軌道交通無線通信綜合承載網(wǎng)解決方案研究

天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司　朱　偉

隨著人們的生活質(zhì)量和水平的不斷提高，對軌道交通的安全性和舒適性也提出了更高的要求。從目前的情況來看，我國城市軌道交通的運(yùn)營業(yè)務(wù)量與日俱增，以往傳統(tǒng)的軌道交通無線通信技術(shù)和方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)今時代人們的需求。為了能夠提高服務(wù)品質(zhì)，同時也能夠節(jié)約頻率資源，使整個無線通信系統(tǒng)能夠最大程度的發(fā)揮其效能，行業(yè)人員著力于建設(shè)新的軌道交通無線通信綜合承載網(wǎng)解決方案工作當(dāng)中，從而推動軌道交通行業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展和進(jìn)步。

1　軌道交通車地?zé)o線通信業(yè)務(wù)概述

1.1　信號系統(tǒng)

從目前的情況來看，在軌道交通行業(yè)當(dāng)中，主要有以下幾個方面需要車地?zé)o線通信業(yè)務(wù)。

首先。是信號系統(tǒng)方面的需求。舊信號系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)所傳遞的信息主要是列控CBTC信息，在這當(dāng)中，地面相關(guān)的設(shè)施需要對軌道列車所傳輸?shù)男畔⒅饕辛熊囎R別號、移動授權(quán)、運(yùn)營調(diào)整指令以及限速信息等內(nèi)容，軌道車輛向地面的設(shè)備傳輸信息的內(nèi)容主要有：列車的定位、行駛的速度、以及開關(guān)屏蔽門和列車的車組號等信息。列車在高速行駛的狀態(tài)之時，需要無線通信信號能夠穩(wěn)定，并且要滿足帶寬的要求，同時還需要實(shí)現(xiàn)Qos的保障機(jī)制，要求主備冗余的雙向數(shù)據(jù)通道一定要滿足實(shí)時傳輸。

在列控系統(tǒng)的安全性、可靠性以及實(shí)時性方面，首先應(yīng)當(dāng)保持信息傳輸?shù)难舆t時間不能超過150毫秒，進(jìn)行單一網(wǎng)絡(luò)傳輸之時丟包率不能超過百分之一，信息代碼錯誤率應(yīng)當(dāng)保持在0.00004%，如果列車與地面之間的通信網(wǎng)絡(luò)越區(qū)切換中斷時間應(yīng)該在一百毫秒之內(nèi)，提高系統(tǒng)設(shè)備的可靠性，使通信系統(tǒng)的無故障時間超過7×24小時。提高系統(tǒng)的可用性，保證其能夠在99.99%，同時也要把系統(tǒng)設(shè)備的平均故障修復(fù)的時間控制在半個小時以內(nèi)。

列控安全性要求方面，系統(tǒng)所使用的信息傳輸通道應(yīng)該是單獨(dú)的熱備冗余物理通道。對通信系統(tǒng)的安全檢測、備份與回復(fù)以及監(jiān)控等相關(guān)的安全措施應(yīng)當(dāng)制定一套完善的工作體制，并且要建立相應(yīng)的應(yīng)急措施，另外還需要加大監(jiān)管力度，避免工作人員出現(xiàn)違規(guī)操作，或者是系統(tǒng)遭到外來人員的供給和破環(huán)等不良情況出現(xiàn)。要把類型不一致的數(shù)據(jù)傳輸通道彼此隔離，納入到不同的虛擬局域網(wǎng)當(dāng)中，以此類方式完成傳輸工作。當(dāng)車載無線單元和地面基站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和通信時，需要先進(jìn)行授權(quán)，從而形成關(guān)聯(lián)，如此可以使通信系統(tǒng)的安全性得到有效的保障。

軌道交通無線通信對于業(yè)務(wù)的帶寬也有一定的要求。首先，應(yīng)當(dāng)在列車的兩段分別冗余配置承載網(wǎng)的連接通道，通道的承載量要保證在100KB/以上，并且要考慮25%的余量，承載網(wǎng)的上行和下行應(yīng)當(dāng)控制在125KB/S，并且每列單網(wǎng)所承載的業(yè)務(wù)帶寬應(yīng)當(dāng)控制在2×125KB/S。目前，通常情況下每一個RRU的單一分區(qū)內(nèi)，列車數(shù)量為2列,無線通信綜合承載網(wǎng)應(yīng)當(dāng)按照四列列車的預(yù)設(shè)承載來進(jìn)行設(shè)計工作，并且要保證單網(wǎng)業(yè)務(wù)信息傳輸通道所承載的帶寬要在1MB/S以上。有些時候情況比較特殊，需要多列列車同時進(jìn)入，所以列車與地面基站之間的無線承載網(wǎng)絡(luò)需要按照QOS的相關(guān)機(jī)制來進(jìn)行調(diào)度，應(yīng)該先保證信息傳輸?shù)陌踩裕源藖頋M足列控信息傳輸?shù)陌踩?、?shí)時性以及可靠性。

停車場以及車輛段信息同樣需要用到無線通信綜合承載網(wǎng)解決方案，不過復(fù)雜程度不高，只是把個別的列車需要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行自我檢測，保證上行與下行傳輸?shù)缆繁３衷?MB/S就可以滿足當(dāng)前列車運(yùn)行控制業(yè)務(wù)工作的信息承載量。

1.2　乘客信息系統(tǒng)

該系統(tǒng)需要利用PIS系統(tǒng)向乘客播放相關(guān)的節(jié)目，以此來向乘客傳遞信息，其中主要有新聞、廣告、換車信息以及出行指南等，為人們提供便利的信息渠道，將所播放的內(nèi)容在車載屏幕上進(jìn)行實(shí)時播放。利用無線通信綜合承載網(wǎng)與PIS系統(tǒng)之間進(jìn)行配合，從而時刻保持信息傳輸通道的高帶寬、低延遲的無線信息傳輸通道。

PIS對于傳輸帶寬具有一定的要求，通常情況下，需要無線通信綜合承載網(wǎng)能夠根據(jù)1080P的分辨率進(jìn)行考慮，以H.264編碼的方式進(jìn)行傳遞，采用組播的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，從而保證帶寬，使傳輸通道的下行通道為8MB/S。

1.3　視頻監(jiān)控系統(tǒng)

應(yīng)用軌道交通車地?zé)o線通信之時，使用車載視頻所顯示的圖像對整個運(yùn)行過程實(shí)施監(jiān)控，是當(dāng)前無線通信綜合承載網(wǎng)最大的上行傳輸業(yè)務(wù)需求，傳輸?shù)闹匾詢H次于信號系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能對于帶寬的要求是根據(jù)720P分辨率進(jìn)行考慮，利用H.264的編碼方式進(jìn)行傳輸，保證每個通道的帶寬為2MB/S，上行帶寬為4MB/S。

1.4　緊急文本信息

在列車日常運(yùn)行和行駛的過程當(dāng)中，控制調(diào)度中心的工作人員需要向列車發(fā)送緊急文本信息，從而使列車上的緊急文本信息和PIS圖像進(jìn)行疊加，從而實(shí)現(xiàn)向乘客傳遞信息的功能。

緊急文本信息對于帶寬的主要要求是單列車需要的傳輸帶寬為下行20KB/S，在進(jìn)行無線通信綜合承載網(wǎng)設(shè)計工作之時，應(yīng)當(dāng)把單小區(qū)容量按照4列車進(jìn)行設(shè)計，從而使無線通信承載網(wǎng)的帶寬為100KB/S。

1.5　其他系統(tǒng)

在軌道交通的項(xiàng)目當(dāng)中，還需要無線通信綜合承載網(wǎng)傳遞安防監(jiān)測信息、火災(zāi)報警系統(tǒng)信息、列車運(yùn)行狀態(tài)信息等，需要采用科學(xué)合理的技術(shù)對以上信息內(nèi)容進(jìn)行整合，在通過承載網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的傳輸。針對此類信息傳輸所需要的帶寬主要是單列車傳輸帶寬要求上行為100KB/S。通常情況下，無線通訊綜合承載網(wǎng)單小區(qū)容量可以按照4列車進(jìn)行設(shè)計，信息承載帶寬常為400KB/S。

2　傳統(tǒng)車地?zé)o線體制和存在的問題

從目前的情況來看，我國已經(jīng)實(shí)行城市軌道交通工程信號系統(tǒng)，并且都采用無線局域網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，在2.4G頻段運(yùn)行。因?yàn)樵擃l段向外界開放，所以很容易受到外部因素的干擾，從而使軌道交通的安全性受到了一定的影響。曾經(jīng)出現(xiàn)過由于乘客所使用的無線設(shè)備使地鐵的信號系統(tǒng)產(chǎn)生混亂，從而導(dǎo)致停車的情況發(fā)生。

為了改善這一情況，我國使用軌道交通工程乘客信息系統(tǒng)無線通信部分的兩種技術(shù)和方式，即WLAN和DVB-T技術(shù)。WLAN技術(shù)并不適合快速移動的設(shè)備，盡管很多運(yùn)營商和企業(yè)對此進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，但是在實(shí)際使用的過程當(dāng)中，依然存在著諸多問題，在進(jìn)行切換之時，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾拭黠@下降，帶寬存在不穩(wěn)定的情況。在已經(jīng)開通的工程當(dāng)中，暫時不能完全滿足設(shè)計的要求，從而使視頻直播的監(jiān)控圖像的信息傳輸工作受到了一定的影響。所以，很多時候并不采用這一方式來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的信息傳遞功能。對DVB-T技術(shù)單套設(shè)備及逆

行配置工作之時，只是支持地面基站與車載設(shè)備之間的單項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸，并不能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控圖像進(jìn)行實(shí)時上傳的功能，對于此種情況，需要單獨(dú)申請專用的頻率。

3　組網(wǎng)方案

3.1　LTE技術(shù)體制

LTE是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的一種形式，主要是以IP的扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，主要構(gòu)成是無線網(wǎng)子系統(tǒng)eNodeB、終端設(shè)備以及核心網(wǎng)子系統(tǒng)等。在這當(dāng)中，無線網(wǎng)子系統(tǒng)當(dāng)中含有分布式基帶處理單元以及射頻拉遠(yuǎn)單元的設(shè)備。

3.2　TD-LTE技術(shù)的寬帶移動性優(yōu)勢

該技術(shù)與前文所述的兩種技術(shù)相比，具有一定的優(yōu)勢。首先是移動接入性比較強(qiáng)，利用自動頻率矯正的方式保證列車在移動方式的場景之下信息傳輸通道的帶寬和質(zhì)量，具有較高的帶寬接入能力，同時也具有很強(qiáng)的抗干擾性，將小區(qū)的吞吐率提高。

3.3　組網(wǎng)方案

一般情況下，可以采用兩套LTE設(shè)備冗余來組件兩張信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，以鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部署兩套相同的BBU+RRU網(wǎng)絡(luò)，并且通過專用的傳輸系統(tǒng)提供的傳輸通道，將其接入到控制中心的核心網(wǎng)設(shè)備當(dāng)中。

在隧道區(qū)間可以通過RRU技術(shù)與漏泄同軸電纜的方式進(jìn)行覆蓋，在車輛段通過RRU和天線相互配合的方式實(shí)行無線通信綜合承載網(wǎng)的覆蓋。這兩張網(wǎng)絡(luò)彼此之間相互獨(dú)立，并行工作，彼此之間不存在任何的影響。

3.4　通信頻率的規(guī)劃

地下部分對于無線頻率的需求可以根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際情況來確定，兩張網(wǎng)可以共用20MHz的頻率資源來進(jìn)行工作。其中的一張網(wǎng)的可以在15MHz的帶寬情況下進(jìn)行組網(wǎng)，另一個利用其余的5MHz進(jìn)行組網(wǎng)。對于地面部分的無線帶寬需求，可以利用10MHz的頻率資源，平均分配給兩個網(wǎng)絡(luò)。

4　結(jié)束語

無線通信綜合承載網(wǎng)在軌道交通當(dāng)中得到了充分的利用。通過LTE技術(shù)能夠有效的提供無線通信綜合承載網(wǎng)的技術(shù)方案。以此項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立無線通信網(wǎng)絡(luò)具有一定的優(yōu)勢，能夠有效的提高使用效率，減少通信頻率資源的浪費(fèi)，同時也具有很強(qiáng)的抗干擾性。在日后的工作當(dāng)中，需要相關(guān)人員進(jìn)一步的去探索和創(chuàng)新，從而使軌道交通無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮出更大的作用得到更好的發(fā)展。

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[3]林威.基于TD-LTE的地鐵無線綜合承載網(wǎng)[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2016,(4):1-5.