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(jié)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(huán)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(yōu)勢
目前,國內(nèi)已建成的軌道交通信號系統(tǒng)車地通信和PIS車地通信采用802.11標準的無線局域網(wǎng)傳輸技術。專用無線調(diào)度廣泛應用窄帶無線數(shù)字集群技術,TETRA就是典型的代表。TD-LTE技術相比WLAN+TETRA網(wǎng)絡具有眾多的優(yōu)勢,更適合軌道交通多業(yè)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(nèi)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(qū)間內(nèi)AP有效的覆蓋距離僅有200m左右,故地鐵采用WLAN+TETRA技術實現(xiàn)CBTC、專用無線調(diào)度及PIS系統(tǒng)顯然會對安全運營帶來不確定的因素。相比WLAN網(wǎng)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(diào)度機制,可根據(jù)干擾情況動態(tài)調(diào)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(wǎng)絡傳輸?shù)囊蟆?02.11b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(tǒng)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(shù)據(jù)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(jīng)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(shù)據(jù)傳輸,完全可與PIS、信號車地無線共享網(wǎng)絡。
1.3網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡單
LTE以分組域業(yè)務為主要目標,取消了電路交換域,趨近于典型的IP寬帶網(wǎng)結(jié)構(gòu),意味著網(wǎng)絡架構(gòu)與目前WLAN類似。LTE結(jié)構(gòu)簡單,維護方便,系統(tǒng)時延較小。同時,無線融合技術方案取代了各系統(tǒng)分設的大量的區(qū)間設備,能夠凈化安裝空間。
1.4QoS保證
WLAN二元安全架構(gòu)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(yè)務需求按需分配,在與PIS、無線列調(diào)等系統(tǒng)共用網(wǎng)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(yè)化程度也較高
LTE網(wǎng)絡已經(jīng)在全球應用,中國移動率先在中國部署LTE網(wǎng)絡提供公眾服務,國內(nèi)主要LTE供貨商均可提供成熟可靠的產(chǎn)品。采用LTE技術,尤其是采用具有完全知識產(chǎn)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(tǒng)融合的最重要選擇。
二、軌道交通各系統(tǒng)的功能需求
2.1專用無線調(diào)度系統(tǒng)
采用專用無線調(diào)度,實現(xiàn)了軌道交通固定用戶與移動用戶之間的語音、數(shù)據(jù)信息、視頻信息及附屬網(wǎng)管信息的傳輸和交換。專用無線調(diào)度分為了行車調(diào)度、維修調(diào)度、環(huán)控調(diào)度及車輛段/停車場無線調(diào)度4個部分。按照一個TD-LTE小區(qū)并發(fā)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(fā)需要320Kbit/s,同時在一個小區(qū)內(nèi)要有1~2路的視頻通話,傳輸?shù)膸挵凑?84Kbit/s考慮。
2.2乘客信息系統(tǒng)
PIS車地無線通信主要指控制中心向運營車輛下發(fā)一些視頻和各類文本信息等,為下行業(yè)務。在列車正常運營情況下,每列車可接收1路高清晰數(shù)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(jiān)視
列車視頻監(jiān)視業(yè)務主要指運營車輛將列車內(nèi)實時視頻監(jiān)控圖像傳輸至控制中心,為上行業(yè)務。在列車正常運營情況下,軌道交通內(nèi)的運營人員以及地鐵公安分局人員,利用視頻監(jiān)視等設備接收、觀看列車內(nèi)實時視頻監(jiān)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(jié)車廂內(nèi)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(jiān)視頻信息,控制中心根據(jù)需要可實時隨意調(diào)看其中2~4路圖像,每列車通過無線系統(tǒng)將圖像信息上傳至車站,再經(jīng)主干網(wǎng)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(yè)務需要6Mbit/s以上帶寬。
2.4信號系統(tǒng)車地通信
信號系統(tǒng)的車地通信可以保證列車和乘客安全,是實現(xiàn)列車運行高效、指揮管理有序的手段。信號系統(tǒng)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(yè)務,系統(tǒng)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(nèi)部溫度、煙度、有害氣體濃度和列車軸溫、實時車速等環(huán)境信息提供通道,以便中心對列車進行監(jiān)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(jiān)控。信息傳輸需要帶寬不超過100Kbit/s。各業(yè)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(tǒng)要保證無線網(wǎng)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�；谀壳爸髁鱈TE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(yè)務的需要。此外,通過LTE系統(tǒng)提供的寬帶無線環(huán)境,在帶寬允許的情況下,還可支持未來各類無線業(yè)務的擴展。例如,實現(xiàn)各類專用移動終端的無線通信業(yè)務,包括維修系統(tǒng)的無線維修終端、綜合監(jiān)控系統(tǒng)的無線監(jiān)控終端等,保證各類業(yè)務的終端靈活化,滿足現(xiàn)場維修、監(jiān)控、指揮等業(yè)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(tǒng)融合解決方案應用網(wǎng)絡架構(gòu)。整個應用系統(tǒng)依場所設置分為3個子系統(tǒng),分別為控制中心子系統(tǒng)、車站/車輛段及停車場子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)。下面分別簡要論述3個子系統(tǒng)組成及功能。
3.1控制中心子系統(tǒng)
控制中心子系統(tǒng)是該融合解決方案專用系統(tǒng)的核心,主要包括LTE核心網(wǎng)設備、無線調(diào)度業(yè)務服務器DSS,信號系統(tǒng)ATS服務器、CCTV和PIS等業(yè)務應用服務器、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)(含網(wǎng)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(xiàn)控制中心的室內(nèi)覆蓋,TD-LTE核心網(wǎng)EPC向上和各類業(yè)務控制平臺CCTV中心、PIS系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等連接,無線調(diào)度業(yè)務服務器DSS可提供專業(yè)的無線集群調(diào)度業(yè)務。同時,在控制中心調(diào)度大廳,設置行車調(diào)度、防災調(diào)度、維修調(diào)度臺及錄音設備等。
3.2車站/車輛段及停車場子系統(tǒng)
車站內(nèi)主要安裝TD-LTE基站設備,包括BBU、RRU�；驹O備可以實現(xiàn)本車站的站內(nèi)覆蓋,也可以通過漏泄同軸電纜對線路區(qū)間進行覆蓋,并可以通過RRU實現(xiàn)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(yè)人員配備便攜臺。在車輛段及停車場通信機房內(nèi)設BBU,RRU設備和天線均安裝于機房樓頂?shù)奶炀�桿塔上,對于封閉空間等弱場區(qū)需增加RRU進行覆蓋。在車輛段/停車場信號樓內(nèi)設置行車調(diào)度臺,在檢修庫內(nèi)的運轉(zhuǎn)排班室內(nèi)設置運轉(zhuǎn)調(diào)度臺。另外,給車輛段/停車場的移動作業(yè)人員配備便攜臺。
3.3車載子系統(tǒng)
車載子系統(tǒng)布置在每列車前后的司機車室內(nèi),為司機提供專業(yè)的無線集群調(diào)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(nèi),其車載天線安裝在司機車廂外側(cè),并盡量保證與泄漏保持視距,TAU通過以太網(wǎng)接口與車內(nèi)交換機連接,實現(xiàn)TAU與車內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務的信息交互;車內(nèi)采用以太網(wǎng)環(huán)形組網(wǎng),各車廂通過車載交換機互聯(lián)。車廂內(nèi)的閉路電視監(jiān)控信號通過TAU、經(jīng)LTE上行回傳到控制中心,PIS的流媒體信息則通過TAU、經(jīng)LTE下行傳送到車內(nèi)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(jié)語
城市軌道交通無線通信系統(tǒng)承載著語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務,隨著線網(wǎng)和用戶需求的增多,專網(wǎng)通信從窄帶、獨立設置的無線通信向著各業(yè)務融合一體的寬帶無線通信網(wǎng)發(fā)展成為技術發(fā)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(fā)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(wǎng)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(yè)務的實施及拓展創(chuàng)造有利條件。
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