城市軌道交通的論文
城市軌道交通是城市公共交通的骨干，具有節能、省地、運量大、全天候、無污染（或少污染）又安全等特點，屬綠色環保交通體系，特別適應于大中城市。下面我們來討論一下城市軌道交通的論文吧。
一、TD-LTE主要技術優勢
目前,國內已建成的軌道交通信號系統車地通信和PIS車地通信采用802.11標準的無線局域網傳輸技術。專用無線調度廣泛應用窄帶無線數字集群技術,TETRA就是典型的代表。TD-LTE技術相比WLAN+TETRA網絡具有眾多的優勢,更適合軌道交通多業務寬帶無線通信承載。
1.1抗干擾能力強
從工作頻段的情況來看,國內主流的WLAN采用的是2.4GMHz、共計80MHz的帶寬,每個信道的帶寬為22MHz,完全不重疊的信號僅有3個。這意味著在隧道區間內AP有效的覆蓋距離僅有200m左右,故地鐵采用WLAN+TETRA技術實現CBTC、專用無線調度及PIS系統顯然會對安全運營帶來不確定的因素。相比WLAN網絡,LTE有著完善的抗干擾技術,采用正交頻分復用技術即OFDM具有完善的編碼、重傳和IRC(干擾抑制合并)機制,擁有毫秒級的調度機制,可根據干擾情況動態調度資源。
1.2傳輸速率較高
較高的傳輸速率,可滿足高速移動及大容量網絡傳輸的要求。802.11b采用2.4GHz頻段,可支持11Mbit/s的共享接入速率;802.11a工作在5.8GHz頻段,其速率高達54Mbit/s。但是,在快速移動下,系統需要很大的控制信息開銷來克服由于移動帶來的頻移、衰落等,不能很好地滿足移動的要求。TETRA滿足語音通信和28.8Kbit/s的無線數據傳輸需求,但是面對著越來越多的視頻信息等傳輸需求,窄帶無線集群技術已經不能勝任。LTE在20MHz頻譜帶寬上能夠提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率,能夠為350km/h高速移動用戶提供接入服務,并同步支持語音、視頻、數據傳輸,完全可與PIS、信號車地無線共享網絡。
1.3網絡結構簡單
LTE以分組域業務為主要目標,取消了電路交換域,趨近于典型的IP寬帶網結構,意味著網絡架構與目前WLAN類似。LTE結構簡單,維護方便,系統時延較小。同時,無線融合技術方案取代了各系統分設的大量的區間設備,能夠凈化安裝空間。
1.4QoS保證
WLAN二元安全架構對應3個物理實體,AP無獨立身份,易受攻ji,無法保證安全。LTE擁有9級QoS算法,帶寬基于業務需求按需分配,在與PIS、無線列調等系統共用網絡時,可以最大程度地保證CBTC帶寬需求。
1.5技術日漸成熟,商業化程度也較高
LTE網絡已經在全球應用,中國移動率先在中國部署LTE網絡提供公眾服務,國內主要LTE供貨商均可提供成熟可靠的產品。采用LTE技術,尤其是采用具有完全知識產權的TD-LTE無線寬帶集群技術,將是我國城市軌道交通車地無線系統融合的最重要選擇。
二、軌道交通各系統的功能需求
2.1專用無線調度系統
采用專用無線調度,實現了軌道交通固定用戶與移動用戶之間的語音、數據信息、視頻信息及附屬網管信息的傳輸和交換。專用無線調度分為了行車調度、維修調度、環控調度及車輛段/停車場無線調度4個部分。按照一個TD-LTE小區并發10路無線通話考慮,包括選呼、組呼、全叫和緊急呼叫的任何一種呼叫形式,每路呼叫帶寬需要32Kbit/s,10路并發需要320Kbit/s,同時在一個小區內要有1~2路的視頻通話,傳輸的帶寬按照384Kbit/s考慮。
2.2乘客信息系統
PIS車地無線通信主要指控制中心向運營車輛下發一些視頻和各類文本信息等,為下行業務。在列車正常運營情況下,每列車可接收1路高清晰數字視頻信息,視頻編碼采用MPEG-2、MPEG-4或H.264格式,每路占用帶寬一般為4~6Mbit/s。
2.3列車視頻監視
列車視頻監視業務主要指運營車輛將列車內實時視頻監控圖像傳輸至控制中心,為上行業務。在列車正常運營情況下,軌道交通內的運營人員以及地鐵公安分局人員,利用視頻監視等設備接收、觀看列車內實時視頻監控圖像,圖像的壓縮格式宜采用MPEG-4或H.264等。一般情況下,每節車廂內設置2臺攝像機,首尾司機室各設置1臺攝像機。6輛編組列車共14路視監視頻信息,控制中心根據需要可實時隨意調看其中2~4路圖像,每列車通過無線系統將圖像信息上傳至車站,再經主干網絡傳到控制中心。按每路視頻圖像占帶寬1.5Mbit/s考慮,視頻業務需要6Mbit/s以上帶寬。
2.4信號系統車地通信
信號系統的車地通信可以保證列車和乘客安全,是實現列車運行高效、指揮管理有序的手段。信號系統具有安全性高、通過能力強、較好的抗干擾能力、可靠性高、自動化程度高、限界條件苛刻等特點,其車地通信主要為CBTC業務,系統需要占用100Kbit/s的上下行帶寬。
2.5車輛檢測信息及列車FAS信息
能為傳送列車車輛內部溫度、煙度、有害氣體濃度和列車軸溫、實時車速等環境信息提供通道,以便中心對列車進行監控;信息傳輸需要帶寬不超過200Kbit/s。提供列車FAS火災告警信息的傳輸通道,滿足中心對列車火災信息的監控。信息傳輸需要帶寬不超過100Kbit/s。各業務實時性及帶寬需求。在列車高速運行的情況下,車地無線系統要保證無線網絡的帶寬(下行大于8Mbit/s、上行帶寬大于7Mbit/s),以滿足運營指揮的需要。基于目前主流LTE設備技術情況,需申請10MHz以上專用頻段(含保護頻段),才能滿足上述車地無線業務的需要。此外,通過LTE系統提供的寬帶無線環境,在帶寬允許的情況下,還可支持未來各類無線業務的擴展。例如,實現各類專用移動終端的無線通信業務,包括維修系統的無線維修終端、綜合監控系統的無線監控終端等,保證各類業務的終端靈活化,滿足現場維修、監控、指揮等業務需求。
三、TD-LTE解決方案
基于TD-LTE技術的城市軌道交通無線通信系統融合解決方案應用網絡架構。整個應用系統依場所設置分為3個子系統,分別為控制中心子系統、車站/車輛段及停車場子系統、車載子系統。下面分別簡要論述3個子系統組成及功能。
3.1控制中心子系統
控制中心子系統是該融合解決方案專用系統的核心,主要包括LTE核心網設備、無線調度業務服務器DSS,信號系統ATS服務器、CCTV和PIS等業務應用服務器、網絡管理系統(含網管終端及打印機等)及TD-LTE基站設備等。TD-LTE基站設備用以實現控制中心的室內覆蓋,TD-LTE核心網EPC向上和各類業務控制平臺CCTV中心、PIS系統、信號系統等連接,無線調度業務服務器DSS可提供專業的無線集群調度業務。同時,在控制中心調度大廳,設置行車調度、防災調度、維修調度臺及錄音設備等。
3.2車站/車輛段及停車場子系統
車站內主要安裝TD-LTE基站設備,包括BBU、RRU。基站設備可以實現本車站的站內覆蓋,也可以通過漏泄同軸電纜對線路區間進行覆蓋,并可以通過RRU實現拉遠覆蓋。在沿線各車站值班員處設置車站固定電臺,給移動作業人員配備便攜臺。在車輛段及停車場通信機房內設BBU,RRU設備和天線均安裝于機房樓頂的天線桿塔上,對于封閉空間等弱場區需增加RRU進行覆蓋。在車輛段/停車場信號樓內設置行車調度臺,在檢修庫內的運轉排班室內設置運轉調度臺。另外,給車輛段/停車場的移動作業人員配備便攜臺。
3.3車載子系統
車載子系統布置在每列車前后的司機車室內,為司機提供專業的無線集群調度通信。集群車載臺采用與TAU共用車載天線的方式。TD-LTE車載終端(TAU)部署在列車編組的前后司機車廂內,其車載天線安裝在司機車廂外側,并盡量保證與泄漏保持視距,TAU通過以太網接口與車內交換機連接,實現TAU與車內數據業務的信息交互;車內采用以太網環形組網,各車廂通過車載交換機互聯。車廂內的閉路電視監控信號通過TAU、經LTE上行回傳到控制中心,PIS的流媒體信息則通過TAU、經LTE下行傳送到車內的PIS車載服務器上。單列編組前后司機車廂各部署一套TAU,兩套TAU以主備方式工作。
四、結語
城市軌道交通無線通信系統承載著語音、視頻、數據等多種業務,隨著線網和用戶需求的增多,專網通信從窄帶、獨立設置的無線通信向著各業務融合一體的寬帶無線通信網發展成為技術發展的趨勢;TD-LTE技術方案作為城市軌道交通車地無線綜合平臺是可行的,將成為發展的主流方案。同時,為了保證軌道交通無線通信的安全性和可靠性,擬采用TD-LTE無線通信承載網的軌道交通建設城市需盡早進行專用無線頻段的申請,以便為今后業務的實施及拓展創造有利條件。
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