普天城市轨道交通LTE-M系统解决方案

责任编辑:王德清 2017.12.29 12:39 来源:通信世界全媒体

一、    总体背景城市轨道交通作为城市公共交通工具,在城市路面交通拥堵问题凸显的今日,已成为最重要的城市公共交通工具,承担的日常乘客运送量不断增长。城市轨道交通运营公司不仅希望能提供给乘客安全的乘坐环境和舒适的乘坐体验,而且更希望能持续提升地铁的运营效率。车地无线通信系统也随之需要更先进的、更可靠的、更安全的宽带车地无线技术,来面对车辆运行高速化、视频监控实时化、车载业务宽带化的趋势和挑战。

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图1  现代化城市轨道交通对无线通信系统的新需求

二、    系统介绍普天城市轨道交通LTE-M系统是基于先进的TD-LTE技术的车地无线宽带通信系统,系统以满足城市轨道交通车地通信业务需求为原则,保证列车运行控制系统安全可靠性的同时,综合承载车地通信业务。一套网络能够同时提供专业的数据传输、视频传输以及宽带集群业务,面对现代化城市轨道交通运营中车辆运行高速化、视频监控实时化、车载业务宽带化的趋势和挑战,为现代化城轨交通铺设一条崭新的宽带无线通道。

系统架构

为保证满足CBTC列车运行控制系统业务对车地无线承载的高安全、高可靠传输的要求,LTE-M无线车地通信系统采用A、B双网覆盖。A网用于综合业务承载,包括:列车运行控制系统业务、列车运行状态监测业务、列车紧急文本下发业务、CCTV视频监控业务、PIS视频业务、集群调度业务等;B网用于列车运行控制系统业务承载。A、B网相互独立,同时工作,CBTC列控数据在A、B网各传输一份,当其中一套系统故障时,另一套系统中CBTC列控数据仍能正常传输。如图2所示。

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图2   普天城市轨道交通LTE-M系统架构图

覆盖方案

城市轨道交通通信系统的任务是建立一个视听链路网,提高现代化管理水平和传递语音、数据、图像及文字等各种信息。通信系统的服务范围涵盖了控制中心、车站、车辆段、停车场、地面线路、高架线路、地下隧道与列车。如图3所示。

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图3  普天城市轨道交通LTE-M系统隧道覆盖方案

 

主要产品如图4所示。


产品

产品图片

核心网设备

基于ATCA硬件平台的大容量高可靠EPC

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无线基站设备

基带控制单元eBBU


远端射频单元eRRU


终端设备

车载无线终端TAU


多媒体手持台


图4 普天城市轨道交通LTE-M系统主要产品

Ø  核心网设备(EPC)

负责终端认证、终端IP地址管理、移动性管理等,提供接口直接连接CBTC、PIS、CCTV等业务系统。核心网产品采用先进的ATCA硬件平台和高性能的服务器,基于全IP方式的软硬件设计,提供99.999%的电信级高可靠性设计,保证系统长时间不间断工作,完全满足LTE宽带无线通信系统长期运行的要求。普天核心网产品采用先进的软件设计架构,软件功能独立化、模块化,具有完备的冗余工作模式和过载保护功能。可根据网络的容量和性能需求,灵活部署系统硬件配置,满足各种数据的传输要求。

Ø  无线基站设备(eNodeB)

普天无线基站产品是LTE光纤拉远的分布式基站,由基带控制单元eBBU和远端射频单元eRRU两部分组成,eBBU与eRRU共同配合实现一个完整的eNode B逻辑功能。基站eNodeB为无线通信系统中的接入网设备,主要负责无线信号的发送和接收、空口无线资源管理和接入网侧移动性管理,可采用模块化、可配置、可裁剪的统一硬件架构平台,实现设备的即插即用。基站实现通信系统空口通信的安全,即在终端和基站之间进行空口信令的完整性保护和加密、空口用户面业务的加密保护。eNodeB主要由基带控制单元(eBBU)和远端射频单元(eRRU)组成。eRRU通过数字光纤接口(Ir接口)与eBBU连接。

Ø  终端设备

终端设备分为车载设备(TAU)和便携式的手持终端两种类型。TAU通过Uu、Uw等无线接口与接入子系统相连,实现数据传输功能。车载TAU是一款面向轨道交通行业专业定制的TAU机车设备,承载了地铁列控、视频监控(CCTV)、乘客信息系统(PIS)等数据接入业务。设备采用先进的LTE技术,针对地铁应用开发的单播、组播以及基于LTE的QoS机制和扩展的VRRP技术确保了应用的高效、实时、安全、可靠。多媒体手持终端是基于TD-LTE标准打造的一款高端工业级,坚固型行业专用终端。设备融入自主知识产权的集群通信技术,可提供专网集群对讲中最为强大的性能和优秀的多媒体数字通信体验。

三、    系统功能普天技术开发的城市轨道交通LTE-M系统,以满足现代化轨道交通车地通信业务需求为设计原则,在保证列车运行控制系统安全可靠性的同时,实现轨道交通车地通信业务的统一综合承载。系统通过Qos机制保障不同业务的优先级和稳定性,同时支持CBTC列车运行控制系统业务、列车紧急文本下发业务、列车运行状态监测业务、CCTV视频监控业务、PIS车载视频业务、集群调度业务等需求,为轨道交通提供了高速移动下的安全可靠、高速度、高带宽的车地通信网络。

城轨交通中基于通信的列车控制系统(CBTC)是借助车地无线系统来进行车辆控制及管理的信号系统;PIS乘客信息系统用来为乘客提供车厢内多媒体信息服务以及紧急情况下的安全指导;CCTV视频监控系统用于车厢内的安全监控,帮助地铁管理员掌控移动中列车车厢内的安全;另外,地铁工作及安保人员还需要一个安全可靠、可以随时随地连接的集群调度通信系统。如图5所示。

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图5  车地无线通信系统承载的业务

四、    方案亮点Ø  高可靠性

采用A、B双网覆盖设计;在系统软件和硬件的配置方面注重系统的安全;在关键环节均采用备份设计,在关键的系统设备和主机设备上消除单点故障,通过设备冗余和负载分担的方式来提高系统的可靠性;高效的多业务优先级保障设计,提供9级QoS保障机制,根据各业务对可靠性、时延等的要求,系统为其分配不同的优先级,保证高优先级业务的传输。在同时传输CBTC、列车状态监测、车载视频监控信息和乘客信息时,通过Qos保障机制能确保高优先级业务,如CBTC业务的传输,保障行车安全,提升运营效率。

Ø  低时延

系统采用扁平化组网方案,简化了网络架构,减少了网元数量,有效地缩短了端到端的数据传输时延,系统可靠性高,更加满足城市轨道交通特别是信号系统的应用需求。

Ø  高速移动性

系统在设计上考虑了高速移动场景,支持高达350km/h的移动性,通过自动频率控制改善无线链路的稳定性,提升高速场景下的传输稳定性,能够满足轨道交通200公里/小时的车地通信传输要求。

Ø  灵活组网

LTE系统具有频谱灵活性特点,可支持不同大小的频谱分配,可在不同大小的频谱中部署,包括1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、 20MHz,支持成对和非成对频谱,业务速率和频谱利用率高。可灵活多级组网,传输网可采用环形、星形、环网+星形多种组网方式。

五、    测试与应用Ø  上海地铁张江实训基地试验段

上海地铁张江实训线为地铁培训线路,全高架线,线路全长1.6Km,设置3站2区间。线路采用普天LTE-M系统实现双网无缝覆盖。在该试验段完成北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室基于LTE技术的城市轨道车地通信综合承载试验段测试、与卡斯科信号系统实际线路对接测试、与上海富欣信号系统实际线路对接测试以及上海申通地铁组织的LTE-M小带宽组网测试。如图6所示。

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图6  上海地铁张江实训基地试验段

Ø  福州地铁1号线试验段

福州地铁1号线试验段全长10KM,全程地下隧道,采用普天LTE-M系统覆盖,覆盖场景包括隧道、站台、站厅、室外停车场。列车运行最高时速为80Km公里/小时。综合承载业务类型包括:实时多媒体信息、视频监控业务、多媒体集群调度、列车运行状态实时上报。如图7所示。

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图7  福州地铁1号线试验段

Ø  青岛地铁R3线

青岛地铁R3线正线70Km,地下线22Km,地面线48Km,全线设置23座车站、1座车辆段、2个停车场。嘉陵江路站与R2线同台平行换乘,井冈山路站与M1线T型换乘,朝阳山CBD站与M6线L型换乘,珠海路站与M6线通道换乘。R3线采用B1型车4辆编组,系统最大设计能力30对/小时。列车最高运行速度120km/h。R3线目前已经完成全部设计及相关测试验证工作,正在进行设备的安装和调试。如图8所示。

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图8  青岛地铁R3线

六、    结束语普天城市轨道交通LTE-M系统解决方案以其设计的可靠性、技术的先进性和组网的灵活性为城市轨道交通的安全运营保驾护航,为轨道交通运维效率和乘车体验的提升提供了坚实的技术支撑。随着在越来越多项目中的广泛应用,必将在中国城市轨道交通迅猛发展的大潮中做出越来越大的贡献。


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