軌道交通LTE集群調度系統的研究與應用

劉向尚

（中鐵十四局集團電氣化工程有限公司，山東 濟南 250014）

1 概述

上海市軌道交通15號線正線全長約42.3km，共設車站30座，控制中心1座，1座停車場，1座車輛段，采用全自動駕駛方案。

當前，LTE無線寬帶技術從公網領域快速向專網領域滲透，基于LTE技術的寬帶集群通信（B-TrunC）系統能夠較好地提供語音、視頻以及數據（電子工單、IPH等）的通信服務。隨著B-TrunC系統相關國家標準和行業規范的發布實施，軌道交通專用無線集群系統采用B-TrunC制式取代TETRA，已成為行業共識，因此，上海15號線專用無線通信系統采用LTE集群調度系統。承載本線路行車調度指揮、車站運營管理、線路維護、應急搶修等過程中的無線集群業務，主要用戶包括調度員、司機（多職能隊伍人員）、行車值班員、車站運營管理員、線路維護人員等。

2 LTE系統設備組成及原理

2.1 系統設備組成

LTE無線通信系統在控制中心設置主備2套核心網（EPC）設備，無線接入網采用分布式基站，由BBU+RRU組成，在區間設置RRU，RRU用光纖與BBU直接連接，其中區間BBU通過信號有線傳輸網與控制中心核心網設備相連，并同時通過通信傳輸網與線網級集群調度核心網設備相連。車站BBU設備通過通信系統有線傳輸至控制中心后，連接至線網核心網設備。

根據項目的實際使用需求，設置二次開發系統，定制開發符合列車無線調度、軌道交通行業用戶特殊功能需求和實際操作需求的系統和操作界面，包括調度系統、網管系統、全網錄音錄像系統、車站固定臺、車載子系統（TAU、車載臺、車載合路器、車載天線等）。

本次通信系統建設的LTE系統與信號系統LTE系統有機融合，構成完整的LTE綜合承載網絡，實現所有LTE綜合承載功能要求。

2.2 系統原理

LTE無線通信系統采用基于3GPP標準、LTE-M標準以及B-TrunC標準的TD-LTE無線移動通信技術建設，采用A/B紅藍雙網冗余架構設計，承載全線車地間綜合業務，包括列車控制CBTC業務、寬帶集群調度業務、車載視頻上傳、列車運行狀態監測、列車緊急文本下發等業務。

本工程與同期建設的14/18號線共用核心網，線路級接入網由BBU、RRU組成，主要負責提供無線信號連續覆蓋、終端接入、終端在不同小區間切換等服務，通過與集群核心網互聯，實現信令交互、網間漫游、外部接口等。

本工程采用中興基站和華為基站互補的方案實現線路的無線覆蓋。其中華為基站負責軌行區及站臺的信號覆蓋，中興基站負責站廳及設備區的信號覆蓋。中興基站（BBU）和華為基站（BBU）通過集中站的接入交換機，通過傳輸系統的100M共享以太網通道，經由設置在控制中心的主備匯聚以太網交換機接入控制中心的華為主備核心網（EPC）設備，配置中興品牌的終端注冊在核心網，首次實現了異廠家的互聯互通功能。系統圖見圖1。

3 LTE無線通信系統主要功能及特點

3.1 系統功能

圖1

LTE無線通信系統的無線集群調度功能不僅能提供語音單呼、組呼、緊急呼叫、廣播呼叫等基本通話、呼叫功能，以及視頻單呼、視頻組呼等寬帶多媒體集群業務，還提供了更多作為專業數字集群系統必備的編組、優先級、故障弱化、話權管理、呼叫轉接、動態重組、強拆強插等高級集群業務；并對全網業務進行錄音錄像存儲，并可回看播放；無線系統網管收集本系統內的所有設備狀態信息及故障告警信息。根據本項目用戶的特殊需求，通過對調度臺、固定臺、車載臺的二次開發，定制化操作界面。

3.2 系統功能特點

通過二次開發，系統具備豐富的接口，更加有利于本項目的集群指揮調度需求，能有效提高生產、運營、管理和溝通效率。

（1）通過車站固定臺與車站廣播的接口，實現LTE集群手持臺對站內區域的廣播，提高站內管理效率；

（2）通過二次開發系統與信號系統的接口，實現LTE無線通信系統的對車組號、車次號、司機號等功能號的呼叫，并采用運行圖的方式將列車顯示在調度臺界面上，便于調度操作；

（3）通過與車載PIS之間的接口，實現控制中心下發的人工廣播功能、乘客緊急視頻對講功能、播放預錄廣播詞等功能，有利于無人駕駛情況下對緊急突發事件的處理效率；

（4）通過與集中告警系統的接口，實現本工程設備告警信息的上報功能，提高運維效率。

本工程利用LTE寬帶的特性，實現了多種文本、圖片、視頻的傳送，語音圖像并存，大大提高了運維效率；

基于LTE話音和數據同時傳輸的特性，本工程實現了人工廣播和乘客緊急廣播并發，大大提升了乘客的乘車體驗；

通過各條線二次開發設備的標準化，實現全線網的相關接口、操作界面、功能使用、設備軟硬件等統一、通用，在不影響服務質量的條件下，應采取降低工程造價和有利于節省運維成本的措施。

4 主要科研創新成果及關鍵技術

（1）本工程提供的LTE無線通信系統完全基于LTE-M系統架構、B-TrunC架構（YD/T 2689—2014）開發并遵守上海申通B-TrunC的S1-T接口標準，實現上海軌道交通15號線承載寬帶集群業務的LTE網絡與其他線路互通的要求。

（2）在控制中心實現與異廠家的LTE系統對接，實現不同廠家一張網的通信效果。

（3）二次開發車載臺、二次開發固定臺分別采用7寸、10寸觸摸屏，便于用戶更快速的實現各項功能，提升工作效率。

（4）完成LTE集群調度二次開發設備的功能實現及異廠家設備的兼容和互通。

（5）首次實現二次開發車載臺，固定臺利用無線網絡遠程升級，提升運維效率，降低運維成本。

（6）通過視頻上拉、視頻推送、視頻回傳的功能，維護人員可將現場圖像快速上傳中心調度，并可將視頻投放至調度大廳大屏系統，便于調度人員聯合處理分析問題。

（7）實現LTE在換乘站與TETRA系統的互聯互通，實現與既有線換乘站的互通。

5 常見問題原因分析及解決辦法

5.1 手臺信號弱、通話質量差

在設備正常工作狀態下，故障原因一般是漏纜或者射頻纜在接頭過程中由于切割不規范、接頭防水沒做好等人為因素以及現場環境潮濕、灰塵較大的環境因素造成的，解決辦法是利用駐波比測試儀進行測試確定故障點，并對故障接頭進行整改處理。

5.2 RRU無法正常工作

RRU在正常帶電情況下，指示燈顯示不正常，設備無信號，可利用OTDR進行光路測試，如發現光衰過大，重新熔纖后問題得到解決。

5.3 手臺無法起呼

項目在建設初期，在華為基站下手臺無法起呼，經分析后發現華為基站的配置中采用的是B-TrunC R1的版本，由于上海15號線需互聯互通，需廠家采用B-TrunC聯盟及上海申通地鐵S1-T的版本才能互通，華為基站修改配置后問題解決。

5.4 錄音服務器播放手臺錄音無聲音

在錄音服務器上不能正常播放手臺聲音，經分析后發現錄音服務器只能播放20ms發包間隔的手臺錄音，由于上海15號線手臺的發包間隔為40ms，造成錄音異常，后經修改后問題解決。

5.5 人工廣播和乘客緊急對講同時進行

為滿足乘客緊急視頻對講功能和人工廣播并發的需求，更改實現方式，車載臺建立雙向的語音通話，從車載PIS系統獲取視頻流，將該視頻流通過LTE數據通道傳輸至控制中心。

6 結語

本工程實現了LTE集群調度系統不同品牌之間的互聯互通。系統還符合《上海軌道交通LTE-M系統基站與核心網間S1-T接口技術要求》并通過了第三方檢測機構的相關測試。

滿足本工程行車調度的通信需求。

通過本項目，使新技術在工程項目上得到了應用，在通信技術上實現了突破，取得了良好的效果，具有推廣意義。