軌道交通LTE技術(shù)的應(yīng)用及創(chuàng)新實踐
2016-06-23 來源:中關(guān)村在線
本文摘要:近日,中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布了《關(guān)于推薦城軌交通項目新建CBTC系統(tǒng)使用1 8G專用頻段和LTE綜合無線通信通信系統(tǒng)的通知》
近日,中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布了《關(guān)于推薦城軌交通項目新建CBTC系統(tǒng)使用1.8G專用頻段和LTE綜合無線通信通信系統(tǒng)的通知》,通知中提到,隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展,對使用無線CBTC信號系統(tǒng)時必須滿足安全可靠的運營提出了更高要求,基于1.8G專用頻段(1785-1805MHz)和第四代通信制式(TD-LTE)制定的城市軌道交通無線通信技術(shù)規(guī)范(LTE-M),在安全性、傳輸速率、延時、通信質(zhì)量、對更高速度的適應(yīng)性和互聯(lián)互通等方面都比wifi制式有更好的應(yīng)用場景,并且由于TD-LTE技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈,因此,協(xié)會建議新建城軌項目使用LTE-M規(guī)范,那么,LTE技術(shù)到底擁有何種魅力,能夠獲得城軌行業(yè)的青睞呢?
1.LTE匹配軌道交通業(yè)務(wù)需求,成為軌道交通車地?zé)o線主流技術(shù)。
LTE是3GPP標準組織制定的目前最先進的無線通信技術(shù),是無線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢,LTE系統(tǒng)引入了OFDM(正交頻分復(fù)用)和MIMO(多輸入多輸出)等關(guān)鍵傳輸技術(shù),顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率(20M帶寬下行峰值速率為100Mbps,上行為50Mbps),并支持多種帶寬分配:1.4MHz,3MHz,5MHz,10MHz,15MHz和20MHz等。LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化簡單化,減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和系統(tǒng)復(fù)雜度,從而減小了系統(tǒng)時延,也降低了網(wǎng)絡(luò)部署和維護成本。
針對軌道交通行業(yè),LTE無線專網(wǎng)具有如下先進的技術(shù)特點:
1.LTE有著系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計,通過多種技術(shù)手段和算法,LTE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。
2.LTE無線專網(wǎng)極大的提高了無線覆蓋范圍,單小區(qū)的覆蓋范圍可達1.2km,降低了小區(qū)切換頻度和設(shè)備維護成本。
3.LTE支持高可靠性的無損切換和快速及時的無縫切換,以及基于非競爭的快速隨機接入,確保越區(qū)切換時延小于100ms,丟包率小于1%。
4.LTE支持高達9級的業(yè)務(wù)優(yōu)先級控制,能夠在一張網(wǎng)上承載多業(yè)務(wù),并對不同的業(yè)務(wù)分配不同的優(yōu)先級,實現(xiàn)全方位QoS保障。在提供CBTC(基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng))業(yè)務(wù)承載的同時,更可滿足軌道交通其它安全運營相關(guān)業(yè)務(wù)的承載。
LTE無線專網(wǎng)具有的先進特點,無論是抗干擾性還是高速移動狀態(tài)下的穩(wěn)定性,都能夠確保軌道交通CBTC、PIS、CCTV等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,并進一步提升軌道交通的可靠性和安全性,同時LTE具有的多業(yè)務(wù)QoS保障機制可實現(xiàn)一張網(wǎng)承載多業(yè)務(wù),降低部署和維護成本。
2015年2月28日,工業(yè)與信息化部發(fā)布無[2015]65號文件"關(guān)于重新發(fā)布1785-1805MHz頻段無線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知"。明確了城市軌道交通車地?zé)o線通信可以使用1.8G頻段。隨著該文件的發(fā)布,全國地鐵LTE車地?zé)o線建設(shè)開始加速,2015年已經(jīng)有18條線路車地?zé)o線采用LTE技術(shù),其中7條承載CBTC業(yè)務(wù)。LTE已經(jīng)成為軌道交通車地?zé)o線主流技術(shù)
2.LTE在軌道交通的應(yīng)用還面臨諸多挑戰(zhàn)
對軌道交通應(yīng)用來說,LTE還是一個新的技術(shù),隨著LTE在軌道交通的深入應(yīng)用,一些新的問題也開始出現(xiàn),這些問題有的是LTE自身的特性引入的(如時鐘同步),有的現(xiàn)網(wǎng)建設(shè)過程中產(chǎn)生的(復(fù)雜場景覆蓋),還有的是對LTE提出的更高需求(數(shù)據(jù)加密需求)。LTE需要直面問題,給出合理的解決方案:
1、時鐘同步需求
由于國內(nèi)普遍采用的的是TD-LTE技術(shù),對時鐘同步要求精度極高,一般采用GPS時鐘同步,但由于軌道交通的特殊性,在地下站點不一定能夠有通道拉出GPS天線,即使有通道拉出天線,由于GPS天線采用同軸電纜,超過100米后信號衰減就不可用,給LTE在軌道交通的部署帶來極大的困難
2、復(fù)雜場景覆蓋
目前國內(nèi)的城市軌道交通正在由線路向線網(wǎng)快速推進,多條線路交匯帶來各種復(fù)雜的覆蓋場景,包括線路交叉,線路共用,線路并行,同站換乘,共用場段等復(fù)雜場景。LTE需要從頻段,容量等方面綜合考慮復(fù)雜場景的解決方案,從而避免多線路多線路共用區(qū)段帶來的信號干擾。
3、信息安全要求
目前國家已經(jīng)明確要求軌道交通信號系統(tǒng)必須滿足安全等保3級,按照安全等保3級要求"應(yīng)對通信過程中的整個報文或會話過程進行加密"。這樣就對LTE傳輸?shù)倪^程的加密提出了更高的要求,必須對信號系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實現(xiàn)端到端的加密。
3.華為eLTE解決方案創(chuàng)新融合,全面解決LTE車地?zé)o線面臨的挑戰(zhàn)
華為eLTE軌道交通解決方案與時俱進,針對LTE在軌道交通部署中的難點,提供全方面的解決方案:
1、采用Atom時鐘同步,有效解決地下站點GPS引入困難的工程部署難題
解決地下站GPS拉遠部署難題:將GPS授時轉(zhuǎn)換為1588V2IP時鐘報文通過光纖拉遠到車站,拉遠距離可達5KM以上;
支持多時鐘備份:ATOMGPS支持1+N備份,還能和管控中心的時鐘同步服務(wù)器同時部署,確保信號系統(tǒng)時鐘同步可靠性
設(shè)備安裝和維護簡單:即插即用,自動上線,可通過網(wǎng)管遠程配置;
2、根據(jù)客戶實際情況采用多種解決方案,實現(xiàn)復(fù)雜區(qū)域的無線規(guī)劃
在有足夠的頻率規(guī)劃時,利用頻點劃分規(guī)避干擾
交匯區(qū)域兩條線路采用不同的頻率。此方案需要分配兩組紅藍網(wǎng)頻率給CBTC,兩條線路頻率完全分開,互不干擾。
在頻點資源有限情況下,采用跨核心網(wǎng)切換方案
交匯區(qū)域由其中一條線路無線覆蓋。此方案規(guī)劃時需要考慮容量的增加,其它線路的列車進出此區(qū)域需要進行兩次跨網(wǎng)切換,從目前測試結(jié)果看,跨網(wǎng)切換依然能滿足CBTC業(yè)務(wù)要求。
在多線路可以共核心網(wǎng)的情況下,采用小區(qū)干擾規(guī)避方案
多線路同核心網(wǎng),統(tǒng)一管理交匯區(qū)間基站。此方案需要較為復(fù)雜的鄰區(qū)規(guī)劃和無線規(guī)劃,以避免誤切換引起切換失敗等。
3、采用端到端的數(shù)據(jù)加密,確保無線系統(tǒng)無明文
華為eLTE安全解決方案支持空口終端和網(wǎng)絡(luò)的雙向鑒權(quán)認證,支持祖沖之加密算法的空口加密,通過車載TAU和OCC管控中心的安全服務(wù)器建立IPSec通道,實現(xiàn)整個LTE承載系統(tǒng)的s數(shù)據(jù)加密。
4.華為eLTE成功實踐,推動軌道交通車地?zé)o線走向成熟
鄭州地鐵1號線成功商用
2013年11月29日,華為在鄭州發(fā)布全球首個eLTE城市軌道交通解決方案,這是全球第一條基于4GLTE技術(shù)的地鐵綜合業(yè)務(wù)無線解決方案。通過采用該解決方案,鄭州地鐵公司在公共安全管理、改善乘客出行體驗、減少設(shè)備維護上等方面實現(xiàn)了創(chuàng)新性突破。
1.在公共安全管理方面,基于eLTE的寬帶傳輸和低時延性能,在車廂和車站內(nèi)進行的視頻拍攝可以及時將情況同步傳輸?shù)焦芾碇行?,實現(xiàn)實時管控。
2.在提升乘客出行體驗方面,利用eLTE進行承載,通過車內(nèi)的高清視頻終端可為乘客實時提供實時的新聞、廣告、電視節(jié)目等,增添出行趣味,并增加地鐵客戶的運營收入。
3.在減少設(shè)備維護上,由于eLTE設(shè)備穩(wěn)定性及更少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署,大幅度降低無線網(wǎng)絡(luò)運維難度及成本,鄭州地鐵1號線開通一年,沒有因為LTE設(shè)備故障下過一次區(qū)間。
深圳地鐵11號線即將商用
2015年3月,華為中標深圳地鐵11號線PIS項目車地通信系統(tǒng),開始部署eLTE軌道交通解決方案,深圳地鐵11號線全程18個站點、長度超過50Km,身兼機場快線和廣深城際軌道線路雙重任務(wù),最高速度達到了120Km/h,是典型的"大站快車"線路。同時,11號線地形環(huán)境涵蓋了高架、隧道、地面等場景,中間穿過深圳寶安機場,電磁環(huán)境復(fù)雜。對于無線技術(shù)的高速移動性支持、穩(wěn)定傳輸、抗干擾能力提出了很高的要求。
華為eLTE解決方案,利用匹配軌道應(yīng)用場景的增強覆蓋技術(shù),減少軌旁設(shè)備數(shù)量為原來的1/5;同時,華為eLTE擁有獨有AFC頻偏糾正技術(shù),保證高速場景下的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸;結(jié)合11號線實際場景,利用漏纜、天線、室分多種覆蓋方式,完成隧道、高架、車輛段等不同環(huán)境情況下的無縫覆蓋,并有效控制干擾。滿足在列車高速運動的情況下,實現(xiàn)新聞直播業(yè)務(wù)和列車車廂、司機室的實時穩(wěn)定視頻圖像監(jiān)控。
2015年采用LTE招標的18條線路中,華為中標11條線路,其中包含3條承載CBTC的線路,目前這些線路都在部署中,華為愿同業(yè)界攜手合作,推動eLTE軌道交通車地?zé)o線通信解決方案進一步發(fā)展,開啟城軌車地?zé)o線通信LTE新時代。
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