楊粹

【摘要】 本文以城市軌道交通車地?zé)o線通信的實際需求為切入點，明確城市軌道交通車地?zé)o線通信的應(yīng)用要求，繼而探討了車地?zé)o線通信在城市軌道交通當(dāng)中的具體應(yīng)用方案，論證了利用TD-LTE技術(shù)構(gòu)建城市軌道交通車地?zé)o線通信專網(wǎng)的可行性，以供參考。

【關(guān)鍵詞】 城市軌道交通 車地?zé)o線通信 TD-LTE技術(shù)

處于高速移動狀態(tài)的列車如何與地面實現(xiàn)良好的信息交互是當(dāng)前地鐵建設(shè)的主要考慮因素，基于滿足地鐵運營需求的目的，地鐵隧道內(nèi)部設(shè)置了各種車地?zé)o線通信系統(tǒng)，但是依舊無法徹底解決車地信息交互的問題。因此，如何滿足地鐵各系統(tǒng)與乘客對車地?zé)o線通信的實際需求，降低建設(shè)成本是相關(guān)從業(yè)人員需要重點思考的問題。

一、城市軌道交通車地?zé)o線通信的需求分析

1.1 無線集群調(diào)度信息

在地鐵的正常運營過程當(dāng)中，司機(jī)需要與調(diào)度員、值班員進(jìn)行無線調(diào)度語音通話，司機(jī)與維護(hù)人員是主要的使用對象。當(dāng)前，我國的地鐵無線集群調(diào)度系統(tǒng)采用的主要是800MHz的數(shù)字集群系統(tǒng)（TETRA）。該系統(tǒng)不僅具備調(diào)度語音通信功能，還具備短數(shù)據(jù)傳送功能。

1.2 列車控制信息

CBTC是應(yīng)用范圍最廣的地鐵信號專業(yè)系統(tǒng)，車地間的列車控制信息傳送主要依靠ATC與CBTC兩個系統(tǒng)的移動閉塞而實現(xiàn)。在無線通信制式，采用的常是WLAN技術(shù)，無線通道由地鐵信號系統(tǒng)單獨建立。

1.3 乘客信息多媒體信息

乘客信息多媒體信息的主要作用是向乘客播放各類新聞以及進(jìn)行安全知識宣傳。當(dāng)前，我國地鐵基本上采用的都是WiMAX、R ailView、DVB-T等技術(shù)，地鐵車廂內(nèi)的乘客是其主要的指向用戶，其建設(shè)實施依賴地鐵乘客信息系統(tǒng)（PIS）而實現(xiàn)。

二、城市軌道交通車地?zé)o線通信的應(yīng)用要求

以地鐵的無線通信需求為依據(jù)，可具體分為數(shù)據(jù)、語音、服務(wù)、控制、安全等類的信息。城市軌道交通車地?zé)o線通信的應(yīng)用要求可概括為如下幾點：

（1）要求擁有大帶寬的傳輸能力，可順利完成各種語音以及視頻業(yè)務(wù)，更好地適應(yīng)地鐵系統(tǒng)的帶寬需求，劃分各種等級的業(yè)務(wù)，體現(xiàn)出信息傳輸?shù)倪x擇性，即是主次分明。

（2）擁有高速移動性，目前我國的地鐵時速大約為80km/h，要求車地?zé)o線通信可滿足在此時速之下的穩(wěn)定傳輸需求，同時要求其具備足夠的發(fā)展余地，可滿足日后地鐵時速高達(dá)120km/h的傳輸需求。具備一定的先進(jìn)性，保證其核心技術(shù)在未來的30年之間不會被完全淘汰，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化鮮明，滿足相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展需求。

（3）具有高度的可實施性，適應(yīng)高架、隧道、軌道交通地下等特殊場合的實施需求，預(yù)留后期工程系統(tǒng)擴(kuò)容的余地?？煞譃槿齻€階段：一是初期，要求具備承載乘客信息的多媒體功能，包括車載火災(zāi)自動報警系統(tǒng)信息、司機(jī)室客室圖像信息等。二是近期，要求具備CBTC列車控制、無線集群調(diào)度、車載廣播等功能。三是遠(yuǎn)期，要求具備承載其余各種無線信息的功能。

三、城市軌道交通車地?zé)o線通信應(yīng)用的系統(tǒng)方案

3.1 總體方案

該系統(tǒng)采用的是TD-LTE系設(shè)備，以4級架構(gòu)的形式進(jìn)行設(shè)置，分別是中心級、車站級、區(qū)間級、車輛級。其中，中心級擔(dān)任TD-LTE核心網(wǎng)設(shè)備角色，車站級是BBU設(shè)備，區(qū)間級是RRU設(shè)備，車輛級則是TAU設(shè)備。在區(qū)間覆蓋方面，該系統(tǒng)采用的是合路方式，即是區(qū)間覆蓋結(jié)合民用通信區(qū)間漏泄電纜，有助于擴(kuò)大TD-LTE車地?zé)o線信號在隧道區(qū)間內(nèi)的覆蓋率。

3.2 控制中心方案

在控制中心設(shè)置一套網(wǎng)管設(shè)備以及TD-LTE核心網(wǎng)，以乘客信息系統(tǒng)核心交換機(jī)連接，依靠專屬的通信傳輸系統(tǒng)所提供的以太網(wǎng)（ethernet）通道實現(xiàn)與各個車站的BBU相互連接。同時連接控制中心FAS、控制中心PIS的心互聯(lián)接口，車輛內(nèi)的全部FAS信息與檢測信息均通過TD-LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂浦行暮诵木W(wǎng)之上，隨后再通過PIS實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸至車輛維修中心以及控制中心FAS。

3.3 車站與隧道方案

車站乘客信息系統(tǒng)跟數(shù)據(jù)交換機(jī)相互連接，同時在車站內(nèi)設(shè)置一套BBU設(shè)備，以光纖為連接載體，實現(xiàn)與區(qū)間RRU的相互連接。RRU的主要作用是接收車輛TAU信息，隨后再經(jīng)過車站BBU乘客信息系統(tǒng)以及專用通信傳輸系統(tǒng)，將所接收的車輛TAU信息傳輸?shù)娇刂浦行闹稀⒑下菲髟O(shè)備設(shè)置在隧道之內(nèi)，整合TD-LTE車地?zé)o線信號與各個電信運營商的無線信號，隨后饋人區(qū)間民用漏泄電纜之內(nèi)，實現(xiàn)無線信號傳輸，以期覆蓋整個區(qū)間。

3.4 車載與車輛段方案

將兩套TAU設(shè)備分別安裝在列車的兩端司機(jī)室，并且在車頂?shù)奈恢眉友b一套TAU天線設(shè)備，連接車輛控制總線、車載乘客信息系統(tǒng)、車載視頻等。在此基礎(chǔ)下，車輛的全部信息，包括檢測信息、視頻畫面等均可實現(xiàn)上傳至控制終端，同時接收PIS的多媒體播放信息。針對全部的車輛段均設(shè)置天饋系統(tǒng)、BBU、RRU，以期將整個地面場區(qū)進(jìn)行覆蓋，包括運用檢修庫、出入段線等。

四、城市軌道交通車地?zé)o線通信的應(yīng)用測試

（1） RRC建立成功率。進(jìn)行信號業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的測試，包括TAU與RRC的連接成功率，經(jīng)測試，RRC建立成功率為100%。

（2） ERAB建立成功率。對ERAB與TAU的建立成功率進(jìn)行測試，經(jīng)測試，ERAB建立成功率為100%。

（3）切換成功率測試。計算總切換的次數(shù)與成功的次數(shù)比值，>97%視為正常，經(jīng)測試，在列車運動的狀態(tài)下，切換成功率達(dá)到98%以上。

（4）單用戶上行吞吐率測試。經(jīng)測試，單用戶上行吞吐率最小為6.5Mbit/s，最大為8.2Mbit/s，平均為7.4Mbit/s。

（5）單用戶下行吞吐率測試。經(jīng)測試，單用戶行吞吐率最小為6.1Mbit/s，最大為13Mbit/s，平均為8.5Mbitjs。

（6）切換時延測試。所謂的切換時延，即是在進(jìn)行切換操作的過程當(dāng)中，移動臺切換至通信鏈路的所需時間，控制面的合理切換時延為50ms，而用戶面則是控制面的兩倍左右。

五、結(jié)語

綜上所述，TD-LTE技術(shù)在城市軌道交通專網(wǎng)當(dāng)中具有高度的應(yīng)用價值，克服了地鐵的電磁環(huán)境，實現(xiàn)了大帶寬傳輸以及高速移動的重要目的，完成了多業(yè)務(wù)承載，有助于搭建可靠的地鐵車地?zé)o線通信傳輸平臺。當(dāng)前，TD-LTE技術(shù)已經(jīng)突破了支持集群調(diào)度通信系統(tǒng)的技術(shù)難關(guān)，因此，TETRA被TD-LTE技術(shù)所取代是大勢所趨，有助于打破地鐵內(nèi)部各個系統(tǒng)之間所存在的連接障礙，促進(jìn)資源整合，以期全面提高我國城市軌道交通車地?zé)o線通信的應(yīng)用水平。