軌道交通無線系統(tǒng)在5G技術(shù)方案的研究

馬江橋

（天津泰達(dá)城市軌道投資發(fā)展有限公司，天津 300457）

1 概述

城市軌道交通無線通信系統(tǒng)通過工作站、HPR、LRV機(jī)車臺(tái)和LR巴士機(jī)車臺(tái)向公司用戶提供一對(duì)一呼叫和組呼的無線通信，包括但不限于LR OCC調(diào)度員、LR巴士調(diào)度員、車輛段調(diào)度員和各專業(yè)維修人員。具備高效、安全加密的數(shù)據(jù)傳輸能力；豐富的集群調(diào)度功能，滿足集群指揮調(diào)度需求，有效提高生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、管理和溝通效率。

2 系統(tǒng)方案構(gòu)成

圖 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 MCPTT Sever的部署和實(shí)現(xiàn)

MCPTT服務(wù)提供的是一種增強(qiáng)型的PTT服務(wù)，適用于執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)的場(chǎng)景，支持鑒權(quán)、組附屬、組管理、組呼、單呼、視頻組呼、視頻單呼、優(yōu)先級(jí)呼叫、發(fā)言權(quán)控制、位置上報(bào)等功能。同時(shí)，還可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)。

MCPTT運(yùn)行在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上的全I(xiàn)P應(yīng)用層服務(wù)，使用基于IMS域的實(shí)現(xiàn)方案，綜合了大帶寬、低延遲、易于大規(guī)模建網(wǎng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，相比于現(xiàn)有的技術(shù)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。MCPTT聚焦應(yīng)用層，基于IMS架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)端到端應(yīng)用層業(yè)務(wù)，通過MCPTT應(yīng)用服務(wù)器與UE客戶端應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)集群業(yè)務(wù)功能。

MCPTT系統(tǒng)由MCPTT業(yè)務(wù)服務(wù)器、SIP核心服務(wù)器、通用業(yè)務(wù)服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器及網(wǎng)管終端等設(shè)備組成。通過相關(guān)接口與5G系統(tǒng)互連，實(shí)現(xiàn)無線和有線調(diào)度業(yè)務(wù)的控制和管理。

3.1 系統(tǒng)組網(wǎng)方案

關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過相關(guān)接口與5G系統(tǒng)互連，通過終端接口與終端設(shè)備互通。

MCPTT業(yè)務(wù)服務(wù)器完成語音、視頻、數(shù)據(jù)調(diào)度業(yè)務(wù)的處理。

通用業(yè)務(wù)服務(wù)器完成通用業(yè)務(wù)的處理，包含身份管理、配置管理等。

SIP核心服務(wù)器完成關(guān)鍵業(yè)務(wù)相關(guān)的IMS核心網(wǎng)功能，其中包含了完成IMS業(yè)務(wù)所需的邏輯實(shí)體。

系統(tǒng)網(wǎng)管服務(wù)器完成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)。

3.2 終端設(shè)置及接入方案

終端應(yīng)能通過5G核心網(wǎng)（5GC）中的MCPTT服務(wù)器完成互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)無線與有線系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度通信功能。

3.3 系統(tǒng)網(wǎng)管方案

本工程新設(shè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備由該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。

3.4 設(shè)備供電需求

關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備采用220V交流供電。

3.5 編號(hào)原則

本工程對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)的重要用戶終端進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，分配惟一的號(hào)碼和關(guān)鍵業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)。

3.6 與5G互聯(lián)

關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過相關(guān)接口與5G系統(tǒng)互連。

MCPTT基本功能表如下：

基本業(yè)務(wù)功能MCPTT語音業(yè)務(wù) 單呼、組呼、廣播組呼、緊急呼叫、環(huán)境監(jiān)聽MCDATA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) SDS短數(shù)據(jù)、FD文件分發(fā)MCVEDIO視頻業(yè)務(wù) 單呼、組呼、視頻單呼、視頻組呼、視頻上拉、視頻推送、環(huán)境監(jiān)視

補(bǔ)充業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)組管理：組重組、用戶重組優(yōu)先級(jí)管理：用戶優(yōu)先級(jí)、組優(yōu)先級(jí)訂閱通知：會(huì)議狀態(tài)事件包位置信息上報(bào)應(yīng)用層安全：鑒權(quán)、加密

MCPTT服務(wù)器可直接部署在私有云上，也可以設(shè)置獨(dú)立的MCPTT服務(wù)器。通過網(wǎng)關(guān)連接到切片后的5G網(wǎng)絡(luò)上，通過上述兩個(gè)方式可實(shí)現(xiàn)MCPTT服務(wù)器的部署和實(shí)現(xiàn)。

4 調(diào)度臺(tái)、機(jī)車臺(tái)、無線固定臺(tái)、手持臺(tái)、錄音、網(wǎng)管方案

4.1 調(diào)度臺(tái)

調(diào)度臺(tái)是調(diào)度通信系統(tǒng)最重要的人機(jī)界面，由一個(gè)基于PC的控制臺(tái)和相應(yīng)的控制臺(tái)接口電子設(shè)備構(gòu)成，接口設(shè)備為調(diào)度員提供語音接口。調(diào)度員通過鍵盤或鼠標(biāo)向系統(tǒng)發(fā)出命令或請(qǐng)求，系統(tǒng)通過監(jiān)視器或其他輸出設(shè)備進(jìn)行響應(yīng)，為調(diào)度員提供友好的人機(jī)界面。

調(diào)度臺(tái)分為行車調(diào)度員、總調(diào)度員、通信控制員工作站、SPT工作站、CPA工作站。

其中行車調(diào)度臺(tái)主要用于行車調(diào)度員對(duì)正線列車資源，車站通話組及所管理的手持臺(tái)用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度。行車調(diào)度界面具有在線列車、班組、電臺(tái)、電話及調(diào)度呼叫、調(diào)度命令等操作對(duì)象。

4.2 調(diào)度服務(wù)器

調(diào)度服務(wù)器，主要是接收并解析，信號(hào)系統(tǒng)提供ATS列車信息、時(shí)鐘系統(tǒng)提供的時(shí)間同步信號(hào)；利用設(shè)備商提供的API與系統(tǒng)進(jìn)行信息的交互；能夠存儲(chǔ)列車信息，通話記錄、電臺(tái)信息，故障記錄等所有的記錄信息，并能夠查詢和導(dǎo)出；能夠及時(shí)提供調(diào)度臺(tái)、網(wǎng)管、機(jī)車臺(tái)、固定臺(tái)所需的信息。為信令控制點(diǎn)，所有的控制都匯集到它進(jìn)行處理。作為媒體控制點(diǎn)，所有的媒體流都匯集到它進(jìn)行處理。調(diào)度服務(wù)器采用雙機(jī)熱備份工作方式，當(dāng)主用調(diào)度服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，備用調(diào)度服務(wù)器會(huì)取代所有的調(diào)度處理過程。從主用到備用控制器的轉(zhuǎn)換以自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行。在自動(dòng)轉(zhuǎn)換情況下，由備用服務(wù)器負(fù)責(zé)檢測(cè)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的條件，并自動(dòng)采取轉(zhuǎn)換動(dòng)作，并擔(dān)任主用調(diào)度服務(wù)器的工作。為了保證服務(wù)器正常的運(yùn)行，可以編程調(diào)度服務(wù)器，以便在一段編程時(shí)間之后可以周期地交替使用調(diào)度服務(wù)器。

4.3 機(jī)車臺(tái)（LRV機(jī)車臺(tái)/LR 巴士機(jī)車臺(tái)）

為滿足軌道交通應(yīng)用的特殊需求，我們需要進(jìn)行機(jī)車臺(tái)開發(fā)。機(jī)車臺(tái)主要用于列車司機(jī)與調(diào)度員及其他無線用戶之間的話音及短消息、狀態(tài)消息的通信，以及列車廣播。機(jī)車臺(tái)具有人機(jī)操作面板，采用中文界面并開發(fā)適合軌道交通應(yīng)用的全新的控制面板，常用的呼叫只要按一個(gè)按鍵，避免出錯(cuò)及大量繁瑣的操作，使列車司機(jī)的操作簡(jiǎn)單、高效。

機(jī)車臺(tái)供電采用的110VDC，為此我們開發(fā)了專用的電源單元。采用成熟可靠的電源模塊為機(jī)車臺(tái)供電，輸入電源電壓范圍寬，效率高。該電源單元能夠適應(yīng)機(jī)車上復(fù)雜的電源環(huán)境，克服機(jī)車升降弓等操作對(duì)機(jī)車臺(tái)工作穩(wěn)定性的影響。

機(jī)車臺(tái)支持來自兩個(gè)不同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（MNO）的兩個(gè)帶有專用接入點(diǎn)名稱（APN）的sim卡，支持雙卡雙待雙通模式，熱備冗余設(shè)計(jì)，LRV的雙sim卡同時(shí)處于激活模式，支持當(dāng)其中一個(gè)MNO的服務(wù)質(zhì)量下降或不可用時(shí)自動(dòng)切換或負(fù)載平衡。

4.4 固定臺(tái)（巴士管理工作站）

固定臺(tái)核心部分采用5G模塊，與電源單元、顯示控制單元等單元一起構(gòu)成一個(gè)完整的固定臺(tái)。固定臺(tái)主要完成對(duì)巴士機(jī)車臺(tái)的呼叫。

固定臺(tái)包含1個(gè)5G模塊。

固定臺(tái)可以對(duì)自己工作電源、溫度等情況進(jìn)行自檢，如果超過正常范圍，將給出告警信息。并將告警信息通過短數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心。

全面支持5G寬帶集群語音對(duì)講調(diào)度業(yè)務(wù)，具有GPS定位功能，加密功能，音頻錄制功能。

支持多種近場(chǎng)通信方式，藍(lán)牙，WLAN。

4.5 維護(hù)終端（MT）、網(wǎng)管（NMS）

網(wǎng)管軟件是以Windows操作系統(tǒng)為平臺(tái)，利用了IP技術(shù)，向用戶提供友好的全中文圖形界面。對(duì)無線設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理的功能。監(jiān)控對(duì)象包括：主系統(tǒng)設(shè)備、調(diào)度臺(tái)、無線調(diào)度臺(tái)、調(diào)度服務(wù)器、網(wǎng)管、固定臺(tái)、機(jī)車臺(tái)等。實(shí)時(shí)顯示各個(gè)設(shè)備狀態(tài)，轉(zhuǎn)發(fā)告警信息，并在存儲(chǔ)所有信息以方便查詢。網(wǎng)管人員也可以使用網(wǎng)管設(shè)備查詢所有用戶狀態(tài)信息、呼叫記錄，可以對(duì)終端發(fā)送遙斃/遙活指令和動(dòng)態(tài)重組指令。

無線網(wǎng)管系統(tǒng)包括網(wǎng)管工作站和網(wǎng)管服務(wù)器。

維護(hù)終端允許維護(hù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿接性破脚_(tái)。

4.6 數(shù)字語音記錄系統(tǒng)（DVRS）

數(shù)字語音記錄系統(tǒng)具備顯示通話列表，已開啟錄音信息列表，歷史事件列表。錄音根據(jù)開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間，呼叫類型，接收方、發(fā)起方、參與方等多種條件進(jìn)行查詢、錄音播放，導(dǎo)出和下載，參數(shù)配置和設(shè)置等功能。

5 結(jié)束語

相比傳統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在時(shí)延、吞吐量、連接數(shù)密度等參數(shù)指標(biāo)上有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以較好地應(yīng)對(duì)城市軌道交通場(chǎng)景用戶接入量大、列車高速運(yùn)行、突發(fā)性高數(shù)據(jù)量的情況。