LTE技術(shù)在地鐵信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)

隨著城市發(fā)展、人口增多，交通堵塞成大問題，地鐵是緩解交通壓力的好選擇。信號(hào)系統(tǒng)是地鐵運(yùn)行關(guān)鍵，負(fù)責(zé)控制列車，其性能影響運(yùn)營(yíng)效率和安全性，LTE技術(shù)出現(xiàn)，它是新型無線通信技術(shù)，速度快、延遲低、可靠性高，為地鐵信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)提供新方案。

一、 LTE技術(shù)概論與需求分析

（一） 技術(shù)概論

數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（Data Communications Subsystem，DCS）形成了一個(gè)封閉的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，專門向信號(hào)系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠、穩(wěn)定且具有安全保障的數(shù)據(jù)傳輸通道。

數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)基于開放的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，采用具有開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和接口的商用設(shè)備，并且采用透明傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行信息傳輸，有線通信部分嚴(yán)格依照IEEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，而無線通信部分則采納前沿的LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),具備多種帶寬分配能力。

（二）需求分析

近幾十年，軌道交通發(fā)展迅速，特別是地鐵軌道交通。地鐵無線通信系統(tǒng)主要是為地鐵安全、高密度、高效運(yùn)營(yíng)之根本保障。

LTE系統(tǒng)提供滿足寬帶、穩(wěn)定、具有保障和實(shí)時(shí)性要求的信號(hào)列控信息（雙向）、PIS、CCTV信息、列車狀態(tài)監(jiān)視信息車地?zé)o線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載功能，綜合承載 CBTC、PIS、CCTV 業(yè)務(wù)和列車狀態(tài)監(jiān)視業(yè)務(wù)。

（三）LTE系統(tǒng)需求

1.3.1系統(tǒng)總要求

（1）傳輸通道宜采用獨(dú)立的雙網(wǎng)作為冗余的物理通信路徑。

（2）訪問控制準(zhǔn)則。

（3）在安全監(jiān)測(cè)、審計(jì)與監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)反病毒以及備份與災(zāi)難恢復(fù)等關(guān)鍵領(lǐng)域，做好應(yīng)急保障措施和應(yīng)急流程，并確保具備充分的防御能力，以有效預(yù)防內(nèi)外部人員進(jìn)行的違規(guī)操作和攻擊破壞[1]。

（4）要確保車載無線單元和基站間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/span>

（5）無線覆蓋范圍內(nèi)，任意地點(diǎn)都應(yīng)實(shí)現(xiàn)A/B雙網(wǎng)覆蓋。

（6）車頭、車尾分別提供與A、B網(wǎng)的無線傳輸通道。

二、LTE系統(tǒng)組成

LTE系統(tǒng)由車-地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)、中心設(shè)備、車站設(shè)備構(gòu)成。

（一） 車-地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)

無線網(wǎng)絡(luò)主要為信號(hào)軌道旁設(shè)備及車載設(shè)備提供傳輸通道。南通地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信DCS子系統(tǒng)中車地?zé)o線方案采用基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的TD-LTE無線移動(dòng)通信技術(shù)建設(shè)，采用A/B紅藍(lán)雙網(wǎng)冗余架構(gòu)設(shè)計(jì)。A/B紅藍(lán)雙網(wǎng)采用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)布局模式，每張網(wǎng)內(nèi)單獨(dú)配置1套核心網(wǎng)和基站系統(tǒng)，A/B雙網(wǎng)一共部署2套核心網(wǎng)和基站系統(tǒng)，雙網(wǎng)基站和泄漏電纜連接，通過這種方式保障無線信號(hào)全域覆蓋。TD-LTE系統(tǒng)的核心網(wǎng)EPC設(shè)置在控制中心[2]。

通過SGi接口與信號(hào)系統(tǒng)的骨干環(huán)路的交換機(jī)相連，繼而連接到信號(hào)系統(tǒng)的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO等信號(hào)系統(tǒng)各子系統(tǒng)設(shè)備。

車載終端設(shè)置在列車的前后司機(jī)車廂內(nèi)，基于以太網(wǎng)接口與車載ATP/ATO系統(tǒng)連接，建立了車載ATP/ATO與地面信號(hào)系統(tǒng)中的CI、ZC、ATS、ATP/ATO之間的點(diǎn)到點(diǎn)連接。

（二）中心設(shè)備

中心設(shè)備包括LTE寬帶移動(dòng)核心網(wǎng)設(shè)備、中心路由器、網(wǎng)管服務(wù)器及管理終端等。核心網(wǎng)設(shè)備按不同業(yè)務(wù)接入APN地址區(qū)分CBTC和其它業(yè)務(wù)，建立不同傳輸通道發(fā)往各自業(yè)務(wù)服務(wù)器，并通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與各無線基帶單元BBU通信。CBTC軌旁接口設(shè)備等應(yīng)用服務(wù)器通過中心路由器與無線核心網(wǎng)通信。LTE網(wǎng)管服務(wù)器負(fù)責(zé)平臺(tái)內(nèi)所有設(shè)備和端口的參數(shù)管理與狀態(tài)監(jiān)測(cè)，支持多遠(yuǎn)程終端連接，還與時(shí)間系統(tǒng)連接獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。  

（三）車站設(shè)備

LTE基站設(shè)備包括BBU和RRU，BBU部署在車站機(jī)房，RRU通過光纖拉遠(yuǎn)就近部署在覆蓋區(qū)域。BBU放置在車站專用機(jī)房，全線BBU可集中或分別放置在不同車站，通過光纖與RRU連接，RRU可部署在機(jī)房或軌旁，位置由站間距確定，將BBU設(shè)備放置于車站信號(hào)設(shè)備室[3]。

三、LTE技術(shù)方案

（一） LTE 系統(tǒng)的整體架構(gòu)

控制中心機(jī)房部署無線核心網(wǎng)和網(wǎng)管設(shè)備，通過LTE軌旁以太網(wǎng)連接車站。CBTC業(yè)務(wù)服務(wù)器運(yùn)行時(shí)，利用以太網(wǎng)交換機(jī)接口，經(jīng)LTE網(wǎng)將采集信息發(fā)至列車。設(shè)備集中站、車輛段、停車場(chǎng)設(shè)無線基站（BBU），各LTE基站經(jīng)以太網(wǎng)與車站網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，再通過LTE軌旁以太網(wǎng)連接無線核心網(wǎng)和網(wǎng)管。

（二） LTE 軌旁以太網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

在研究中，針對(duì)LTE軌旁以太網(wǎng)的部署方案，我們采納了雙網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)的策略，以保障LTE承載網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。具體而言，LTE A網(wǎng)被設(shè)定為綜合承載網(wǎng)絡(luò)，而LTE B網(wǎng)則專門用于承載CBTC業(yè)務(wù)。值得注意的是，有線網(wǎng)絡(luò)并不對(duì)CBTC業(yè)務(wù)或PIS業(yè)務(wù)進(jìn)行區(qū)分，而是統(tǒng)一承載所有LTE業(yè)務(wù)。在此架構(gòu)中，承載網(wǎng)的主要職責(zé)是建立LTE基站與LTE核心網(wǎng)之間的通道連接。

綜上所述，本設(shè)計(jì)方案旨在確保LTE承載網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行和穩(wěn)定性能，同時(shí)滿足不同業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)接入要求。

四、 LTE技術(shù)在信號(hào)系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)

（一）系統(tǒng)可靠性及可用性高

通過完全擴(kuò)展的冗余結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高度可靠性和可用性。在軌旁，冗余 CSR、骨干網(wǎng)拓?fù)?、帶兩個(gè)冗余無線通道的 LTE 網(wǎng)絡(luò)及冗余 WCN 網(wǎng)，提供完全冗余的軌旁結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)為列車建立與不同軌旁無線設(shè)備的多個(gè)無線連接，實(shí)現(xiàn)冗余的空間鏈路傳輸功能。在列車上，兩個(gè)帶互為冗余 LTE 無線設(shè)備的列車單元構(gòu)成車載冗余配置。這種冗余設(shè)置允許單個(gè)車載和軌旁無線設(shè)備故障，不影響列車控制數(shù)據(jù)通信性能。

（二）系統(tǒng)安全性高

數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中至關(guān)重要，主要功能是確保城市軌道交通自動(dòng)列車控制（CBTC）系統(tǒng)中軌旁控制器與列車單元間列車控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。在LTE無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，列車控制數(shù)據(jù)傳輸依靠安全防護(hù)措施和加密技術(shù)，抵御潛在未授權(quán)訪問和欺騙行為。同時(shí)，LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的防火墻可阻止非法用戶通過與LTE基站連接對(duì)數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)進(jìn)行非法訪問。

（三）系統(tǒng)可維護(hù)性高

系統(tǒng)運(yùn)行期間，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，識(shí)別故障組件，允許用兼容備件替換。其通過模塊化結(jié)構(gòu)和配置數(shù)據(jù)定制化配置，滿足不同客戶需求。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)與中央系統(tǒng)路由器協(xié)同，將配置數(shù)據(jù)傳至接口設(shè)備，診斷支持功能分為運(yùn)行診斷支持和調(diào)試診斷支持，前者涉及外部服務(wù)信息與診斷系統(tǒng)集成，后者涵蓋綜合服務(wù)與診斷功能整合。

五、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展，LTE技術(shù)已構(gòu)建出先進(jìn)的架構(gòu)，并且技術(shù)成熟且穩(wěn)定，能夠完全滿足城市軌道交通行業(yè)對(duì)無線通信的需求。在國(guó)內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域，該技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其功能已經(jīng)得到了充分的驗(yàn)證。在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)無線通信中，LTE技術(shù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，并且被視為未來信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》http://www.00559.cn/w/kj/32519.html