軌道交通LTE集群調(diào)度系統(tǒng)的研究與應用

劉向尚

（中鐵十四局集團電氣化工程有限公司，山東 濟南 250014）

1 概述

上海市軌道交通15號線正線全長約42.3km，共設車站30座，控制中心1座，1座停車場，1座車輛段，采用全自動駕駛方案。

當前，LTE無線寬帶技術從公網(wǎng)領域快速向?qū)＞W(wǎng)領域滲透，基于LTE技術的寬帶集群通信（B-TrunC）系統(tǒng)能夠較好地提供語音、視頻以及數(shù)據(jù)（電子工單、IPH等）的通信服務。隨著B-TrunC系統(tǒng)相關國家標準和行業(yè)規(guī)范的發(fā)布實施，軌道交通專用無線集群系統(tǒng)采用B-TrunC制式取代TETRA，已成為行業(yè)共識，因此，上海15號線專用無線通信系統(tǒng)采用LTE集群調(diào)度系統(tǒng)。承載本線路行車調(diào)度指揮、車站運營管理、線路維護、應急搶修等過程中的無線集群業(yè)務，主要用戶包括調(diào)度員、司機（多職能隊伍人員）、行車值班員、車站運營管理員、線路維護人員等。

2 LTE系統(tǒng)設備組成及原理

2.1 系統(tǒng)設備組成

LTE無線通信系統(tǒng)在控制中心設置主備2套核心網(wǎng)（EPC）設備，無線接入網(wǎng)采用分布式基站，由BBU+RRU組成，在區(qū)間設置RRU，RRU用光纖與BBU直接連接，其中區(qū)間BBU通過信號有線傳輸網(wǎng)與控制中心核心網(wǎng)設備相連，并同時通過通信傳輸網(wǎng)與線網(wǎng)級集群調(diào)度核心網(wǎng)設備相連。車站BBU設備通過通信系統(tǒng)有線傳輸至控制中心后，連接至線網(wǎng)核心網(wǎng)設備。

根據(jù)項目的實際使用需求，設置二次開發(fā)系統(tǒng)，定制開發(fā)符合列車無線調(diào)度、軌道交通行業(yè)用戶特殊功能需求和實際操作需求的系統(tǒng)和操作界面，包括調(diào)度系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)、全網(wǎng)錄音錄像系統(tǒng)、車站固定臺、車載子系統(tǒng)（TAU、車載臺、車載合路器、車載天線等）。

本次通信系統(tǒng)建設的LTE系統(tǒng)與信號系統(tǒng)LTE系統(tǒng)有機融合，構成完整的LTE綜合承載網(wǎng)絡，實現(xiàn)所有LTE綜合承載功能要求。

2.2 系統(tǒng)原理

LTE無線通信系統(tǒng)采用基于3GPP標準、LTE-M標準以及B-TrunC標準的TD-LTE無線移動通信技術建設，采用A/B紅藍雙網(wǎng)冗余架構設計，承載全線車地間綜合業(yè)務，包括列車控制CBTC業(yè)務、寬帶集群調(diào)度業(yè)務、車載視頻上傳、列車運行狀態(tài)監(jiān)測、列車緊急文本下發(fā)等業(yè)務。

本工程與同期建設的14/18號線共用核心網(wǎng)，線路級接入網(wǎng)由BBU、RRU組成，主要負責提供無線信號連續(xù)覆蓋、終端接入、終端在不同小區(qū)間切換等服務，通過與集群核心網(wǎng)互聯(lián)，實現(xiàn)信令交互、網(wǎng)間漫游、外部接口等。

本工程采用中興基站和華為基站互補的方案實現(xiàn)線路的無線覆蓋。其中華為基站負責軌行區(qū)及站臺的信號覆蓋，中興基站負責站廳及設備區(qū)的信號覆蓋。中興基站（BBU）和華為基站（BBU）通過集中站的接入交換機，通過傳輸系統(tǒng)的100M共享以太網(wǎng)通道，經(jīng)由設置在控制中心的主備匯聚以太網(wǎng)交換機接入控制中心的華為主備核心網(wǎng)（EPC）設備，配置中興品牌的終端注冊在核心網(wǎng)，首次實現(xiàn)了異廠家的互聯(lián)互通功能。系統(tǒng)圖見圖1。

3 LTE無線通信系統(tǒng)主要功能及特點

3.1 系統(tǒng)功能

圖1

LTE無線通信系統(tǒng)的無線集群調(diào)度功能不僅能提供語音單呼、組呼、緊急呼叫、廣播呼叫等基本通話、呼叫功能，以及視頻單呼、視頻組呼等寬帶多媒體集群業(yè)務，還提供了更多作為專業(yè)數(shù)字集群系統(tǒng)必備的編組、優(yōu)先級、故障弱化、話權管理、呼叫轉(zhuǎn)接、動態(tài)重組、強拆強插等高級集群業(yè)務；并對全網(wǎng)業(yè)務進行錄音錄像存儲，并可回看播放；無線系統(tǒng)網(wǎng)管收集本系統(tǒng)內(nèi)的所有設備狀態(tài)信息及故障告警信息。根據(jù)本項目用戶的特殊需求，通過對調(diào)度臺、固定臺、車載臺的二次開發(fā)，定制化操作界面。

3.2 系統(tǒng)功能特點

通過二次開發(fā)，系統(tǒng)具備豐富的接口，更加有利于本項目的集群指揮調(diào)度需求，能有效提高生產(chǎn)、運營、管理和溝通效率。

（1）通過車站固定臺與車站廣播的接口，實現(xiàn)LTE集群手持臺對站內(nèi)區(qū)域的廣播，提高站內(nèi)管理效率；

（2）通過二次開發(fā)系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)LTE無線通信系統(tǒng)的對車組號、車次號、司機號等功能號的呼叫，并采用運行圖的方式將列車顯示在調(diào)度臺界面上，便于調(diào)度操作；

（3）通過與車載PIS之間的接口，實現(xiàn)控制中心下發(fā)的人工廣播功能、乘客緊急視頻對講功能、播放預錄廣播詞等功能，有利于無人駕駛情況下對緊急突發(fā)事件的處理效率；

（4）通過與集中告警系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)本工程設備告警信息的上報功能，提高運維效率。

本工程利用LTE寬帶的特性，實現(xiàn)了多種文本、圖片、視頻的傳送，語音圖像并存，大大提高了運維效率；

基于LTE話音和數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)奶匦裕竟こ虒崿F(xiàn)了人工廣播和乘客緊急廣播并發(fā)，大大提升了乘客的乘車體驗；

通過各條線二次開發(fā)設備的標準化，實現(xiàn)全線網(wǎng)的相關接口、操作界面、功能使用、設備軟硬件等統(tǒng)一、通用，在不影響服務質(zhì)量的條件下，應采取降低工程造價和有利于節(jié)省運維成本的措施。

4 主要科研創(chuàng)新成果及關鍵技術

（1）本工程提供的LTE無線通信系統(tǒng)完全基于LTE-M系統(tǒng)架構、B-TrunC架構（YD/T 2689—2014）開發(fā)并遵守上海申通B-TrunC的S1-T接口標準，實現(xiàn)上海軌道交通15號線承載寬帶集群業(yè)務的LTE網(wǎng)絡與其他線路互通的要求。

（2）在控制中心實現(xiàn)與異廠家的LTE系統(tǒng)對接，實現(xiàn)不同廠家一張網(wǎng)的通信效果。

（3）二次開發(fā)車載臺、二次開發(fā)固定臺分別采用7寸、10寸觸摸屏，便于用戶更快速的實現(xiàn)各項功能，提升工作效率。

（4）完成LTE集群調(diào)度二次開發(fā)設備的功能實現(xiàn)及異廠家設備的兼容和互通。

（5）首次實現(xiàn)二次開發(fā)車載臺，固定臺利用無線網(wǎng)絡遠程升級，提升運維效率，降低運維成本。

（6）通過視頻上拉、視頻推送、視頻回傳的功能，維護人員可將現(xiàn)場圖像快速上傳中心調(diào)度，并可將視頻投放至調(diào)度大廳大屏系統(tǒng)，便于調(diào)度人員聯(lián)合處理分析問題。

（7）實現(xiàn)LTE在換乘站與TETRA系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)與既有線換乘站的互通。

5 常見問題原因分析及解決辦法

5.1 手臺信號弱、通話質(zhì)量差

在設備正常工作狀態(tài)下，故障原因一般是漏纜或者射頻纜在接頭過程中由于切割不規(guī)范、接頭防水沒做好等人為因素以及現(xiàn)場環(huán)境潮濕、灰塵較大的環(huán)境因素造成的，解決辦法是利用駐波比測試儀進行測試確定故障點，并對故障接頭進行整改處理。

5.2 RRU無法正常工作

RRU在正常帶電情況下，指示燈顯示不正常，設備無信號，可利用OTDR進行光路測試，如發(fā)現(xiàn)光衰過大，重新熔纖后問題得到解決。

5.3 手臺無法起呼

項目在建設初期，在華為基站下手臺無法起呼，經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)華為基站的配置中采用的是B-TrunC R1的版本，由于上海15號線需互聯(lián)互通，需廠家采用B-TrunC聯(lián)盟及上海申通地鐵S1-T的版本才能互通，華為基站修改配置后問題解決。

5.4 錄音服務器播放手臺錄音無聲音

在錄音服務器上不能正常播放手臺聲音，經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)錄音服務器只能播放20ms發(fā)包間隔的手臺錄音，由于上海15號線手臺的發(fā)包間隔為40ms，造成錄音異常，后經(jīng)修改后問題解決。

5.5 人工廣播和乘客緊急對講同時進行

為滿足乘客緊急視頻對講功能和人工廣播并發(fā)的需求，更改實現(xiàn)方式，車載臺建立雙向的語音通話，從車載PIS系統(tǒng)獲取視頻流，將該視頻流通過LTE數(shù)據(jù)通道傳輸至控制中心。

6 結語

本工程實現(xiàn)了LTE集群調(diào)度系統(tǒng)不同品牌之間的互聯(lián)互通。系統(tǒng)還符合《上海軌道交通LTE-M系統(tǒng)基站與核心網(wǎng)間S1-T接口技術要求》并通過了第三方檢測機構的相關測試。

滿足本工程行車調(diào)度的通信需求。

通過本項目，使新技術在工程項目上得到了應用，在通信技術上實現(xiàn)了突破，取得了良好的效果，具有推廣意義。