TD—LTE地鐵無(wú)線綜合承載網(wǎng)探討

吳振同

摘 要：通信技術(shù)正在高速發(fā)展，無(wú)線通信的傳輸能力也在逐步提高，與此同時(shí)傳輸?shù)馁|(zhì)量也在提高。自然地，在地鐵系統(tǒng)中使用統(tǒng)一的無(wú)線技術(shù)并基于相同的收發(fā)器構(gòu)建無(wú)線集成網(wǎng)絡(luò)是非常有必要的。TD-LTE技術(shù)的高帶寬、高頻譜利用的特點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)提供了切實(shí)可行的解決方案。地鐵行業(yè)的通信服務(wù)需求和應(yīng)用多樣性較高，對(duì)高可靠性的通信需求，而新一代無(wú)線寬帶技術(shù)TD-LTE有著突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以及高性能的特點(diǎn)，能夠很好的滿足上述的要求。TD-LTE技術(shù)從維修性、可靠性、并發(fā)性等方面發(fā)揮了帶寬和高可靠性的優(yōu)勢(shì)。本文就TD-LTE地鐵無(wú)線綜合承載網(wǎng)進(jìn)行探討，希望對(duì)行業(yè)有所幫助。

關(guān)鍵詞：地鐵通信；無(wú)線通信；TD-LTE；綜合承載網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U231.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）20-0306-02

引 言

地鐵通信系統(tǒng)是地鐵能夠正常運(yùn)行的保障，具有列車(chē)運(yùn)行調(diào)度、運(yùn)行監(jiān)控、應(yīng)急通信、企業(yè)管理等多種業(yè)務(wù)功能。地鐵通信網(wǎng)絡(luò)要有冗余的、可靠的、可重構(gòu)的和靈活的通道。這些傳輸信道，一是需要提供不同的傳輸速率來(lái)適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)功能層，我們需要能夠保障每一個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量。傳統(tǒng)的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受到落后的技術(shù)的限制，不同的業(yè)務(wù)都要使用不同的無(wú)線傳輸技術(shù)。例如，基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng)服務(wù)（CBTC）采用WiFi技術(shù)語(yǔ)音集群通信是基于陸地集群無(wú)線電（TETRA）技術(shù)乘客信息系統(tǒng)（PIS）。這些服務(wù)分別對(duì)應(yīng)著地鐵中視頻和數(shù)據(jù)、語(yǔ)音3種需要傳輸?shù)男畔?。地鐵場(chǎng)景中有多種無(wú)線通信系統(tǒng)，它們會(huì)相互影響，不利于信息的傳輸。

1 地鐵綜合承載網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

現(xiàn)有的地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)在用戶、承載能力和業(yè)務(wù)支撐能力等方面體現(xiàn)了其獨(dú)特的需求。從使用的角度看，它包括地鐵的各種運(yùn)營(yíng)商，還包括各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)平臺(tái)上的終端設(shè)備。因此，地鐵無(wú)線綜合承載網(wǎng)不僅僅只是人與人之間的溝通，而且要具有物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)。從承載業(yè)務(wù)來(lái)看，它包括雙向通信的語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)。

從業(yè)務(wù)支持能力的角度來(lái)看，不同業(yè)務(wù)類(lèi)型有著不同的要求。例如，語(yǔ)音和視頻通信服務(wù)對(duì)傳輸速度的要求較高，但對(duì)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的容忍度更高，因?yàn)槭侨伺c人之間的實(shí)時(shí)通信。然而，各種自動(dòng)控制系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)具有較長(zhǎng)的一段較長(zhǎng)的業(yè)務(wù)周期，但是在周期內(nèi)數(shù)據(jù)是不能出現(xiàn)錯(cuò)誤或偏差。因此，對(duì)傳輸可靠性的要求非常高，但它對(duì)傳輸延遲不敏感。視頻廣播業(yè)務(wù)主要是要求高帶寬的傳輸能力。因此，城域無(wú)線綜合負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)本身要能及時(shí)進(jìn)行帶寬的自我調(diào)節(jié)，具有不同的服務(wù)質(zhì)量（OOS）安全能力。

此外，為了保證日常運(yùn)行的高可靠性，在物理網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中通常使用2個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且在物理網(wǎng)絡(luò)的操作中使用主從網(wǎng)絡(luò)的冗余備份。因此，在新系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中，必須盡可能地繼承這些優(yōu)點(diǎn)，以避免系統(tǒng)故障給日常運(yùn)行帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。一般來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)有地鐵服務(wù)應(yīng)用中，基于同一地鐵綜合網(wǎng)絡(luò)，有下面幾種通信服務(wù)，見(jiàn)表1。

2 TD-LTE的技術(shù)特點(diǎn)及系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）OFDMA的多址方式使得系統(tǒng)的信道帶寬分配取決于所使用的子載波的數(shù)量。整個(gè)無(wú)線接入網(wǎng)可以在不改變系統(tǒng)基本參數(shù)或改變系統(tǒng)設(shè)備的情況下，通過(guò)配置不同的信道帶寬模式來(lái)設(shè)計(jì)不同的傳輸容量網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)靈活的組網(wǎng)和多場(chǎng)景兼容性。例如，在同一系統(tǒng)設(shè)備上，以不等帶寬的方式建立主從網(wǎng)絡(luò)的需求，在充分利用頻譜資源的同時(shí)，保證了系統(tǒng)的可靠性。

（2）不同用戶之間的帶寬資源在頻域上是正交的。多用戶頻域調(diào)度可以避免系統(tǒng)間的干擾，有效地避免了干擾問(wèn)題。同時(shí)，采用軟頻復(fù)用技術(shù)和小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)非常適合TD-LTE單頻組網(wǎng)。

3 基于TD-LTE技術(shù)的地鐵綜合承載網(wǎng)方案

地鐵通信系統(tǒng)是地鐵能夠正常運(yùn)行的保障，具有列車(chē)運(yùn)行調(diào)度、運(yùn)行監(jiān)控、應(yīng)急通信、企業(yè)管理等多種業(yè)務(wù)功能。地鐵通信網(wǎng)絡(luò)要有冗余的、可靠的、可重構(gòu)的和靈活的通道。這些傳輸信道，一是需要提供不同的傳輸速率來(lái)適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)功能層，我們需要能夠保障每一個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量。傳統(tǒng)的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受到落后的技術(shù)的限制，不同的業(yè)務(wù)都要使用不同的無(wú)線傳輸技術(shù)。而基于TD-LTE技術(shù)的地鐵綜合承載網(wǎng)方案從下面兩個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。

3.1 高可靠性

由于列車(chē)控制系統(tǒng)和列車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)都與列車(chē)的正常運(yùn)行有關(guān)，傳統(tǒng)上運(yùn)行這種服務(wù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用了主從網(wǎng)絡(luò)的冗余備份方案，即2組收發(fā)器。同時(shí)保持兩個(gè)不同的工作頻帶，傳輸相同的業(yè)務(wù)信息。保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?。但其缺點(diǎn)也十分明顯。一方面，工作頻帶的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于帶寬需求。同時(shí)，它占用了2個(gè)帶寬相同的工作頻帶，造成頻譜的極大浪費(fèi)。另一方面，工作頻帶沒(méi)有許可頻帶，同類(lèi)型系統(tǒng)眾多，不同類(lèi)型的系統(tǒng)不正交，很容易接受。同一類(lèi)型的無(wú)線系統(tǒng)對(duì)相鄰頻帶的干擾。

當(dāng)承載網(wǎng)絡(luò)采用主從網(wǎng)絡(luò)冗余備份方案時(shí)，TD-LTE技術(shù)也能解決上述2個(gè)問(wèn)題。由于基于TD-LTE系統(tǒng)的1套收發(fā)信機(jī)能夠靈活地支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz的多信道組態(tài)模式，因此可以在軟件配置方式上支持基于同一LTE收發(fā)器的傳統(tǒng)主從網(wǎng)絡(luò)模式。UT采用非對(duì)稱(chēng)帶寬劃分。解決頻譜資源浪費(fèi)的問(wèn)題。根據(jù)雙網(wǎng)絡(luò)冗余備份的帶寬要求，首先設(shè)計(jì)主網(wǎng)絡(luò)占用的信道帶寬，其余帶寬全部分配給備份網(wǎng)絡(luò)。在備份網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)被劃分為保留需要雙網(wǎng)絡(luò)冗余備份的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)所需的帶寬，并且可以保留剩余帶寬用于高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。從這個(gè)角度出發(fā)，我們充分利用LTE技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中靈活的帶寬分配和高數(shù)據(jù)傳輸能力。

3.2 低并發(fā)業(yè)務(wù)

公共通信網(wǎng)絡(luò)主要是為大用戶提供高速、突發(fā)性的數(shù)據(jù)傳輸能力。在軌道交通行業(yè)中，專(zhuān)用通信領(lǐng)域的業(yè)務(wù)更為周期性、突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)較低或業(yè)務(wù)順暢。同時(shí)，無(wú)線專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)單小區(qū)中活躍用戶的數(shù)量相對(duì)較少，這是由于物理空間中工業(yè)應(yīng)用的稀疏性以及列車(chē)在空間中的自然間距。這為系統(tǒng)保證各種業(yè)務(wù)的傳輸需求和各業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)需求提供了便利。

4 網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)5MHz/15MHz的非對(duì)稱(chēng)帶寬分配，設(shè)計(jì)了1705～1805MHz許可頻段的城域無(wú)線綜合承載網(wǎng)主從網(wǎng)絡(luò)方案，并基于上述方案進(jìn)行鏈路預(yù)算和覆蓋方案。鑒于?？紤]到系統(tǒng)靈活性的提高，TD-LTE無(wú)線系統(tǒng)的上行和下行業(yè)務(wù)越區(qū)切換周期設(shè)置為5ms，此外，從以前的業(yè)務(wù)需求來(lái)看，上下行業(yè)務(wù)的帶寬需求基本平衡。因此，下行時(shí)隙采用上下行時(shí)隙1：1的比例，特殊子幀比率設(shè)置為7，使得下行業(yè)務(wù)能力略高于上行業(yè)務(wù)能力。此外，考慮到同一小區(qū)中并發(fā)用戶的數(shù)量較少，可以減少同時(shí)隙中并發(fā)用戶數(shù)量的限制。同時(shí)，為了減少在業(yè)務(wù)信道中進(jìn)行信令控制的消息開(kāi)銷(xiāo)，每個(gè)子幀內(nèi)的物理下行鏈路控制信道（PDCCH）占用的OFDMA碼元的數(shù)目為1，并且建立物理上行鏈路?？刂菩诺溃≒UCH）的占用資源塊（RB）的最大數(shù)目為4。

5 結(jié)束語(yǔ)

地鐵通信系統(tǒng)是地鐵能夠正常運(yùn)行的保障，具有列車(chē)運(yùn)行調(diào)度、運(yùn)行監(jiān)控、應(yīng)急通信、企業(yè)管理等多種業(yè)務(wù)功能。傳輸信道，一是需要提供不同的傳輸速率來(lái)適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)功能層，我們需要能夠保障每一個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量。傳統(tǒng)的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受到落后的技術(shù)的限制，不同的業(yè)務(wù)都要使用不同的無(wú)線傳輸技術(shù)。通信技術(shù)正在高速發(fā)展，無(wú)線通信的傳輸能力也在逐步提高，與此同時(shí)傳輸?shù)馁|(zhì)量也在提高。自然地，在地鐵系統(tǒng)中使用統(tǒng)一的無(wú)線技術(shù)并基于相同的收發(fā)器構(gòu)建無(wú)線集成網(wǎng)絡(luò)是非常有必要的。TD-LTE技術(shù)的高帶寬、高頻譜利用的特點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)提供了切實(shí)可行的解決方案。本文就TD-LTE地鐵無(wú)線綜合承載網(wǎng)進(jìn)行探討，希望對(duì)行業(yè)有所幫助。

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收稿日期：2018-6-15