城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的應(yīng)用探討

楊粹

【摘要】 本文以城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的實(shí)際需求為切入點(diǎn)，明確城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的應(yīng)用要求，繼而探討了車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信在城市軌道交通當(dāng)中的具體應(yīng)用方案，論證了利用TD-LTE技術(shù)構(gòu)建城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信專(zhuān)網(wǎng)的可行性，以供參考。

【關(guān)鍵詞】 城市軌道交通 車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信 TD-LTE技術(shù)

處于高速移動(dòng)狀態(tài)的列車(chē)如何與地面實(shí)現(xiàn)良好的信息交互是當(dāng)前地鐵建設(shè)的主要考慮因素，基于滿(mǎn)足地鐵運(yùn)營(yíng)需求的目的，地鐵隧道內(nèi)部設(shè)置了各種車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信系統(tǒng)，但是依舊無(wú)法徹底解決車(chē)地信息交互的問(wèn)題。因此，如何滿(mǎn)足地鐵各系統(tǒng)與乘客對(duì)車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的實(shí)際需求，降低建設(shè)成本是相關(guān)從業(yè)人員需要重點(diǎn)思考的問(wèn)題。

一、城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的需求分析

1.1 無(wú)線(xiàn)集群調(diào)度信息

在地鐵的正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程當(dāng)中，司機(jī)需要與調(diào)度員、值班員進(jìn)行無(wú)線(xiàn)調(diào)度語(yǔ)音通話(huà)，司機(jī)與維護(hù)人員是主要的使用對(duì)象。當(dāng)前，我國(guó)的地鐵無(wú)線(xiàn)集群調(diào)度系統(tǒng)采用的主要是800MHz的數(shù)字集群系統(tǒng)（TETRA）。該系統(tǒng)不僅具備調(diào)度語(yǔ)音通信功能，還具備短數(shù)據(jù)傳送功能。

1.2 列車(chē)控制信息

CBTC是應(yīng)用范圍最廣的地鐵信號(hào)專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)，車(chē)地間的列車(chē)控制信息傳送主要依靠ATC與CBTC兩個(gè)系統(tǒng)的移動(dòng)閉塞而實(shí)現(xiàn)。在無(wú)線(xiàn)通信制式，采用的常是WLAN技術(shù)，無(wú)線(xiàn)通道由地鐵信號(hào)系統(tǒng)單獨(dú)建立。

1.3 乘客信息多媒體信息

乘客信息多媒體信息的主要作用是向乘客播放各類(lèi)新聞以及進(jìn)行安全知識(shí)宣傳。當(dāng)前，我國(guó)地鐵基本上采用的都是WiMAX、R ailView、DVB-T等技術(shù)，地鐵車(chē)廂內(nèi)的乘客是其主要的指向用戶(hù)，其建設(shè)實(shí)施依賴(lài)地鐵乘客信息系統(tǒng)（PIS）而實(shí)現(xiàn)。

二、城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的應(yīng)用要求

以地鐵的無(wú)線(xiàn)通信需求為依據(jù)，可具體分為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、服務(wù)、控制、安全等類(lèi)的信息。城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的應(yīng)用要求可概括為如下幾點(diǎn)：

（1）要求擁有大帶寬的傳輸能力，可順利完成各種語(yǔ)音以及視頻業(yè)務(wù)，更好地適應(yīng)地鐵系統(tǒng)的帶寬需求，劃分各種等級(jí)的業(yè)務(wù)，體現(xiàn)出信息傳輸?shù)倪x擇性，即是主次分明。

（2）擁有高速移動(dòng)性，目前我國(guó)的地鐵時(shí)速大約為80km/h，要求車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信可滿(mǎn)足在此時(shí)速之下的穩(wěn)定傳輸需求，同時(shí)要求其具備足夠的發(fā)展余地，可滿(mǎn)足日后地鐵時(shí)速高達(dá)120km/h的傳輸需求。具備一定的先進(jìn)性，保證其核心技術(shù)在未來(lái)的30年之間不會(huì)被完全淘汰，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化鮮明，滿(mǎn)足相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展需求。

（3）具有高度的可實(shí)施性，適應(yīng)高架、隧道、軌道交通地下等特殊場(chǎng)合的實(shí)施需求，預(yù)留后期工程系統(tǒng)擴(kuò)容的余地?？煞譃槿齻€(gè)階段：一是初期，要求具備承載乘客信息的多媒體功能，包括車(chē)載火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)信息、司機(jī)室客室圖像信息等。二是近期，要求具備CBTC列車(chē)控制、無(wú)線(xiàn)集群調(diào)度、車(chē)載廣播等功能。三是遠(yuǎn)期，要求具備承載其余各種無(wú)線(xiàn)信息的功能。

三、城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信應(yīng)用的系統(tǒng)方案

3.1 總體方案

該系統(tǒng)采用的是TD-LTE系設(shè)備，以4級(jí)架構(gòu)的形式進(jìn)行設(shè)置，分別是中心級(jí)、車(chē)站級(jí)、區(qū)間級(jí)、車(chē)輛級(jí)。其中，中心級(jí)擔(dān)任TD-LTE核心網(wǎng)設(shè)備角色，車(chē)站級(jí)是BBU設(shè)備，區(qū)間級(jí)是RRU設(shè)備，車(chē)輛級(jí)則是TAU設(shè)備。在區(qū)間覆蓋方面，該系統(tǒng)采用的是合路方式，即是區(qū)間覆蓋結(jié)合民用通信區(qū)間漏泄電纜，有助于擴(kuò)大TD-LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)信號(hào)在隧道區(qū)間內(nèi)的覆蓋率。

3.2 控制中心方案

在控制中心設(shè)置一套網(wǎng)管設(shè)備以及TD-LTE核心網(wǎng)，以乘客信息系統(tǒng)核心交換機(jī)連接，依靠專(zhuān)屬的通信傳輸系統(tǒng)所提供的以太網(wǎng)（ethernet）通道實(shí)現(xiàn)與各個(gè)車(chē)站的BBU相互連接。同時(shí)連接控制中心FAS、控制中心PIS的心互聯(lián)接口，車(chē)輛內(nèi)的全部FAS信息與檢測(cè)信息均通過(guò)TD-LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂浦行暮诵木W(wǎng)之上，隨后再通過(guò)PIS實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸至車(chē)輛維修中心以及控制中心FAS。

3.3 車(chē)站與隧道方案

車(chē)站乘客信息系統(tǒng)跟數(shù)據(jù)交換機(jī)相互連接，同時(shí)在車(chē)站內(nèi)設(shè)置一套BBU設(shè)備，以光纖為連接載體，實(shí)現(xiàn)與區(qū)間RRU的相互連接。RRU的主要作用是接收車(chē)輛TAU信息，隨后再經(jīng)過(guò)車(chē)站BBU乘客信息系統(tǒng)以及專(zhuān)用通信傳輸系統(tǒng)，將所接收的車(chē)輛TAU信息傳輸?shù)娇刂浦行闹稀⒑下菲髟O(shè)備設(shè)置在隧道之內(nèi)，整合TD-LTE車(chē)地?zé)o線(xiàn)信號(hào)與各個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，隨后饋人區(qū)間民用漏泄電纜之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸，以期覆蓋整個(gè)區(qū)間。

3.4 車(chē)載與車(chē)輛段方案

將兩套TAU設(shè)備分別安裝在列車(chē)的兩端司機(jī)室，并且在車(chē)頂?shù)奈恢眉友b一套TAU天線(xiàn)設(shè)備，連接車(chē)輛控制總線(xiàn)、車(chē)載乘客信息系統(tǒng)、車(chē)載視頻等。在此基礎(chǔ)下，車(chē)輛的全部信息，包括檢測(cè)信息、視頻畫(huà)面等均可實(shí)現(xiàn)上傳至控制終端，同時(shí)接收PIS的多媒體播放信息。針對(duì)全部的車(chē)輛段均設(shè)置天饋系統(tǒng)、BBU、RRU，以期將整個(gè)地面場(chǎng)區(qū)進(jìn)行覆蓋，包括運(yùn)用檢修庫(kù)、出入段線(xiàn)等。

四、城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的應(yīng)用測(cè)試

（1） RRC建立成功率。進(jìn)行信號(hào)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的測(cè)試，包括TAU與RRC的連接成功率，經(jīng)測(cè)試，RRC建立成功率為100%。

（2） ERAB建立成功率。對(duì)ERAB與TAU的建立成功率進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)測(cè)試，ERAB建立成功率為100%。

（3）切換成功率測(cè)試。計(jì)算總切換的次數(shù)與成功的次數(shù)比值，>97%視為正常，經(jīng)測(cè)試，在列車(chē)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，切換成功率達(dá)到98%以上。

（4）單用戶(hù)上行吞吐率測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，單用戶(hù)上行吞吐率最小為6.5Mbit/s，最大為8.2Mbit/s，平均為7.4Mbit/s。

（5）單用戶(hù)下行吞吐率測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，單用戶(hù)行吞吐率最小為6.1Mbit/s，最大為13Mbit/s，平均為8.5Mbitjs。

（6）切換時(shí)延測(cè)試。所謂的切換時(shí)延，即是在進(jìn)行切換操作的過(guò)程當(dāng)中，移動(dòng)臺(tái)切換至通信鏈路的所需時(shí)間，控制面的合理切換時(shí)延為50ms，而用戶(hù)面則是控制面的兩倍左右。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，TD-LTE技術(shù)在城市軌道交通專(zhuān)網(wǎng)當(dāng)中具有高度的應(yīng)用價(jià)值，克服了地鐵的電磁環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了大帶寬傳輸以及高速移動(dòng)的重要目的，完成了多業(yè)務(wù)承載，有助于搭建可靠的地鐵車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信傳輸平臺(tái)。當(dāng)前，TD-LTE技術(shù)已經(jīng)突破了支持集群調(diào)度通信系統(tǒng)的技術(shù)難關(guān)，因此，TETRA被TD-LTE技術(shù)所取代是大勢(shì)所趨，有助于打破地鐵內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)之間所存在的連接障礙，促進(jìn)資源整合，以期全面提高我國(guó)城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信的應(yīng)用水平。