軌道交通LTE技術(shù)的應(yīng)用及創(chuàng)新實(shí)踐

      

【電纜網(wǎng)訊】近日，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布《關(guān)于推薦城軌交通項(xiàng)目新建CBTC系統(tǒng)使用1.8G專用頻段和LTE綜合無(wú)線通信通信系統(tǒng)的通知》，通知中提到，隨著我國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展，對(duì)使用無(wú)線CBTC信號(hào)系統(tǒng)時(shí)必須滿足安全可靠的運(yùn)營(yíng)提出了更高要求，基于1.8G專用頻段（1785-1805MHz）和第四代通信制式（TD-LTE）制定的城市軌道交通無(wú)線通信技術(shù)規(guī)范（LTE-M），在安全性、傳輸速率、延時(shí)、通信質(zhì)量、對(duì)更高速度的適應(yīng)性和互聯(lián)互通等方面都比wifi制式有更好的應(yīng)用場(chǎng)景，并且由于TD-LTE技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，因此，協(xié)會(huì)建議新建城軌項(xiàng)目使用LTE-M規(guī)范，那么，LTE技術(shù)到底擁有何種魅力，能夠獲得城軌行業(yè)的青睞呢？

1.LTE匹配軌道交通業(yè)務(wù)需求，成為軌道交通車(chē)地?zé)o線主流技術(shù)。

LTE是3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織制定的目前最先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)，是無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，LTE系統(tǒng)引入了OFDM（正交頻分復(fù)用）和MIMO（多輸入多輸出）等關(guān)鍵傳輸技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率（20M帶寬下行峰值速率為100Mbps，上行為50Mbps），并支持多種帶寬分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等。LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化簡(jiǎn)單化，減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)復(fù)雜度，從而減小了系統(tǒng)時(shí)延，也降低了網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)成本。

針對(duì)軌道交通行業(yè)，LTE無(wú)線專網(wǎng)具有如下先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)：

1.LTE有著系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)，通過(guò)多種技術(shù)手段和算法，LTE可將干擾控制到最低來(lái)保證整體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有效降低網(wǎng)絡(luò)整體干擾水平。

2.LTE無(wú)線專網(wǎng)極大的提高了無(wú)線覆蓋范圍，單小區(qū)的覆蓋范圍可達(dá)1.2km，降低了小區(qū)切換頻度和設(shè)備維護(hù)成本。

3.LTE支持高可靠性的無(wú)損切換和快速及時(shí)的無(wú)縫切換，以及基于非競(jìng)爭(zhēng)的快速隨機(jī)接入，確保越區(qū)切換時(shí)延小于100ms，丟包率小于1%。

4.LTE支持高達(dá)9級(jí)的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)控制，能夠在一張網(wǎng)上承載多業(yè)務(wù)，并對(duì)不同的業(yè)務(wù)分配不同的優(yōu)先級(jí)，實(shí)現(xiàn)全方位QoS保障。在提供CBTC（基于無(wú)線通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)）業(yè)務(wù)承載的同時(shí)，更可滿足軌道交通其它安全運(yùn)營(yíng)相關(guān)業(yè)務(wù)的承載。

LTE無(wú)線專網(wǎng)具有的先進(jìn)特點(diǎn)，無(wú)論是抗干擾性還是高速移動(dòng)狀態(tài)下的穩(wěn)定性，都能夠確保軌道交通CBTC、PIS、CCTV等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，并進(jìn)一步提升軌道交通的可靠性和安全性，同時(shí)LTE具有的多業(yè)務(wù)QoS保障機(jī)制可實(shí)現(xiàn)一張網(wǎng)承載多業(yè)務(wù)，降低部署和維護(hù)成本。

2015年2月28日，工業(yè)與信息化部發(fā)布無(wú)[2015]65號(hào)文件"關(guān)于重新發(fā)布1785-1805MHz頻段無(wú)線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知"。明確了城市軌道交通車(chē)地?zé)o線通信可以使用1.8G頻段。隨著該文件的發(fā)布，全國(guó)地鐵LTE車(chē)地?zé)o線建設(shè)開(kāi)始加速，2015年已經(jīng)有18條線路車(chē)地?zé)o線采用LTE技術(shù)，其中7條承載CBTC業(yè)務(wù)。LTE已經(jīng)成為軌道交通車(chē)地?zé)o線主流技術(shù)。

2.LTE在軌道交通的應(yīng)用還面臨諸多挑戰(zhàn)

對(duì)軌道交通應(yīng)用來(lái)說(shuō)，LTE還是一個(gè)新的技術(shù)，隨著LTE在軌道交通的深入應(yīng)用，一些新的問(wèn)題也開(kāi)始出現(xiàn)，這些問(wèn)題有的是LTE自身的特性引入的(如時(shí)鐘同步)，有的現(xiàn)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的(復(fù)雜場(chǎng)景覆蓋)，還有的是對(duì)LTE提出的更高需求(數(shù)據(jù)加密需求)。LTE需要直面問(wèn)題，給出合理的解決方案：

1、時(shí)鐘同步需求

由于國(guó)內(nèi)普遍采用的的是TD-LTE技術(shù)，對(duì)時(shí)鐘同步要求精度極高，一般采用GPS時(shí)鐘同步，但由于軌道交通的特殊性，在地下站點(diǎn)不一定能夠有通道拉出GPS天線，即使有通道拉出天線，由于GPS天線采用同軸電纜，超過(guò)100米后信號(hào)衰減就不可用，給LTE在軌道交通的部署帶來(lái)極大的困難。

2、復(fù)雜場(chǎng)景覆蓋

目前國(guó)內(nèi)的城市軌道交通正在由線路向線網(wǎng)快速推進(jìn)，多條線路交匯帶來(lái)各種復(fù)雜的覆蓋場(chǎng)景，包括線路交叉，線路共用，線路并行，同站換乘，共用場(chǎng)段等復(fù)雜場(chǎng)景。LTE需要從頻段，容量等方面綜合考慮復(fù)雜場(chǎng)景的解決方案，從而避免多線路多線路共用區(qū)段帶來(lái)的信號(hào)干擾。

3、信息安全要求

目前國(guó)家已經(jīng)明確要求軌道交通信號(hào)系統(tǒng)必須滿足安全等保3級(jí)，按照安全等保3級(jí)要求"應(yīng)對(duì)通信過(guò)程中的整個(gè)報(bào)文或會(huì)話過(guò)程進(jìn)行加密"。這樣就對(duì)LTE傳輸?shù)倪^(guò)程的加密提出了更高的要求，必須對(duì)信號(hào)系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)端到端的加密。

3.華為eLTE解決方案創(chuàng)新融合，全面解決LTE車(chē)地?zé)o線面臨的挑戰(zhàn)

華為eLTE軌道交通解決方案與時(shí)俱進(jìn)，針對(duì)LTE在軌道交通部署中的難點(diǎn)，提供全方面的解決方案：

1、采用Atom時(shí)鐘同步，有效解決地下站點(diǎn)GPS引入困難的工程部署難題解決地下站GPS拉遠(yuǎn)部署難題：將GPS授時(shí)轉(zhuǎn)換為1588V2IP時(shí)鐘報(bào)文通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)到車(chē)站，拉遠(yuǎn)距離可達(dá)5KM以上；支持多時(shí)鐘備份：ATOMGPS支持1+N備份，還能和管控中心的時(shí)鐘同步服務(wù)器同時(shí)部署，確保信號(hào)系統(tǒng)時(shí)鐘同步可靠性設(shè)備安裝和維護(hù)簡(jiǎn)單：即插即用，自動(dòng)上線，可通過(guò)網(wǎng)管遠(yuǎn)程配置。

2、根據(jù)客戶實(shí)際情況采用多種解決方案，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜區(qū)域的無(wú)線規(guī)劃在有足夠的頻率規(guī)劃時(shí)，利用頻點(diǎn)劃分規(guī)避干擾交匯區(qū)域兩條線路采用不同的頻率。此方案需要分配兩組紅藍(lán)網(wǎng)頻率給CBTC，兩條線路頻率完全分開(kāi)，互不干擾。在頻點(diǎn)資源有限情況下，采用跨核心網(wǎng)切換方案交匯區(qū)域由其中一條線路無(wú)線覆蓋。此方案規(guī)劃時(shí)需要考慮容量的增加，其它線路的列車(chē)進(jìn)出此區(qū)域需要進(jìn)行兩次跨網(wǎng)切換，從目前測(cè)試結(jié)果看，跨網(wǎng)切換依然能滿足CBTC業(yè)務(wù)要求。

在多線路可以共核心網(wǎng)的情況下，采用小區(qū)干擾規(guī)避方案

多線路同核心網(wǎng)，統(tǒng)一管理交匯區(qū)間基站。此方案需要較為復(fù)雜的鄰區(qū)規(guī)劃和無(wú)線規(guī)劃，以避免誤切換引起切換失敗等。

3、采用端到端的數(shù)據(jù)加密，確保無(wú)線系統(tǒng)無(wú)明文

華為eLTE安全解決方案支持空口終端和網(wǎng)絡(luò)的雙向鑒權(quán)認(rèn)證，支持祖沖之加密算法的空口加密，通過(guò)車(chē)載TAU和OCC管控中心的安全服務(wù)器建立IPSec通道，實(shí)現(xiàn)整個(gè)LTE承載系統(tǒng)的s數(shù)據(jù)加密。

4.華為eLTE成功實(shí)踐，推動(dòng)軌道交通車(chē)地?zé)o線走向成熟

鄭州地鐵1號(hào)線成功商用

2013年11月29日，華為在鄭州發(fā)布全球首個(gè)eLTE城市軌道交通解決方案，這是全球第一條基于4GLTE技術(shù)的地鐵綜合業(yè)務(wù)無(wú)線解決方案。通過(guò)采用該解決方案，鄭州地鐵公司在公共安全管理、改善乘客出行體驗(yàn)、減少設(shè)備維護(hù)上等方面實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新性突破。

1.在公共安全管理方面，基于eLTE的寬帶傳輸和低時(shí)延性能，在車(chē)廂和車(chē)站內(nèi)進(jìn)行的視頻拍攝可以及時(shí)將情況同步傳輸?shù)焦芾碇行�，�?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管控。

2.在提升乘客出行體驗(yàn)方面，利用eLTE進(jìn)行承載，通過(guò)車(chē)內(nèi)的高清視頻終端可為乘客實(shí)時(shí)提供實(shí)時(shí)的新聞、廣告、電視節(jié)目等，增添出行趣味，并增加地鐵客戶的運(yùn)營(yíng)收入。

3.在減少設(shè)備維護(hù)上，由于eLTE設(shè)備穩(wěn)定性及更少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署，大幅度降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維難度及成本，鄭州地鐵1號(hào)線開(kāi)通一年，沒(méi)有因?yàn)長(zhǎng)TE設(shè)備故障下過(guò)一次區(qū)間。

深圳地鐵11號(hào)線即將商用

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