主頁(yè)（http://www.130131.com）：普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)解決方案

一、 總體背景

城市軌道交通作為城市公共交通工具，在城市路面交通擁堵問(wèn)題凸顯的今日，已成為最重要的城市公共交通工具，承擔(dān)的日常乘客運(yùn)送量不斷增長(zhǎng)。城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司不僅希望能提供給乘客安全的乘坐環(huán)境和舒適的乘坐體驗(yàn)，而且更希望能持續(xù)提升地鐵的運(yùn)營(yíng)效率。車地?zé)o線通信系統(tǒng)也隨之需要更先進(jìn)的、更可靠的、更安全的寬帶車地?zé)o線技術(shù)，來(lái)面對(duì)車輛運(yùn)行高速化、視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)化、車載業(yè)務(wù)寬帶化的趨勢(shì)和挑戰(zhàn)。

圖1 現(xiàn)代化城市軌道交通對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的新需求

二、 系統(tǒng)介紹

普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)是基于先進(jìn)的TD-LTE技術(shù)的車地?zé)o線寬帶通信系統(tǒng)，系統(tǒng)以滿足城市軌道交通車地通信業(yè)務(wù)需求為原則，保證列車運(yùn)行控制系統(tǒng)安全可靠性的同時(shí)，綜合承載車地通信業(yè)務(wù)。一套網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)提供專業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸、視頻傳輸以及寬帶集群業(yè)務(wù),面對(duì)現(xiàn)代化城市軌道交通運(yùn)營(yíng)中車輛運(yùn)行高速化、視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)化、車載業(yè)務(wù)寬帶化的趨勢(shì)和挑戰(zhàn)，為現(xiàn)代化城軌交通鋪設(shè)一條嶄新的寬帶無(wú)線通道。

系統(tǒng)架構(gòu)

為保證滿足CBTC列車運(yùn)行控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)對(duì)車地?zé)o線承載的高安全、高可靠傳輸?shù)囊�求，LTE-M無(wú)線車地通信系統(tǒng)采用A、B雙網(wǎng)覆蓋。A網(wǎng)用于綜合業(yè)務(wù)承載，包括：列車運(yùn)行控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)、列車緊急文本下發(fā)業(yè)務(wù)、CCTV視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、PIS視頻業(yè)務(wù)、集群調(diào)度業(yè)務(wù)等；B網(wǎng)用于列車運(yùn)行控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)承載。A、B網(wǎng)相互獨(dú)立，同時(shí)工作，CBTC列控?cái)?shù)據(jù)在A、B網(wǎng)各傳輸一份，當(dāng)其中一套系統(tǒng)故障時(shí)，另一套系統(tǒng)中CBTC列控?cái)?shù)據(jù)仍能正常傳輸。如圖2所示。

圖2 普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)架構(gòu)圖

覆蓋方案

城市軌道交通通信系統(tǒng)的任務(wù)是建立一個(gè)視聽(tīng)鏈路網(wǎng)，提高現(xiàn)代化管理水平和傳遞語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像及文字等各種信息。通信系統(tǒng)的服務(wù)范圍涵蓋了控制中心、車站、車輛段、停車場(chǎng)、地面線路、高架線路、地下隧道與列車。如圖3所示。

圖3 普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)隧道覆蓋方案

主要產(chǎn)品如圖4所示。

圖4 普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)主要產(chǎn)品

核心網(wǎng)設(shè)備（EPC）

負(fù)責(zé)終端認(rèn)證、終端IP地址管理、移動(dòng)性管理等，提供接口直接連接CBTC、PIS、CCTV等業(yè)務(wù)系統(tǒng)。核心網(wǎng)產(chǎn)品采用先進(jìn)的ATCA硬件平臺(tái)和高性能的服務(wù)器，基于全I(xiàn)P方式的軟硬件設(shè)計(jì)，提供99.999%的電信級(jí)高可靠性設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作，完全滿足LTE寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的要求。普天核心網(wǎng)產(chǎn)品采用先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)，軟件功能獨(dú)立化、模塊化，具有完備的冗余工作模式和過(guò)載保護(hù)功能�？筛鶕�(jù)網(wǎng)絡(luò)的容量和性能需求，靈活部署系統(tǒng)硬件配置，滿足各種數(shù)據(jù)的傳輸要求。

無(wú)線基站設(shè)備（eNodeB）

普天無(wú)線基站產(chǎn)品是LTE光纖拉遠(yuǎn)的分布式基站，由基帶控制單元eBBU和遠(yuǎn)端射頻單元eRRU兩部分組成，eBBU與eRRU共同配合實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的eNode B邏輯功能�；�站eNodeB為無(wú)線通信系統(tǒng)中的接入網(wǎng)設(shè)備，主要負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)的發(fā)送和接收、空口無(wú)線資源管理和接入網(wǎng)側(cè)移動(dòng)性管理，可采用模塊化、可配置、可裁剪的統(tǒng)一硬件架構(gòu)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用�；�站實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)空口通信的安全，即在終端和基站之間進(jìn)行空口信令的完整性保護(hù)和加密、空口用戶面業(yè)務(wù)的加密保護(hù)。eNodeB主要由基帶控制單元（eBBU）和遠(yuǎn)端射頻單元（eRRU）組成。eRRU通過(guò)數(shù)字光纖接口（Ir接口）與eBBU連接。

終端設(shè)備

終端設(shè)備分為車載設(shè)備（TAU）和便攜式的手持終端兩種類型。TAU通過(guò)Uu、Uw等無(wú)線接口與接入子系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。車載TAU是一款面向軌道交通行業(yè)專業(yè)定制的TAU機(jī)車設(shè)備，承載了地鐵列控、視頻監(jiān)控（CCTV）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）等數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)。設(shè)備采用先進(jìn)的LTE技術(shù)，針對(duì)地鐵應(yīng)用開(kāi)發(fā)的單播、組播以及基于LTE的QoS機(jī)制和擴(kuò)展的VRRP技術(shù)確保了應(yīng)用的高效、實(shí)時(shí)、安全、可靠。多媒體手持終端是基于TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)打造的一款高端工業(yè)級(jí)，堅(jiān)固型行業(yè)專用終端。設(shè)備融入自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的集群通信技術(shù)，可提供專網(wǎng)集群對(duì)講中最為強(qiáng)大的性能和優(yōu)秀的多媒體數(shù)字通信體驗(yàn)。

三、 系統(tǒng)功能

普天技術(shù)開(kāi)發(fā)的城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代化軌道交通車地通信業(yè)務(wù)需求為設(shè)計(jì)原則，在保證列車運(yùn)行控制系統(tǒng)安全可靠性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)軌道交通車地通信業(yè)務(wù)的統(tǒng)一綜合承載。系統(tǒng)通過(guò)Qos機(jī)制保障不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)和穩(wěn)定性，同時(shí)支持CBTC列車運(yùn)行控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)、列車緊急文本下發(fā)業(yè)務(wù)、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)、CCTV視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、PIS車載視頻業(yè)務(wù)、集群調(diào)度業(yè)務(wù)等需求，為軌道交通提供了高速移動(dòng)下的安全可靠、高速度、高帶寬的車地通信網(wǎng)絡(luò)。

城軌交通中基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）是借助車地?zé)o線系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行車輛控制及管理的信號(hào)系統(tǒng)；PIS乘客信息系統(tǒng)用來(lái)為乘客提供車廂內(nèi)多媒體信息服務(wù)以及緊急情況下的安全指導(dǎo)；CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于車廂內(nèi)的安全監(jiān)控，幫助地鐵管理員掌控移動(dòng)中列車車廂內(nèi)的安全；另外，地鐵工作及安保人員還需要一個(gè)安全可靠、可以隨時(shí)隨地連接的集群調(diào)度通信系統(tǒng)。如圖5所示。

圖5 車地?zé)o線通信系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)

四、 方案亮點(diǎn)

高可靠性

采用A、B雙網(wǎng)覆蓋設(shè)計(jì)；在系統(tǒng)軟件和硬件的配置方面注重系統(tǒng)的安全；在關(guān)鍵環(huán)節(jié)均采用備份設(shè)計(jì)，在關(guān)鍵的系統(tǒng)設(shè)備和主機(jī)設(shè)備上消除單點(diǎn)故障，通過(guò)設(shè)備冗余和負(fù)載分擔(dān)的方式來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性；高效的多業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)保障設(shè)計(jì)，提供9級(jí)QoS保障機(jī)制，根據(jù)各業(yè)務(wù)對(duì)可靠性、時(shí)延等的要求，系統(tǒng)為其分配不同的優(yōu)先級(jí)，保證高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸。在同時(shí)傳輸CBTC、列車狀態(tài)監(jiān)測(cè)、車載視頻監(jiān)控信息和乘客信息時(shí)，通過(guò)Qos保障機(jī)制能確保高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，如CBTC業(yè)務(wù)的傳輸，保障行車安全，提升運(yùn)營(yíng)效率。

低時(shí)延

系統(tǒng)采用扁平化組網(wǎng)方案，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，減少了網(wǎng)元數(shù)量，有效地縮短了端到端的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，系統(tǒng)可靠性高，更加滿足城市軌道交通特別是信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

高速移動(dòng)性

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上考慮了高速移動(dòng)場(chǎng)景，支持高達(dá)350km/h的移動(dòng)性，通過(guò)自動(dòng)頻率控制改善無(wú)線鏈路的穩(wěn)定性，提升高速場(chǎng)景下的傳輸穩(wěn)定性，能夠滿足軌道交通200公里/小時(shí)的車地通信傳輸要求。

靈活組網(wǎng)

LTE系統(tǒng)具有頻譜靈活性特點(diǎn)，可支持不同大小的頻譜分配，可在不同大小的頻譜中部署，包括1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、 20MHz，支持成對(duì)和非成對(duì)頻譜，業(yè)務(wù)速率和頻譜利用率高�？伸`活多級(jí)組網(wǎng)，傳輸網(wǎng)可采用環(huán)形、星形、環(huán)網(wǎng)+星形多種組網(wǎng)方式。

五、 測(cè)試與應(yīng)用

上海地鐵張江實(shí)訓(xùn)基地試驗(yàn)段

上海地鐵張江實(shí)訓(xùn)線為地鐵培訓(xùn)線路，全高架線，線路全長(zhǎng)1.6Km，設(shè)置3站2區(qū)間。線路采用普天LTE-M系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)無(wú)縫覆蓋。在該試驗(yàn)段完成北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于LTE技術(shù)的城市軌道車地通信綜合承載試驗(yàn)段測(cè)試、與卡斯科信號(hào)系統(tǒng)實(shí)際線路對(duì)接測(cè)試、與上海富欣信號(hào)系統(tǒng)實(shí)際線路對(duì)接測(cè)試以及上海申通地鐵組織的LTE-M小帶寬組網(wǎng)測(cè)試。如圖6所示。

圖6 上海地鐵張江實(shí)訓(xùn)基地試驗(yàn)段

福州地鐵1號(hào)線試驗(yàn)段

福州地鐵1號(hào)線試驗(yàn)段全長(zhǎng)10KM，全程地下隧道，采用普天LTE-M系統(tǒng)覆蓋，覆蓋場(chǎng)景包括隧道、站臺(tái)、站廳、室外停車場(chǎng)。列車運(yùn)行最高時(shí)速為80Km公里/小時(shí)。綜合承載業(yè)務(wù)類型包括：實(shí)時(shí)多媒體信息、視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、多媒體集群調(diào)度、列車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)上報(bào)。如圖7所示。

圖7 福州地鐵1號(hào)線試驗(yàn)段

青島地鐵R3線

青島地鐵R3線正線70Km，地下線22Km，地面線48Km，全線設(shè)置23座車站、1座車輛段、2個(gè)停車場(chǎng)。嘉陵江路站與R2線同臺(tái)平行換乘，井岡山路站與M1線T型換乘，朝陽(yáng)山CBD站與M6線L型換乘，珠海路站與M6線通道換乘。R3線采用B1型車4輛編組，系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)能力30對(duì)/小時(shí)。列車最高運(yùn)行速度120km/h。R3線目前已經(jīng)完成全部設(shè)計(jì)及相關(guān)測(cè)試驗(yàn)證工作，正在進(jìn)行設(shè)備的安裝和調(diào)試。如圖8所示。

圖8 青島地鐵R3線

六、 結(jié)束語(yǔ)

普天城市軌道交通LTE-M系統(tǒng)解決方案以其設(shè)計(jì)的可靠性、技術(shù)的先進(jìn)性和組網(wǎng)的靈活性為城市軌道交通的安全運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航，為軌道交通運(yùn)維效率和乘車體驗(yàn)的提升提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。隨著在越來(lái)越多項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用，必將在中國(guó)城市軌道交通迅猛發(fā)展的大潮中做出越來(lái)越大的貢獻(xiàn)。