鼎橋通信助力車地通信跨入LTE-M（4G）綜合業(yè)務(wù)承載新時代
2015-01-05 來源：《世界軌道交通》雜志
本文摘要：對于車地通信面臨的挑戰(zhàn)，北京市軌道交通安全運營領(lǐng)導(dǎo)小組高度重視，在北京市交通委，科委，經(jīng)信委領(lǐng)導(dǎo)下，北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司會同軌道交通指揮中心，北京地鐵運營公司，組織北京交通大學，通號院有限公司以及通信和信號的國內(nèi)主流廠商在LTE基礎(chǔ)上共同提出了滿足城市軌道交通綜合業(yè)務(wù)需求的車地通信系統(tǒng)（LTE-M），并進行了聯(lián)合攻關(guān)。
隨著我國城市化的進程大大加快，城市人口急劇增加，大量流動人口涌進城市，人員出行和物資交流頻繁，汽車保持量持續(xù)攀高，使城市交通面臨著嚴峻的局勢，交通擁堵、空氣污染日益嚴重，影響了城市經(jīng)濟和社會活動的正常秩序。發(fā)展大容量、快捷、準點、安全的城市軌道交通已成為我國大中城市的首選，這是對國家戰(zhàn)略需求與老百姓出行質(zhì)量改善要求的積極響應(yīng)。截至到2013年底，全國19個城市共開通運營城市軌道交通2746公里。北京已開通軌道交通線路465公里、單日最高客流量1145萬人次、日均客流量約1000萬人次。到2020年，北京將建成軌道交通線路1000km，運營車輛2000列。國內(nèi)多個城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模，進入網(wǎng)絡(luò)化階段，已成為城市公共交通的命脈，在城市運行中發(fā)揮著越來越重要的作用。在當前形勢下，城市軌道交通運營安全也成為中央到地方各級政府關(guān)注的重點。
隨著北京軌道交通的快速發(fā)展，支撐安全運營的生產(chǎn)業(yè)務(wù)不斷增加，車地通信功能和性能面臨挑戰(zhàn)：為保證行車安全，信號系統(tǒng)（CBTC）要求使用安全可靠的車地通信；為保證列車運行過程車廂內(nèi)公共安全和緊急狀況應(yīng)急處置，需要實現(xiàn)所有在線列車車內(nèi)視頻實時回傳等。傳統(tǒng)的城市軌道交通車地通信通常使用WiFi技術(shù)，但WiFi采用公用頻段，易受干擾；沒有多業(yè)務(wù)優(yōu)先級保障機制，不適用于綜合承載；高速移動場景帶寬的穩(wěn)定性也無法保障，因此車地通信已經(jīng)成為了軌道交通發(fā)展面臨的主要瓶頸之一。
由于公共開放頻段不受保護， 2.4GHz的WLAN用戶數(shù)量激增，干擾源日益復(fù)雜，嚴重影響軌道交通安全運營。另一方面，軌道交通沿線纜線密集，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備多、投資大、運營成本高。為保證城市軌道交通運營安全，迫切需要整合車地無線通信生產(chǎn)業(yè)務(wù)承載需求，建立基于城市軌道交通專用無線頻段的車地通信系統(tǒng)，為城市軌道交通系統(tǒng)的安全、高效運營提供有力支撐。
LTE-M綜合業(yè)務(wù)承載解決方案匹配軌道交通需求
對于車地通信面臨的挑戰(zhàn)，北京市軌道交通安全運營領(lǐng)導(dǎo)小組高度重視，在北京市交通委，科委，經(jīng)信委領(lǐng)導(dǎo)下，北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司會同軌道交通指揮中心，北京地鐵運營公司，組織北京交通大學，通號院有限公司以及通信和信號的國內(nèi)主流廠商在LTE基礎(chǔ)上共同提出了滿足城市軌道交通綜合業(yè)務(wù)需求的車地通信系統(tǒng)（LTE-M），并進行了聯(lián)合攻關(guān)。
LTE-M 是針對軌道交通安全運營綜合業(yè)務(wù)需求定制的專用通信系統(tǒng)，全網(wǎng)配置完全冗余，能夠確保單點故障下信號系統(tǒng)安全，具有以下特點
高可靠的抗干擾能力。LTE有著系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計，可將干擾控制到最低來保證整體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有效降低網(wǎng)絡(luò)整體干擾水平。
高效的多業(yè)務(wù)優(yōu)先級保障機制。LTE提供9級QoS保障機制，LTE-M針對軌道交通業(yè)務(wù)進行了定制化優(yōu)先級匹配，對低優(yōu)先級業(yè)務(wù)進行了需求帶寬控制。LTE-M無線綜合通信系統(tǒng)承載了CBTC業(yè)務(wù)信息、緊急文本信息、列車運行狀態(tài)監(jiān)測信息、車載視頻監(jiān)控信息和乘客信息，根據(jù)各業(yè)務(wù)對可靠性、時延的要求，系統(tǒng)為其分配不同的優(yōu)先級。在同時傳輸CBTC、列車狀態(tài)監(jiān)測、車載視頻監(jiān)控信息和乘客信息時，高優(yōu)先級業(yè)務(wù)帶寬保障就能確保高優(yōu)先級業(yè)務(wù)，如CBTC業(yè)務(wù)信息的傳輸，保障行車安全，提升運營效率。
高速移動下的穩(wěn)定傳輸LTE在設(shè)計上已考慮了高速移動場景，通過自動頻率控制改善無線鏈路的穩(wěn)定性，提升高速場景下的傳輸穩(wěn)定性，能夠滿足每小時200公里高速移動場景下列車車地通信傳輸要求。
因此LTE-M具有多業(yè)務(wù)綜合承載的能力，完全匹配軌道交通多種業(yè)務(wù)的要求，具有施工簡便、安全和性價比高等特點。
鼎橋通信系統(tǒng)LTE-M綜合業(yè)務(wù)承載的驗證
成都鼎橋通信技術(shù)有限公司作為LTE通信設(shè)備的主要廠商參與了北京地鐵組織的整個攻關(guān)過程的測試與探討，在2014年3月到10月半年的過程中，主要經(jīng)歷了以下三個階段：
實驗室測試階段
2014年3月31日，由通號設(shè)計院發(fā)布了城市軌道交通綜合承載需求大綱，交大和通號設(shè)計院制定了實驗室測試規(guī)范（征求意見稿）。
2014年4月15日，北京交大、通號設(shè)計院、通信廠家和信號廠家共同討論確定了實驗室測試規(guī)范，正式開始基于TD-LTE的軌道交通生產(chǎn)業(yè)務(wù)綜合承載實驗室測試，測試內(nèi)容包含列車狀態(tài)信息靜態(tài)測試、傳輸時延測試、丟包性能測試、切換延時性能測試、切換丟包性能測試等多項內(nèi)容，到5月20日測試結(jié)束。
測試結(jié)果表明，鼎橋的LTE設(shè)備測試數(shù)據(jù)滿足軌道交通CBTC系統(tǒng)、列車運行狀態(tài)監(jiān)測、CCTV和PIS系統(tǒng)等生產(chǎn)業(yè)務(wù)綜合承載的需求。實驗室測試的具體測試結(jié)果如下：
5MHz帶寬能夠同時承載CBTC、緊急文本、列車運行狀態(tài)監(jiān)測、2路1Mbps速率監(jiān)控圖像、1路2Mbps速率PIS視頻；10MHz帶寬能夠同時承載CBTC、緊急文本、列車運行狀態(tài)監(jiān)測、2路2Mbps速率監(jiān)控圖像、1路4Mbps速率PIS視頻；15MHz帶寬時能夠同時承載CBTC、緊急文本、列車運行狀態(tài)監(jiān)測、2路2Mbps速率監(jiān)控圖像、1路6Mbps速率PIS視頻；在越區(qū)切換時，LTE系統(tǒng)傳輸速率會下降，此時需要降低CCTV和PIS系統(tǒng)的速率，但是仍能確保滿足CBTC、緊急文本和列車實時狀態(tài)傳輸?shù)男枨?；在進行CBTC、緊急文本、列車實時狀態(tài)、CCTV和PIS系統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)承載時，能夠滿足CBTC系統(tǒng)的要求，保障城市軌道交通的運營安全和應(yīng)急處置需要。
試驗段測試階段
為了進一步驗證LTE技術(shù)運用于城市軌道交通車地綜合承載生產(chǎn)業(yè)務(wù)的可行性，測試基于LTE的車地綜合通信系統(tǒng)在實際環(huán)境中的性能，判斷其是否能夠滿足當前城市軌道交通車地綜合承載生產(chǎn)業(yè)務(wù)的需求。2014年7月16日，北京交大、通號設(shè)計院、通信廠家和信號廠家正式開始基于TD-LTE的軌道交通生產(chǎn)業(yè)務(wù)綜合承載在真實電磁環(huán)境和符合工程實施組網(wǎng)環(huán)境的環(huán)鐵橋LTE測試，測試內(nèi)容包括LTE-M傳輸性能測試、綜合承載傳輸性能測試、設(shè)備穩(wěn)定性及單網(wǎng)故障性能測試以及極限性能測試等多項內(nèi)容，全面驗證LTE的在實際環(huán)境下的可行性，共測試了近一個月時間。
試驗段測試地點為中國鐵道科學研究院東郊分院的環(huán)形鐵道試驗中心, 試驗線正線長8631.419m，高架橋長785m，隧道長925m。試驗段LTE車地綜合通信系統(tǒng)測試采用兩套LTE設(shè)備組建A、B網(wǎng)，每個網(wǎng)絡(luò)均包括了核心網(wǎng)（EPC）、基帶處理單元（BBU）、射頻拉遠單元（RRU）、車載無線終端（TAU）。鼎橋通信總共部署了2套核心網(wǎng)設(shè)備，4個BBU設(shè)備，18個RRU設(shè)備，全線部署兩根漏纜進行無線覆蓋，網(wǎng)絡(luò)部署如下圖所示：
通過真實環(huán)境下的測試證明鼎橋通信的LTE系統(tǒng)完全能滿足軌道交通的多業(yè)務(wù)承載要求，主要數(shù)據(jù)如下：
傳輸時延平均小于32ms；切換時延平均小于50ms，切換成功率100%；15MHz頻寬下，上行平均吞吐量17Mbps，可實現(xiàn)6路D1視頻監(jiān)控要求，視頻清晰、流暢；15MHz頻寬下，下行平均吞吐量20Mbps；網(wǎng)絡(luò)擁塞情況下，可保證CBTC傳輸?shù)男阅芤?/div>
LTE-M標準規(guī)范研究
鼎橋通信正在積極參與LTE-M標準的推廣，LTE-M是基于LTE無線通信技術(shù)，根據(jù)城市軌道交通生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求，為城市軌道交通的定制LTE系統(tǒng)。LTE-M系統(tǒng)充分考慮了城市軌道交通生產(chǎn)業(yè)務(wù)可靠性和實時性要求高，綜合承載不同優(yōu)先等級的多業(yè)務(wù)，通信設(shè)備間實現(xiàn)互聯(lián)互通的需求，并結(jié)合LTE網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，形成了系統(tǒng)化、標準化的創(chuàng)新解決方案，為保障城市軌道交通安全運營提供技術(shù)支撐，形成了我國在城市軌道交通通信技術(shù)和裝備方面的優(yōu)勢。
鼎橋LTE系統(tǒng)已完成了實驗室和試驗段測試并通過了專家評審，測試結(jié)果證明：鼎橋通信LTE系統(tǒng)可用于承載軌道交通綜合業(yè)務(wù)，在保障CBTC業(yè)務(wù)高可靠傳輸?shù)耐瑫r，能夠同時滿足緊急文本下發(fā)和列車實時狀態(tài)的傳輸需求，且能為車載視頻監(jiān)控和乘客信息等業(yè)務(wù)提供有效的傳輸通道。
LTE-M系統(tǒng)應(yīng)用于城市軌道交通車地無線通信，對整個軌道交通行業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生深遠的意義，是城市軌道交通車地無線通信發(fā)展的重要技術(shù)方向，北京地鐵率先引入LTE-M技術(shù)將引領(lǐng)軌道交通車地無線通信在不久的將來步入全新的LTE-M時代。鼎橋通信作為主要的LTE設(shè)備廠家，愿意提供更好的產(chǎn)品和服務(wù)，在與LTE-M共同成長，為軌道交通車地通信的高效和安全貢獻一份力量。
關(guān)鍵詞：鼎橋通信
- 上一篇：城市軌道交通綜合開發(fā)模式分析
- 下一篇：走向國際市場，中國鐵路需要提升品牌
【京ICP備13032135號】
京公網(wǎng)安備 11010602004570號