軌道交通無線系統在5G技術方案的研究

馬江橋

（天津泰達城市軌道投資發展有限公司，天津 300457）

1 概述

城市軌道交通無線通信系統通過工作站、HPR、LRV機車臺和LR巴士機車臺向公司用戶提供一對一呼叫和組呼的無線通信，包括但不限于LR OCC調度員、LR巴士調度員、車輛段調度員和各專業維修人員。具備高效、安全加密的數據傳輸能力；豐富的集群調度功能，滿足集群指揮調度需求，有效提高生產、運營、管理和溝通效率。

2 系統方案構成

圖 系統架構圖

3 MCPTT Sever的部署和實現

MCPTT服務提供的是一種增強型的PTT服務，適用于執行關鍵任務的場景，支持鑒權、組附屬、組管理、組呼、單呼、視頻組呼、視頻單呼、優先級呼叫、發言權控制、位置上報等功能。同時，還可以與其他系統進行業務聯動。

MCPTT運行在移動通信網絡上的全IP應用層服務，使用基于IMS域的實現方案，綜合了大帶寬、低延遲、易于大規模建網等眾多優點，相比于現有的技術具有相當的優勢。MCPTT聚焦應用層，基于IMS架構，實現端到端應用層業務，通過MCPTT應用服務器與UE客戶端應用軟件實現集群業務功能。

MCPTT系統由MCPTT業務服務器、SIP核心服務器、通用業務服務器、網管服務器及網管終端等設備組成。通過相關接口與5G系統互連，實現無線和有線調度業務的控制和管理。

3.1 系統組網方案

關鍵業務系統通過相關接口與5G系統互連，通過終端接口與終端設備互通。

MCPTT業務服務器完成語音、視頻、數據調度業務的處理。

通用業務服務器完成通用業務的處理，包含身份管理、配置管理等。

SIP核心服務器完成關鍵業務相關的IMS核心網功能，其中包含了完成IMS業務所需的邏輯實體。

系統網管服務器完成系統的網絡管理和維護。

3.2 終端設置及接入方案

終端應能通過5G核心網（5GC）中的MCPTT服務器完成互聯互通，實現無線與有線系統的統一調度通信功能。

3.3 系統網管方案

本工程新設關鍵業務系統設備由該系統網絡管理系統統一管理。

3.4 設備供電需求

關鍵業務系統設備采用220V交流供電。

3.5 編號原則

本工程對關鍵業務系統內的重要用戶終端進行統一編號，分配惟一的號碼和關鍵業務標識。

3.6 與5G互聯

關鍵業務系統通過相關接口與5G系統互連。

MCPTT基本功能表如下：

基本業務功能MCPTT語音業務 單呼、組呼、廣播組呼、緊急呼叫、環境監聽MCDATA數據業務 SDS短數據、FD文件分發MCVEDIO視頻業務 單呼、組呼、視頻單呼、視頻組呼、視頻上拉、視頻推送、環境監視

補充業務動態組管理：組重組、用戶重組優先級管理：用戶優先級、組優先級訂閱通知：會議狀態事件包位置信息上報應用層安全：鑒權、加密

MCPTT服務器可直接部署在私有云上，也可以設置獨立的MCPTT服務器。通過網關連接到切片后的5G網絡上，通過上述兩個方式可實現MCPTT服務器的部署和實現。

4 調度臺、機車臺、無線固定臺、手持臺、錄音、網管方案

4.1 調度臺

調度臺是調度通信系統最重要的人機界面，由一個基于PC的控制臺和相應的控制臺接口電子設備構成，接口設備為調度員提供語音接口。調度員通過鍵盤或鼠標向系統發出命令或請求，系統通過監視器或其他輸出設備進行響應，為調度員提供友好的人機界面。

調度臺分為行車調度員、總調度員、通信控制員工作站、SPT工作站、CPA工作站。

其中行車調度臺主要用于行車調度員對正線列車資源，車站通話組及所管理的手持臺用戶進行實時調度。行車調度界面具有在線列車、班組、電臺、電話及調度呼叫、調度命令等操作對象。

4.2 調度服務器

調度服務器，主要是接收并解析，信號系統提供ATS列車信息、時鐘系統提供的時間同步信號；利用設備商提供的API與系統進行信息的交互；能夠存儲列車信息，通話記錄、電臺信息，故障記錄等所有的記錄信息，并能夠查詢和導出；能夠及時提供調度臺、網管、機車臺、固定臺所需的信息。為信令控制點，所有的控制都匯集到它進行處理。作為媒體控制點，所有的媒體流都匯集到它進行處理。調度服務器采用雙機熱備份工作方式，當主用調度服務器出現故障時，備用調度服務器會取代所有的調度處理過程。從主用到備用控制器的轉換以自動轉換方式進行。在自動轉換情況下，由備用服務器負責檢測需要進行轉換的條件，并自動采取轉換動作，并擔任主用調度服務器的工作。為了保證服務器正常的運行，可以編程調度服務器，以便在一段編程時間之后可以周期地交替使用調度服務器。

4.3 機車臺（LRV機車臺/LR 巴士機車臺）

為滿足軌道交通應用的特殊需求，我們需要進行機車臺開發。機車臺主要用于列車司機與調度員及其他無線用戶之間的話音及短消息、狀態消息的通信，以及列車廣播。機車臺具有人機操作面板，采用中文界面并開發適合軌道交通應用的全新的控制面板，常用的呼叫只要按一個按鍵，避免出錯及大量繁瑣的操作，使列車司機的操作簡單、高效。

機車臺供電采用的110VDC，為此我們開發了專用的電源單元。采用成熟可靠的電源模塊為機車臺供電，輸入電源電壓范圍寬，效率高。該電源單元能夠適應機車上復雜的電源環境，克服機車升降弓等操作對機車臺工作穩定性的影響。

機車臺支持來自兩個不同移動網絡運營商（MNO）的兩個帶有專用接入點名稱（APN）的sim卡，支持雙卡雙待雙通模式，熱備冗余設計，LRV的雙sim卡同時處于激活模式，支持當其中一個MNO的服務質量下降或不可用時自動切換或負載平衡。

4.4 固定臺（巴士管理工作站）

固定臺核心部分采用5G模塊，與電源單元、顯示控制單元等單元一起構成一個完整的固定臺。固定臺主要完成對巴士機車臺的呼叫。

固定臺包含1個5G模塊。

固定臺可以對自己工作電源、溫度等情況進行自檢，如果超過正常范圍，將給出告警信息。并將告警信息通過短數據發送到控制中心。

全面支持5G寬帶集群語音對講調度業務，具有GPS定位功能，加密功能，音頻錄制功能。

支持多種近場通信方式，藍牙，WLAN。

4.5 維護終端（MT）、網管（NMS）

網管軟件是以Windows操作系統為平臺，利用了IP技術，向用戶提供友好的全中文圖形界面。對無線設備進行統一管理的功能。監控對象包括：主系統設備、調度臺、無線調度臺、調度服務器、網管、固定臺、機車臺等。實時顯示各個設備狀態，轉發告警信息，并在存儲所有信息以方便查詢。網管人員也可以使用網管設備查詢所有用戶狀態信息、呼叫記錄，可以對終端發送遙斃/遙活指令和動態重組指令。

無線網管系統包括網管工作站和網管服務器。

維護終端允許維護數據傳輸到私有云平臺。

4.6 數字語音記錄系統（DVRS）

數字語音記錄系統具備顯示通話列表，已開啟錄音信息列表，歷史事件列表。錄音根據開始時間結束時間，呼叫類型，接收方、發起方、參與方等多種條件進行查詢、錄音播放，導出和下載，參數配置和設置等功能。

5 結束語

相比傳統的移動通信技術，5G網絡技術在時延、吞吐量、連接數密度等參數指標上有明顯的優勢，可以較好地應對城市軌道交通場景用戶接入量大、列車高速運行、突發性高數據量的情況。