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北京地铁引领车地通信跨入LTE-M(4G)综合业务承载新时代


日期:2014-11-04   录入:admin

北京地铁车地通信面临的挑战

        北京地铁现已开通17条线465公里,日均客运量超过千万人次,高峰时同时有900多列车运行,是世界上最繁忙的城市轨道交通系统之一。随着北京地铁的快速发展,支撑安全运营的生产业务不断增加,车地通信功能和性能面临挑战,迫切需要可靠传输信号系统(CBTC)的列车状态信息和行车控制命令以保证行车安全;迫切需要及时回传在线列车车内视频,向乘客通报紧急情况,以保证公共安全和紧急状况的应急处置。与国内其他城市一样,目前目前北京地铁CBTC信号系统、PIS(CCTV)中车地信息传输均独立设置的WiFi系统。由于WiFi系统存在如下问题:采用公用频段,易受干扰;没有多业务优先级保障机制,不适用于综合承载;高速移动场景带宽的稳定性也无法保障;CBTC系统、PIS(CCTV)系统独立建网,频率资源浪费。因此车地通信已经成为北京地铁安全运营面临的主要瓶颈之一。

LTE-M综合业务承载解决方案匹配轨道交通需求

       对于车地通信面临的挑战,北京市轨道交通安全运营领导小组高度重视,在北京市交通委,科委,经信委领导下,北京市轨道交通建设管理有限公司会同轨道交通指挥中心,北京地铁运营公司,组织北京交通大学,通号院有限公司以及通信和信号的国内主流厂商华为、中兴、鼎桥、北京交控科技、卡斯柯等在LTE基础上共同提出了满足城市轨道交通综合业务需求的车地通信系统(LTE-M)成立联合攻关组展开系统性研究工作。

      目前,LTE-M系统已完成了实验室和试验段测试并通过了专家评审,测试结果证明:LTE-M系统用于承载轨道交通综合业务,在保障CBTC业务高可靠传输的同时,能够同时满足紧急文本下发和列车实时状态的传输需求,且能为车载视频监控和乘客信息等业务提供有效的传输通道。

                                                                 LTE-M综合承载网络结构

       LTE-M 是针对轨道交通安全运营综合业务需求定制的专用通信系统,全网配置完全冗余,能够确保单点故障下信号系统安全。与传统解决方案相比,LTE-M系统有以下优点:

1. 高可靠的抗干扰能力

       LTE有着系统的抗干扰设计,可将干扰控制到最低来保证整体网络环境,有效降低网络整体干扰水平。LTE-M在继承了LTE高可靠抗干扰能力的同时,还创新性的引入了工程部署的抗干扰措施,通过车载天线和地面漏缆的布放实现了对干扰信号的最大屏蔽,同时优化了上行调度算法,使得上行业务的带宽保障更加精确和高效。在试验段测试中,面对干扰源-45dbm极高强度的干扰,LTE-M系统通过工程化抗干扰措施以及优化调度算法,依然能够满足CBTC业务的正常运行。

2. 高效的多业务优先级保障机制

        LTE提供9级QoS保障机制,LTE-M针对轨道交通业务进行了定制化优先级匹配,对低优先级业务进行了需求带宽控制。LTE-M无线综合通信系统承载了CBTC业务信息、紧急文本信息、列车运行状态监测信息、车载视频监控信息和乘客信息,根据各业务对可靠性、时延的要求,系统为其分配不同的优先级。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,高优先级业务带宽保障就能确保高优先级业务,如CBTC业务信息的传输,保障行车安全,提升运营效率。

3. 高速移动下的稳定传输

       LTE在设计上已考虑了高速移动场景,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,能够满足每小时200公里高速移动场景下列车车地通信传输要求。LTE-M系统继承了LTE高速传输稳定的特性,还针对轨道交通的特性引入了基于频偏的切换技术,确保了高可靠性的无损切换。

 

城市轨道交通跨入4G无线通信时代

       为使LTE-M技术在城市轨道交通得以应用,还需在实际的运营线路验证和考核其适配性及综合性能。结合近期北京市轨道交通建设情况,选取燕房线作为LTE-M示范应用线。燕房线是北京市确定的轨道交通科技示范线,将采用自主研发的全自动驾驶和综合自动化等多项先进技术,实现无人驾驶,也迫切需要高性能的车地通信系统为支撑。北京市科委已将“城市轨道交通专用车地综合通信系统(LTE-M)研制与示范应用”列入2015年重大科研项目。

      LTE-M示范线的建设运营标志着成功打造一个高速、稳定、可靠的车地双向车地通信传输网络,树立城市轨道交通行业对车地通信的新认识,增强了运用新技术的能力与信心,使我国城市轨道交通跨入4G无线通信时代。

 
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