地鐵綜合車地?zé)o線系統(tǒng)建設(shè)模式比選

許釗

摘 要：近年來，隨著地鐵車地?zé)o線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)及通信系統(tǒng)所采用的車地通信方式均發(fā)展為L(zhǎng)TE系統(tǒng)。本文針對(duì)地鐵車地?zé)o線通信系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)劃做出討論，并進(jìn)行比較，最后提出解決問題的可能的方向。

關(guān)鍵詞：地鐵；車地通信；通信系統(tǒng)；信號(hào)系統(tǒng)；LTE

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.地鐵車地?zé)o線傳輸需求分析

根據(jù)目前軌道交通發(fā)展，現(xiàn)階段地鐵車地通信所需傳輸?shù)膬?nèi)容包括如下：集群調(diào)度通信、乘客信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)圖像下發(fā)、車載視頻監(jiān)控圖像回傳、緊急文本、列車狀態(tài)信息、及信號(hào)CBTC業(yè)務(wù)。各業(yè)務(wù)需求見表1。

每個(gè)小區(qū)按照極限情況下容納6列車時(shí)的業(yè)務(wù)見表2。

2.地鐵車地?zé)o線通信整體規(guī)劃

根據(jù)城市軌道交通目前頻率規(guī)劃，結(jié)合上述帶寬分析表，考慮到地鐵列車運(yùn)行速度為80km/h～160km/h，需采用LTE技術(shù)搭建綜合承載網(wǎng)。由于無法滿足乘客信息系統(tǒng)車載視頻回傳功能（根據(jù)上表），推薦乘客信息系統(tǒng)單獨(dú)建設(shè)車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，不納入LTE綜合車地?zé)o線綜合承載網(wǎng)。

即車地綜合無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共包含4個(gè)業(yè)務(wù)：CBTC列控?cái)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)、無線調(diào)度業(yè)務(wù)、緊急信息業(yè)務(wù)、列車狀態(tài)信息，各業(yè)務(wù)對(duì)車地?zé)o線系統(tǒng)傳輸速率的要求分別為：

CBTC單網(wǎng)速率要求不低于0.5 Mbit/s；

無線調(diào)度業(yè)務(wù)單網(wǎng)速率要求不低于2 Mbit/s；

列車運(yùn)行緊急數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)單位速率要求不低于100 Kbit/s；

列車狀態(tài)信息業(yè)務(wù)速率要求不低于100Kbit/s；

根據(jù)以上對(duì)本工程車地?zé)o線傳輸業(yè)務(wù)的需求分析，可實(shí)現(xiàn)的LTE無線信息傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組網(wǎng)方案有以下3種：

（一）某專業(yè)單獨(dú)建設(shè)LTE綜合承載網(wǎng)絡(luò)

建設(shè)一套硬件完全冗余的LTE綜合承載網(wǎng)絡(luò)，考慮到信號(hào)CBTC系統(tǒng)對(duì)無線數(shù)據(jù)的可靠性、安全性要求更高，必須采用雙網(wǎng)冗余的設(shè)置方式。

此方案有兩種建設(shè)模式：通信專業(yè)建設(shè)或信號(hào)專業(yè)建設(shè)。

使用LTE綜合承載CBTC、無線調(diào)度等業(yè)務(wù)時(shí)，與LTE網(wǎng)絡(luò)存在接口界面的系統(tǒng)有無線調(diào)度子系統(tǒng)、CCTV子系統(tǒng)、時(shí)鐘子系統(tǒng)、集中告警子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、地面信號(hào)系統(tǒng)、車載信號(hào)系統(tǒng)，其中前5個(gè)子系統(tǒng)都屬于通信系統(tǒng)，并且LTE網(wǎng)絡(luò)與公安無線子系統(tǒng)（TETRA）共用漏纜，通信系統(tǒng)中就有多達(dá)6個(gè)子系統(tǒng)與LTE網(wǎng)絡(luò)存在接口；而信號(hào)系統(tǒng)中僅僅有地面信號(hào)系統(tǒng)和車載信號(hào)系統(tǒng)與LTE網(wǎng)絡(luò)存在接口。

以上子系統(tǒng)中，地面CCTV子系統(tǒng)、時(shí)鐘子系統(tǒng)、集中告警子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)及地面信號(hào)子系統(tǒng)都位于控制中心或車輛段；車載無線調(diào)度子系統(tǒng)及車載信號(hào)子系統(tǒng)則位于車輛上；公安無線子系統(tǒng)則在線路區(qū)間存在與LTE網(wǎng)絡(luò)的接口。

（1）LTE放入通信（包含信號(hào)與通信各建一個(gè)核心網(wǎng)方式）的接口界面劃分

由于LTE放入通信系統(tǒng)，LTE網(wǎng)絡(luò)與無線調(diào)度系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、集中告警系統(tǒng)之間的接口都屬于通信系統(tǒng)內(nèi)部的接口。

而信號(hào)系統(tǒng)與整個(gè)通信系統(tǒng)的接口只有兩處，一處是在控制中心地面信號(hào)系統(tǒng)與LTE核心網(wǎng)之間的接口；另一處是在車輛上車載信號(hào)系統(tǒng)與LTE車載終端TAU之間的接口。

因此，LTE放入通信包中后，信號(hào)與通信兩大系統(tǒng)之間的接口非常簡(jiǎn)單明了；并且LTE網(wǎng)絡(luò)與其他多個(gè)子系統(tǒng)之間的接口放在通信系統(tǒng)內(nèi)部則更加簡(jiǎn)單、方便，通信系統(tǒng)人員具備豐富的經(jīng)驗(yàn)，處理起來輕車熟路。

（2） LTE放入信號(hào)的接口界面劃分

由于LTE放入信號(hào)系統(tǒng)，LTE網(wǎng)絡(luò)與無線調(diào)度系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、集中告警系統(tǒng)之間的接口變成了跨越信號(hào)與通信兩大系統(tǒng)的外部接口。

此時(shí)信號(hào)系統(tǒng)與整個(gè)通信系統(tǒng)的接口多達(dá)8處，其中5處是在控制中心無線調(diào)度系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、集中告警系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)與LTE核心網(wǎng)之間的接口；兩處是車輛上車載無線調(diào)度系統(tǒng)、車載CCTV與LTE車載終端TAU之間的接口；1處是在整個(gè)線路區(qū)間公安無線（TETRA）可能與LTE網(wǎng)絡(luò)通過合路器共用漏纜，這里還沒有考慮所有LTE基站都與傳輸子系統(tǒng)在各個(gè)車站存在接口。

因此，LTE放入信號(hào)包后，信號(hào)與通信兩大系統(tǒng)之間的接口會(huì)異常復(fù)雜；并且對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員而言，由于之前從來沒有接觸過通信各子系統(tǒng)，沒有這方面的經(jīng)驗(yàn)，處理起來會(huì)有一定困難。

（二）通信信號(hào)各自獨(dú)立建設(shè)LTE單網(wǎng)

通信信號(hào)專業(yè)各自建設(shè)一套LTE硬件傳輸網(wǎng)絡(luò)，通信專業(yè)單網(wǎng)承載無線調(diào)度業(yè)務(wù)和列車運(yùn)行緊急數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)?？紤]到信號(hào)CBTC系統(tǒng)對(duì)無線數(shù)據(jù)的可靠性、安全性要求更高，必須采用雙網(wǎng)冗余的設(shè)置方式，則由通信專業(yè)為信號(hào)專業(yè)配置冗余無線數(shù)據(jù)傳輸通道，以滿足信號(hào)系統(tǒng)冗余需求。

優(yōu)點(diǎn)：該方案同樣整體降低本工程LTE車地?zé)o線信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)，實(shí)現(xiàn)資源的整合和充分利用，技術(shù)上滿足信號(hào)系統(tǒng)對(duì)車地?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，?jié)約頻帶資源的使用寬度。

缺點(diǎn)：信號(hào)系統(tǒng)與通信系統(tǒng)在無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)增加了接口，同時(shí)信號(hào)系統(tǒng)的冗余通道的可靠性和安全性需要由通信系統(tǒng)保障。

（三）通信獨(dú)立建設(shè)單網(wǎng)，信號(hào)專業(yè)獨(dú)立建設(shè)冗余雙網(wǎng)

通信專業(yè)獨(dú)立建設(shè)一套LTE硬件傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，承載無線調(diào)度業(yè)務(wù)和列車運(yùn)行緊急數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)?？紤]到信號(hào)CBTC系統(tǒng)對(duì)無線數(shù)據(jù)的可靠性、安全性要求更高，必須采用雙網(wǎng)冗余的設(shè)置方式，信號(hào)專業(yè)獨(dú)立建設(shè)一套冗余無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

優(yōu)點(diǎn)：該方案通信信號(hào)兩個(gè)系統(tǒng)在無線信息傳輸系統(tǒng)上完全獨(dú)立，工程安裝、調(diào)試，后期的設(shè)備維護(hù)都相對(duì)獨(dú)立，降低了專業(yè)之間的依賴，管理上更為便利。

缺點(diǎn)：增加了工程建設(shè)的成本，增加了無線頻帶資源的使用寬度。

結(jié)論

目前國(guó)內(nèi)地鐵擬申請(qǐng)的頻帶資源寬度為13MHz～20MHz，均能滿足以上3種方案的建設(shè)和使用需求。以上各方案均有優(yōu)缺點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)從資源整合，降低工程整體造價(jià)，合理配置系統(tǒng)設(shè)備的角度出發(fā)，建議通信、信號(hào)各建一套核心網(wǎng)設(shè)備，同時(shí)應(yīng)結(jié)合各地?zé)o線電管理委員會(huì)的頻帶資源批復(fù)情況，確定最終方案。

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