朱云沖

EUHT在廣州地鐵知識城支線中的應用

朱云沖

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣州 510000）

隨著城市高速軌道交通（120 km/h以上）的建設，采用無線局域網(wǎng)技術(shù)（802.11ac、802.11n）組建車地寬度網(wǎng)絡已很難滿足列車高速、高帶寬、低時延的要求。EUHT在交通工程中的應用推廣為車地寬帶網(wǎng)絡的選型提供技術(shù)支持。對廣州地鐵知識城支線EUHT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求、EBU布點、信號切換、網(wǎng)絡同步、設施安裝、業(yè)務測試等幾個方面進行簡要介紹。廣州地鐵知識城支線的應用成果表明EUHT可實現(xiàn)120 km/h速度下單列車30路高清視頻圖像實時上傳，動態(tài)帶寬達到300 Mb/s，為保障列車安全提供十分重要的技術(shù)支持，同時也為160 km/h以上的地鐵車地無線寬帶網(wǎng)絡建設提供重要的技術(shù)參考。

軌道交通；超高速無線通信系統(tǒng)；有效全向輻射功率；乘客信息系統(tǒng)；控制中心

1 超高速無線通信系統(tǒng)（EUHT）

超高速移動通信系統(tǒng)（enhanced ultra-high throu-ghput，EUHT）是我國自主研發(fā)的全球首個能夠解決“移動寬帶一體化”的通信技術(shù)系統(tǒng)，具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核心芯片和整套技術(shù)應用標準。相比于目前第四代無線通信技術(shù)（4G LTE）和美國電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）主導的下一代Wi-Fi技術(shù)（802.11ac），EUHT技術(shù)具有更好的高速移動適應性、更大的數(shù)據(jù)傳輸帶寬、更低的空口接入時延和更穩(wěn)定的網(wǎng)絡漫游切換性能，成為當前全球唯一能在鐵路高速（250～360 km/h）移動環(huán)境下方便可靠的互聯(lián)網(wǎng)寬帶通信技術(shù)。

EUHT擁有超高速無線局域網(wǎng)等兩項中國通信行業(yè)標準（YD/T 2394.2—2012）。其中《合作式智能運輸系統(tǒng)專用短程通信第1部分與第2部分》已正式頒布成為國家標準。2016年8月住建部正式批準頒布基于EUHT技術(shù)的《城市軌道交通車地實時視頻傳輸系統(tǒng)》行業(yè)標準（CJ/T 500—2016）。使EUHT能夠廣泛應用于智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智能交通、軍事等領(lǐng)域。

2 知識城支線概況

知識城支線（新和—鎮(zhèn)龍）線路總長21.9 km，地下線長19.9 km，地上線長2.0 km；高架區(qū)間線路起點（YDK41+381）至洞口（YDK43+024）距離為1.643 km。隧道區(qū)間起點（YDK43+024）至線路終點（YDK63+302）長20.278 km。列車最高運行速度120 km/h；供電電壓為DC 1 500 V；采用6輛B型車編組；車站長度120 m（見圖1）。

圖1 線路概況示意

3 系統(tǒng)架構(gòu)

知識城支線EUHT系統(tǒng)用于構(gòu)建乘客信息系統(tǒng)車地無線網(wǎng)絡，包括上、下行兩個方向的數(shù)據(jù)流。下行方向的數(shù)據(jù)信息包括OCC控制中心下發(fā)至各列車的數(shù)字圖像資訊信息、列車的緊急疏散信息及列車的預告信息等；上行方向的數(shù)據(jù)信息包括列車車廂內(nèi)的視頻監(jiān)視圖像信息及列車運行狀態(tài)監(jiān)測信息等。EUHT系統(tǒng)主要由EUHT中心、有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡和車載網(wǎng)絡4個部分構(gòu)成（見圖2）。

圖2 EUHT系統(tǒng)構(gòu)成

EUHT中心由EDC、ECC和EDU設備構(gòu)成。EDC設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)和業(yè)務管理，通過接口EDU與PIDS分線交換機相連接，進行雙向數(shù)據(jù)傳輸。ECC接收來自網(wǎng)內(nèi)各設備的狀態(tài)信息，對全線所有設備進行狀態(tài)監(jiān)控，根據(jù)網(wǎng)管終端的查詢和操作命令，顯示線路上的設備狀態(tài)，對全線網(wǎng)絡設備進行診斷、維護和升級。ECC與中心EDU之間的物理接口采用標準千兆以太網(wǎng)接口，接口協(xié)議采用基于IP的尋址和傳輸協(xié)議，傳輸內(nèi)容包括設備（EAU、EBU、EDU）的位置數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、軟件版本數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)查詢命令、設備通信參數(shù)配置命令、設備系統(tǒng)配置命令、設備的固件和軟件更新數(shù)據(jù)。

有線網(wǎng)絡由主干網(wǎng)絡和區(qū)間網(wǎng)絡構(gòu)成。主干網(wǎng)絡由各車站（場）EDU通過光纖與中心EDU組成星形聯(lián)接構(gòu)成，區(qū)間網(wǎng)絡由車站EDU與所屬EBU之間組成星形聯(lián)接構(gòu)成。有線網(wǎng)絡實現(xiàn)所在區(qū)域無線系統(tǒng)的接入、傳輸、管理、認證和控制等功能。

無線網(wǎng)絡由區(qū)間EBU和EAT組成，實現(xiàn)線路范圍內(nèi)EUHT無線信號覆蓋，完成車地之間雙向數(shù)據(jù)流傳輸功能。每個EBU通過2芯光纖與車站EDU組成星形區(qū)間網(wǎng)絡，相鄰EBU之間通過單芯光纖組成鏈式同步網(wǎng)絡。

車載設備包括EAU、EAT及ESU。EAU為無線接入單元，與無線單元EAT及車載服務單元ESU相連，實現(xiàn)無線信號與數(shù)據(jù)信號的接收及轉(zhuǎn)換。車頭車尾兩端ESU與PIDS車載交換機相連接入車載網(wǎng)絡（見圖3）。

圖3 車載設備構(gòu)成

4 頻點使用

知識城支線EUHT系統(tǒng)在覆蓋范圍內(nèi)使用5 725～5 850 MHz頻段，使用149、153、157、161、165信道用于車-地EUHT無線通信。在停車場、出入段線根據(jù)場地環(huán)境增加使用5 150～5 350 MHz頻段組網(wǎng)（見圖4）。

圖4 5G頻段分配

5 技術(shù)要求

滿足列車最高車速為120 km/h下的切換，切換時間應少于30 ms；丟包率應控制在1%以下；單列車雙向傳輸?shù)挠行挷坏陀?50 Mb/s（列車120 km/h行駛速度下）；端到端時延不大于20 ms；切換成功率不低于99.99%；具備斷點續(xù)傳功能；每個基站的覆蓋范圍應有重疊區(qū)，在個別基站和其他設備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)應能正常工作。

6 EBU布點

6.1 鏈路計算模型

5 GHz無線通信設備高架或路基環(huán)境路徑損耗可以按照COST231-hata 模型（鄉(xiāng)村）和WINNER 模型（鄉(xiāng)村NLOS）的平均值進行理論計算，即：= 30.16 lg（d[km]）+122.255（dB）。隧道環(huán)境直線段的路徑損耗可以參考如下經(jīng)驗公式計算：

= 37.5 lg（d[km]）+ 86.625（dB）

6.2 鏈路計算

最大路損=發(fā)端EIRP–最小接收信號電平+其他增益–其他損耗–其他余量=33–（–76）+13+6–9–3–3=113 dB

通過鏈路計算模型得出EBU布點控制在500 m左右可以達到系統(tǒng)覆蓋電平要求。鏈路預算如表1所示。

表1 鏈路預算

6.3 EBU布點原則

根據(jù)鏈路模型計算和實測數(shù)據(jù)，EBU布點原則如下：

高架上直道覆蓋距離400 m，最大450 m；

隧道內(nèi)直道覆蓋距離450 m，最大500 m；

隧道、高架遇到站臺，覆蓋距離修正值為：減少50 m；

隧道內(nèi)曲率半徑≥500 m時，覆蓋距離減少100 m；

隧道內(nèi)曲率半徑<500 m時，覆蓋距離減少200 m；

在過渡區(qū)段覆蓋半徑適當減小50 m。

7 切換機制

在車頭、車尾司機室天線艙內(nèi)分別安裝一套車載天線和EAU設備。車頭天線接收前方的EBU信號，車尾天線接收后方的EBU信號。在正常工作時，車頭EAU連接行車前方的EBU，車尾EAU連接行車后方的EBU。列車在行進過程中，車頭和車尾的EAU在EBU基站附近完成小區(qū)間切換（見圖5）。

圖5 信號切換示意

車頭、車尾的EAU不會同時處于信號覆蓋的弱場區(qū)，車頭、車尾的EAU可以協(xié)同工作，保障列車數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捫枨?。為了使車站?？康牧熊嘐AU不處于切換區(qū)，EBU設置在區(qū)間。

8 EBU網(wǎng)絡同步

EUHT為時分系統(tǒng)，需要嚴格的時鐘同步。EBU設備內(nèi)置時鐘同步模塊，通過接收ETU發(fā)送的信號實現(xiàn)時鐘同步功能，具體原理如下：

ETU將GPS信號轉(zhuǎn)換為光同步信號，通過光端口傳輸至相連的EBU，EBU接收到光同步信號后，獲得同步時鐘，并將同步信號再次轉(zhuǎn)化為光同步信號傳輸至下一相鄰EBU。通過EBU設備的級聯(lián)實現(xiàn)EBU設備時鐘同步，連接方式如圖6所示。

圖6 EBU信號同步示意

9 設施安裝情況

知識城支線EUHT系統(tǒng)，在鎮(zhèn)龍OCC設置EUHT中心設備1套；在各車站設置車站設備11套，在線路區(qū)間設置EUHT無線基站設備127套，其中正線109套，聯(lián)絡線及折返段8套，停車場10套。正線平均基站間距400～500 m。在8列運營列車上配置車載終端，頭部、尾部各一套。地面網(wǎng)絡冗余覆蓋，車載終端冗余備份，提升了系統(tǒng)的可靠性。EUHT設備安裝見圖7。

圖7 EUHT設備安裝

10 業(yè)務承載測試及成果

10.1 業(yè)務承載測試

以編播中心大屏視頻效果為參考，綜合調(diào)試PIDS下行信息、上行視頻實時回傳業(yè)務。業(yè)務測試分為2部分內(nèi)容：

1）PIS視頻測試。在中心分別播放組播和單播的視頻流數(shù)據(jù)，在車廂的LCD屏幕觀看視頻效果。

2）CCTV業(yè)務測試。分別調(diào)取前3個車廂的視頻，后3個車廂視頻，整車視頻的CCTV數(shù)據(jù)。在分別調(diào)看3列車，每列車10個攝像頭的監(jiān)控視頻，在地面編播室大屏觀察視頻效果。

在業(yè)務測試中發(fā)現(xiàn)視頻有卡頓的點或段，通過網(wǎng)管實時觀測列車位置及入網(wǎng)基站，通過實時調(diào)取log信息，以及編播室大屏觀察列車卡頓點，與無線調(diào)試人員共同調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，進行網(wǎng)絡優(yōu)化，保證視頻流暢。

10.2 測試結(jié)果

在列車120 km/h行駛速度下，實現(xiàn)了PIS信息實時下傳、單列車30路高清視頻監(jiān)控信息實時上傳業(yè)務，測試結(jié)果如下（見圖8）：

1）單列車靜態(tài)帶寬可達400 Mb/s。

2）列車動態(tài)情況下（時速80～115 km）平均上傳吞吐率約為200 Mb/s，下載吞吐率約100 Mb/s，合計約300 Mb/s。

3）實現(xiàn)單列車全車30路1080p高清視頻全程無卡頓實時監(jiān)控。

圖8 OCC EUHT系統(tǒng)測試

4）實現(xiàn)按全線6列運行車輛共96路1080p視頻圖像實時傳輸（見圖9）。

圖9 編播室EUHT系統(tǒng)測試

11 結(jié)語

廣州地鐵知識城支線已于2017年12月28號開通，EUHT系統(tǒng)已通過測試和驗收，實現(xiàn)全球首次全車30路1080p高清視頻監(jiān)控上傳，雙向?qū)崟r動態(tài)帶寬達到300 Mb/s。目前國內(nèi)地鐵建設已陸續(xù)開展160 km/h以上的高速軌道交通項目（廣州地鐵18、22號線），EUHT系統(tǒng)可為120 km/h以上的地鐵車地寬帶無線移動網(wǎng)絡提供重要的選型參考。

為了進一步推廣EUHT技術(shù)和設備在城市軌道交通領(lǐng)域高效便捷的部署和應用，應完善EUHT設備和工程相關(guān)的標準和規(guī)范（綜合承載信息分類與要求規(guī)范、設備編碼規(guī)范、系統(tǒng)設備測試規(guī)范），拓展業(yè)務承載能力（如承載CBTC、支持集群調(diào)度通信），持續(xù)改進技術(shù)能力，保持技術(shù)領(lǐng)先性。

[1] 地鐵設計規(guī)范: GB 50157—2013[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2014. Code for design of metro: GB 50157—2013[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2014.

[2] 城市軌道交通技術(shù)規(guī)范: GB 50490—2009[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2009. Technical code of urban rail transit: GB 50490—2009[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2009.

[3] 鐵路通信設計規(guī)范: TB 10006—2016[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2016. Code for design of railway communication: TB 10006—2016[S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2016.

[4] 城市軌道交通車地實時視頻傳輸系統(tǒng): CJ/T 500—2016[S]. 北京: 中國標準出版社, 2016. Real-time video transmission systems between roadside andvehicle for urban rail transit: CJ/T 500—2016[S]. Beijing: Standards Press of China, 2016.

[5] 高頻譜利用率和高數(shù)據(jù)吞吐的無線局域網(wǎng)技術(shù)要求第1部分: 超高速無線局域網(wǎng)媒體接入控制層(MAC)和物理層(PHY): YD/T 2394.1—2012[S] .北京: 人民郵電出版社, 2012. High spectrum efficiency and high throughput wireless LAN technical requirements Part1: Medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications for ultra high throughput wireless local area network: YD/T 2394.1—2012[S] .Beijing: Posts & Telecom Press, 2012.

[6] 高頻譜利用率和高數(shù)據(jù)吞吐的無線局域網(wǎng)技術(shù)要求第2部分: 增強型超高速無線局域網(wǎng)媒體接入控制層(MAC)和物理層(PHY): YD/T 2394.2—2012[S]. 北京: 人民郵電出版社, 2012. High spectrum efficiency and high throughput wireless LAN technical requirements Part2: Medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications for enha-nced ultra high throughput wireless local area network: YD/T 2394.1—2012[S]. Beijing: Posts & Telecom Press, 2012 .

[7] 姜博, 李輝, 梁軼群. 基于EUHT的鐵路站車WiFi車-地通信系統(tǒng)測試方案設計[J]. 鐵道通信信號, 2017(2): 70-73.

[8] 郭敏. 淺析EUHT在地鐵無線中的應用[J]. 科技創(chuàng)新與應用, 2016(28): 23-23.

[9] 梁家榮. 淺析EUHT技術(shù)在高速公路中的應用[J]. 中國交通信息化, 2017(7): 118-120.

[10] 倪小龍. 新一代高速寬帶無線移動通信系統(tǒng)(EUHT)技術(shù)介紹及產(chǎn)業(yè)化應用[J]. 世界軌道交通, 2016(6): 64-65.

[11] 吳建國, 武春娟, 李巍. 基于EUHT技術(shù)的超寬帶移動通信系統(tǒng)應用研究[J]. 鐵道通信信號, 2017(2): 63-66.

（編輯：王艷菊）

Application of EUHT of Guangzhou Metro knowledge city branch line

ZHU Yunchong

(Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., ltd., Guangzhou 510000)

With the construction of high-speed rail transits (120km/h or above), the use of WLAN technology (802.11ac and 802.11n) to build the Vehicle-Ground network has had difficulty meeting the high speed, high bandwidth, and low delay requirements. The application of EUHT in traffic engineering provides technical support for the selection of Vehicle-Ground broadband network. This article briefly introduces the system structure, technical requirements, EBU layout, signal switching, network synchronization, facility installation, and business testing of EUHT enhanced ultra-high throughput, of the Guangzhou Metro knowledge city branch line. The application results of the Guangzhou Metro Knowledge City branch line show that EUHT can accomplish 30 ways of the real-time uploading of high-definition video images of a single train travelling at 120km/h speed, and a dynamic bandwidth of up to 300Mbps. It provides very important technical support for train safety assurance, and also provides important technical reference for the metro wireless Vehicle-Ground broadband network above 160km/h.

urban rail transit; EUHT; effective isotropic radiated power (EIRP); passenger information system (PIS); Operation control center (OCC)

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.05.005

U231

A

1672-6073(2018)05-0022-05

2018-01-17

2018-03-12

朱云沖，男，本科/學士學位，高級工程師，從事軌道交通通信系統(tǒng)設計研究，zhuyunchong@dtsjy.com