，從而為兩方面的LTE網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)傳輸通道，需要注意到的是，其中的數(shù)據(jù)傳輸通道是不同的，因而信息傳輸過程中能夠有效傳輸不同情況的信息和數(shù)據(jù)。LTE網(wǎng)管系統(tǒng)能夠針對LTE的A和B雙網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一性的負(fù)責(zé)，主要是針對LTE基站、LTE核心網(wǎng)以及LTE車載終端等設(shè)備進(jìn)行全面細(xì)致的管理和配置，同時強(qiáng)化整體的維護(hù)工作。在SNMP協(xié)議的作用下，LTE網(wǎng)管系統(tǒng)還能有效開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)控和管理功能，這主要是針對其他方面設(shè)備進(jìn)行的，通常是時鐘服務(wù)器進(jìn)行的，并且能夠向外部網(wǎng)管系統(tǒng)提供系統(tǒng)性和綜合性的信息和數(shù)據(jù)。在當(dāng)前地鐵運(yùn)行系統(tǒng)之中，按照一條地鐵線路設(shè)置兩臺時鐘服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)開展各項(xiàng)布置工作，保證地鐵信號系統(tǒng)能夠擁有充分的信號支撐。布置時鐘服務(wù)器的時候，主要是采用1588V2的網(wǎng)絡(luò)同步方式，這是一種精確時間協(xié)議PTP，能夠保證LTE技術(shù)系統(tǒng)中的A和B網(wǎng)基站都將具備同步的微秒級時鐘效果，按照每臺時鐘的服務(wù)器之中都能夠采用獨(dú)立的GPS輸入方式，從而整體的地鐵信號系統(tǒng)時鐘都具有著同樣的標(biāo)準(zhǔn)，減少信號延遲的情況出現(xiàn)。

4結(jié)語

LTE系統(tǒng)具有頻帶寬、成本低及承載業(yè)務(wù)多等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)?shù)罔F列車實(shí)現(xiàn)無人駕駛時，需滿足大量的列車視頻上傳、列車狀態(tài)信息上傳及自動控制信號的穩(wěn)定傳輸?shù)刃枨螅琇TE系統(tǒng)是最好的選擇。目前，該系統(tǒng)在地鐵上的應(yīng)用還處于摸索階段，需根據(jù)地鐵現(xiàn)場需求進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)更多的功能。

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（作者單位：成都地鐵運(yùn)營有限公司）