TD—LTE地鐵無線綜合承載網(wǎng)探討

吳振同

摘 要：通信技術(shù)正在高速發(fā)展，無線通信的傳輸能力也在逐步提高，與此同時傳輸?shù)馁|(zhì)量也在提高。自然地，在地鐵系統(tǒng)中使用統(tǒng)一的無線技術(shù)并基于相同的收發(fā)器構(gòu)建無線集成網(wǎng)絡(luò)是非常有必要的。TD-LTE技術(shù)的高帶寬、高頻譜利用的特點為實現(xiàn)上述目標(biāo)提供了切實可行的解決方案。地鐵行業(yè)的通信服務(wù)需求和應(yīng)用多樣性較高，對高可靠性的通信需求，而新一代無線寬帶技術(shù)TD-LTE有著突出的技術(shù)優(yōu)勢，以及高性能的特點，能夠很好的滿足上述的要求。TD-LTE技術(shù)從維修性、可靠性、并發(fā)性等方面發(fā)揮了帶寬和高可靠性的優(yōu)勢。本文就TD-LTE地鐵無線綜合承載網(wǎng)進行探討，希望對行業(yè)有所幫助。

關(guān)鍵詞：地鐵通信；無線通信；TD-LTE；綜合承載網(wǎng)

中圖分類號：U231.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）20-0306-02

引 言

地鐵通信系統(tǒng)是地鐵能夠正常運行的保障，具有列車運行調(diào)度、運行監(jiān)控、應(yīng)急通信、企業(yè)管理等多種業(yè)務(wù)功能。地鐵通信網(wǎng)絡(luò)要有冗余的、可靠的、可重構(gòu)的和靈活的通道。這些傳輸信道，一是需要提供不同的傳輸速率來適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)功能層，我們需要能夠保障每一個系統(tǒng)的通信質(zhì)量。傳統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受到落后的技術(shù)的限制，不同的業(yè)務(wù)都要使用不同的無線傳輸技術(shù)。例如，基于通信的列車控制系統(tǒng)服務(wù)（CBTC）采用WiFi技術(shù)語音集群通信是基于陸地集群無線電（TETRA）技術(shù)乘客信息系統(tǒng)（PIS）。這些服務(wù)分別對應(yīng)著地鐵中視頻和數(shù)據(jù)、語音3種需要傳輸?shù)男畔ⅰ５罔F場景中有多種無線通信系統(tǒng)，它們會相互影響，不利于信息的傳輸。

1 地鐵綜合承載網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

現(xiàn)有的地鐵無線通信系統(tǒng)在用戶、承載能力和業(yè)務(wù)支撐能力等方面體現(xiàn)了其獨特的需求。從使用的角度看，它包括地鐵的各種運營商，還包括各種自動化控制系統(tǒng)平臺上的終端設(shè)備。因此，地鐵無線綜合承載網(wǎng)不僅僅只是人與人之間的溝通，而且要具有物聯(lián)網(wǎng)的特點。從承載業(yè)務(wù)來看，它包括雙向通信的語音和視頻業(yè)務(wù)。

從業(yè)務(wù)支持能力的角度來看，不同業(yè)務(wù)類型有著不同的要求。例如，語音和視頻通信服務(wù)對傳輸速度的要求較高，但對數(shù)據(jù)錯誤的容忍度更高，因為是人與人之間的實時通信。然而，各種自動控制系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)具有較長的一段較長的業(yè)務(wù)周期，但是在周期內(nèi)數(shù)據(jù)是不能出現(xiàn)錯誤或偏差。因此，對傳輸可靠性的要求非常高，但它對傳輸延遲不敏感。視頻廣播業(yè)務(wù)主要是要求高帶寬的傳輸能力。因此，城域無線綜合負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)本身要能及時進行帶寬的自我調(diào)節(jié)，具有不同的服務(wù)質(zhì)量（OOS）安全能力。

此外，為了保證日常運行的高可靠性，在物理網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中通常使用2個網(wǎng)絡(luò)，并且在物理網(wǎng)絡(luò)的操作中使用主從網(wǎng)絡(luò)的冗余備份。因此，在新系統(tǒng)的研究和設(shè)計中，必須盡可能地繼承這些優(yōu)點，以避免系統(tǒng)故障給日常運行帶來的風(fēng)險。一般來說，在現(xiàn)有地鐵服務(wù)應(yīng)用中，基于同一地鐵綜合網(wǎng)絡(luò)，有下面幾種通信服務(wù)，見表1。

2 TD-LTE的技術(shù)特點及系統(tǒng)優(yōu)勢

該系統(tǒng)的主要優(yōu)點如下：

（1）OFDMA的多址方式使得系統(tǒng)的信道帶寬分配取決于所使用的子載波的數(shù)量。整個無線接入網(wǎng)可以在不改變系統(tǒng)基本參數(shù)或改變系統(tǒng)設(shè)備的情況下，通過配置不同的信道帶寬模式來設(shè)計不同的傳輸容量網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)靈活的組網(wǎng)和多場景兼容性。例如，在同一系統(tǒng)設(shè)備上，以不等帶寬的方式建立主從網(wǎng)絡(luò)的需求，在充分利用頻譜資源的同時，保證了系統(tǒng)的可靠性。

（2）不同用戶之間的帶寬資源在頻域上是正交的。多用戶頻域調(diào)度可以避免系統(tǒng)間的干擾，有效地避免了干擾問題。同時，采用軟頻復(fù)用技術(shù)和小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)非常適合TD-LTE單頻組網(wǎng)。

3 基于TD-LTE技術(shù)的地鐵綜合承載網(wǎng)方案

地鐵通信系統(tǒng)是地鐵能夠正常運行的保障，具有列車運行調(diào)度、運行監(jiān)控、應(yīng)急通信、企業(yè)管理等多種業(yè)務(wù)功能。地鐵通信網(wǎng)絡(luò)要有冗余的、可靠的、可重構(gòu)的和靈活的通道。這些傳輸信道，一是需要提供不同的傳輸速率來適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)功能層，我們需要能夠保障每一個系統(tǒng)的通信質(zhì)量。傳統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受到落后的技術(shù)的限制，不同的業(yè)務(wù)都要使用不同的無線傳輸技術(shù)。而基于TD-LTE技術(shù)的地鐵綜合承載網(wǎng)方案從下面兩個方面進行了改進。

3.1 高可靠性

由于列車控制系統(tǒng)和列車監(jiān)控系統(tǒng)都與列車的正常運行有關(guān)，傳統(tǒng)上運行這種服務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)采用了主從網(wǎng)絡(luò)的冗余備份方案，即2組收發(fā)器。同時保持兩個不同的工作頻帶，傳輸相同的業(yè)務(wù)信息。保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃浴５淙秉c也十分明顯。一方面，工作頻帶的帶寬遠遠大于帶寬需求。同時，它占用了2個帶寬相同的工作頻帶，造成頻譜的極大浪費。另一方面，工作頻帶沒有許可頻帶，同類型系統(tǒng)眾多，不同類型的系統(tǒng)不正交，很容易接受。同一類型的無線系統(tǒng)對相鄰頻帶的干擾。

當(dāng)承載網(wǎng)絡(luò)采用主從網(wǎng)絡(luò)冗余備份方案時，TD-LTE技術(shù)也能解決上述2個問題。由于基于TD-LTE系統(tǒng)的1套收發(fā)信機能夠靈活地支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz的多信道組態(tài)模式，因此可以在軟件配置方式上支持基于同一LTE收發(fā)器的傳統(tǒng)主從網(wǎng)絡(luò)模式。UT采用非對稱帶寬劃分。解決頻譜資源浪費的問題。根據(jù)雙網(wǎng)絡(luò)冗余備份的帶寬要求，首先設(shè)計主網(wǎng)絡(luò)占用的信道帶寬，其余帶寬全部分配給備份網(wǎng)絡(luò)。在備份網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)優(yōu)先級被劃分為保留需要雙網(wǎng)絡(luò)冗余備份的業(yè)務(wù)優(yōu)先級所需的帶寬，并且可以保留剩余帶寬用于高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。從這個角度出發(fā)，我們充分利用LTE技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中靈活的帶寬分配和高數(shù)據(jù)傳輸能力。

3.2 低并發(fā)業(yè)務(wù)

公共通信網(wǎng)絡(luò)主要是為大用戶提供高速、突發(fā)性的數(shù)據(jù)傳輸能力。在軌道交通行業(yè)中，專用通信領(lǐng)域的業(yè)務(wù)更為周期性、突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)較低或業(yè)務(wù)順暢。同時，無線專用網(wǎng)絡(luò)單小區(qū)中活躍用戶的數(shù)量相對較少，這是由于物理空間中工業(yè)應(yīng)用的稀疏性以及列車在空間中的自然間距。這為系統(tǒng)保證各種業(yè)務(wù)的傳輸需求和各業(yè)務(wù)的優(yōu)先級需求提供了便利。

4 網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)5MHz/15MHz的非對稱帶寬分配，設(shè)計了1705～1805MHz許可頻段的城域無線綜合承載網(wǎng)主從網(wǎng)絡(luò)方案，并基于上述方案進行鏈路預(yù)算和覆蓋方案。鑒于。考慮到系統(tǒng)靈活性的提高，TD-LTE無線系統(tǒng)的上行和下行業(yè)務(wù)越區(qū)切換周期設(shè)置為5ms，此外，從以前的業(yè)務(wù)需求來看，上下行業(yè)務(wù)的帶寬需求基本平衡。因此，下行時隙采用上下行時隙1：1的比例，特殊子幀比率設(shè)置為7，使得下行業(yè)務(wù)能力略高于上行業(yè)務(wù)能力。此外，考慮到同一小區(qū)中并發(fā)用戶的數(shù)量較少，可以減少同時隙中并發(fā)用戶數(shù)量的限制。同時，為了減少在業(yè)務(wù)信道中進行信令控制的消息開銷，每個子幀內(nèi)的物理下行鏈路控制信道（PDCCH）占用的OFDMA碼元的數(shù)目為1，并且建立物理上行鏈路。控制信道（PUCH）的占用資源塊（RB）的最大數(shù)目為4。

5 結(jié)束語

地鐵通信系統(tǒng)是地鐵能夠正常運行的保障，具有列車運行調(diào)度、運行監(jiān)控、應(yīng)急通信、企業(yè)管理等多種業(yè)務(wù)功能。傳輸信道，一是需要提供不同的傳輸速率來適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)功能層，我們需要能夠保障每一個系統(tǒng)的通信質(zhì)量。傳統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受到落后的技術(shù)的限制，不同的業(yè)務(wù)都要使用不同的無線傳輸技術(shù)。通信技術(shù)正在高速發(fā)展，無線通信的傳輸能力也在逐步提高，與此同時傳輸?shù)馁|(zhì)量也在提高。自然地，在地鐵系統(tǒng)中使用統(tǒng)一的無線技術(shù)并基于相同的收發(fā)器構(gòu)建無線集成網(wǎng)絡(luò)是非常有必要的。TD-LTE技術(shù)的高帶寬、高頻譜利用的特點為實現(xiàn)上述目標(biāo)提供了切實可行的解決方案。本文就TD-LTE地鐵無線綜合承載網(wǎng)進行探討，希望對行業(yè)有所幫助。

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收稿日期：2018-6-15