超高速移動通信技術在城市軌道交通中的應用

陳 爽

（廣州地鐵集團有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

超高速移動通信技術（Enhanced Ultra High Throughput，EUHT）是我國自主研發的全球首個可以處理“移動寬帶裝維營一體化”模式的通信技術系統。與當前主流通信技術對于高速傳輸和寬帶互聯不容易兼容，同時響應慢、不穩定且耗費流量等現狀相比，EUHT呈現了高速度、高帶寬、高穩定性、低延時、低成本以及低功耗的特性。

1 EUHT技術概述

EUHT直譯為增強型超高吞吐率，即滿足高穩定性、低延時以及高移動性等要求設計的超高速無線通信系統。經過三輪六年國家科技重大專項扶持，EUHT已成為工信部通信行業標準、智能交通國家標準及其軌道交通行業應用標準，與其相匹配的基站、終端SoC芯片、產品及系統全部經過驗證，且被大范圍使用在高速鐵路、城市軌道交通以及農村家庭寬帶覆蓋等領域。

EUHT的優勢主要呈現在7個方面。一是涵蓋6 GHz以下頻段，且可擴展至毫米波頻段能力；二是涵蓋600～800 MHz廣電U波段和3.4～3.6 GHz的5G候選頻段，將來或許涵蓋毫米波頻段；三是超高峰值吞吐，峰值吞吐率可達到3.48 Gb/s；四是超高移動速度，移動速度達到500 km/h；五是高切換可靠性，高速移動下切換成功率大于99.99%；六是超低時延，空口延時小于1 ms，端到端雙向延遲小于10 ms；七是靈活的幀結構與系統設計，能夠有效適配多種場景。

2 城市軌道交通中EUHT的應用方案

城市軌道交通中需要應用無線通信技術，而EUHT能夠應用視頻監控系統、PIDS系統及車載WiFi等，其關鍵區間由里面的基站與列車上的車載單元組成，在列車的首尾裝置定向天線、路由器與車載單元，進而直接關聯地鐵視頻監控設施，實現信息傳送。

車載WiFi系統重點為乘客提供互聯網信息服務，使乘客有更加舒適的體驗。其基礎架構包括中心、分線中心、車站及車載。中心級重點為互聯網接入、認證及其骨干網互聯與下達信息等。分線中心級重點為接收中心級下達的數據，經過傳送下發至每個線路車站和移動寬帶傳輸網絡基站。車站則是由分線中心接收數據，通過站內無線設施完成WiFi覆蓋，為站內乘客提供無線上網服務。車載設施重點通過移動寬帶傳輸網絡和區間WiFi無線設施基站接收數據，幫助乘客使用無線上網功能。具體方案如圖1所示。

圖1 EUHT地鐵無線中應用的系統方案

3 EUHT車站設施

在各車站設立EDU與室分設施，EDU和中心之間實施雙向數據傳送，主要管控本站轄區內EBU的接入，同時向上報備本站的設備情況，接收中心的指令。同時對本站管轄范圍內全部的EBU實施診斷、維護與升級操作，將操作結果報告至中心設施。每個車站設置固定臺，移動技術員配備手持臺，車站專用通信系統設施室設立ECU與ERU設施，每個站廳、出入口通道、車控室及其設備層經過吸頂天線覆蓋相應范圍[1,2]。

車站EDU主管本站區域內的EBU接入，同時將本站設施情況上傳給中心網管服務器。EUHT系統在車站設立兩臺EDU，一臺接入紅網的EDU，另一臺接入藍網的EDU。車站EDU跟區間EBU設備組合為星型網絡，完成沿線EBU設備接入和EUHT中心關聯。此外，車站ECU是EUHT的集中處置單元，可以實現非實時基帶處置、無線資源管理、本地與遠程操作維護、ERU工作狀態監督以及警告數據的上傳等功能。ECU設施經過兩芯光纖接入EDU設施，且提供最多4個ERU的設施準入，最終數量以設計文件和現場施工結果為準。

4 超高速移動通信技術系統功能

4.1 業務承載分析

要想確保車地信息傳送的連貫性，通信系統的場強要完成連續覆蓋。其無線覆蓋范圍包括正線、出入段、場線、段/場咽喉區以及段/場車庫區域，可實現列車在最高時速100 km/h運轉中的數據通信需求，而且信號業務傳送通道使用獨立物理通信通道。EUHT具備網絡管理功能，此系統具備完備的網管設施，其控制中心可以及時監督系統每臺設施的運行情況、故障狀態等工作情況及其無線資源、設備資源與業務應用等性能狀況。EUHT系統為相關業務提供帶寬來滿足業務要求，具體帶寬分配如下。

一是列車控制CBTC業務。信號CBTC信息繼續實施傳送，按照單列車傳送帶寬需要上下行各512 kb/s。二是寬帶集群業務。帶寬在集群調度語音業務上下各512 kb/s，確保并發10路語音呼叫，集群調度視頻業務帶寬不小于1 Mb/s。三是列車視頻監視業務。通常狀況下，每列車需要上傳40路圖像到控制中心，應用H.264編碼方法，每路圖像傳送碼率是2 Mb/s。四是列車PIS視頻業務。車輛多媒體信息包含實時直播多媒體信息與非實時多媒體信息，遵照單列車傳送帶寬下行不小于8 Mb/s。五是列車PIS緊急文本業務。乘客信息系統經過車地無線通信系統傳遞到列車乘客數據系統終端，且經濟文本信息傳送速率不低于10 kb/s。六是接觸網檢測系統業務。為其提供車地數據傳送速率不小于1 Mb/s。七是車輛采集數據系統業務。需及時上傳，遵照單列車傳送帶寬上行不小于1 Mb/s。八是綜合運維任務。具體為視頻收集、故障遠程解析、圖回傳等傳送速率上下行為8 Mb/s。九是乘客招援業務。乘客緊急信息則要及時傳送，遵照單列車傳輸帶寬要求上行2 Mb/s。十是列車中心廣播。相關信息急需及時下發，遵照單列車傳送帶寬要求下行64 kb/s。

4.2 系統穩定性

4.2.1 確保網絡穩定性

EUHT中心設備冗余配備，控制中心網管服務器、鑒權加密服務器設施全部采用主備冗余方式，同時雙電源冗余配置，極大提升了設施的硬件穩定性。EUHT系統中EBU覆蓋范疇發生了重疊區，單臺EBU出現問題時緊鄰的兩臺EBU能夠覆蓋問題EBU的信號漏洞區域，確保系統穩定工作，增強系統穩定性。EUHT車地無線傳輸系統斷點續傳功能，其具備低時延的特性，平均端至端時延小于5 ms，可以高效確保系統傳送的實時性。通常車地無線傳送在切換過程中極易發生中斷，EUHT系統設計了切換中數據報文在EBU相互間無損轉發機制，能夠保證不丟包，可以完成斷電續傳[3-5]。

4.2.2 系統管理功能

EUHT無線通信系統管理員依據業務需求可針對系統結構配置、網絡配置及其參數配置實施管理，隨后實施系統配置管理進程中不可中斷相應業務。同時，EUHT無線通信系統管理員還可實施系統用戶管理，具體包含創建、修改或刪除系統數據庫用戶信息，在用戶準入時監督用戶信息并對用戶設施實施管理等。用戶管理基本內容為基本數據管理、補充業務管理以及用戶位置管理等。EUHT系統安全管理包含數據庫存獲取安全、網絡安全信息以及空中接口鑒權管理等。EUHT系統針對內部設施實施故障檢測報警與管理，發生問題時可第一時間警告與記錄，同時其可在控制中心網管終端上針對數字集群服務器和基站等設施實施遠程在線測試與診斷，還可對進入系統的全部設備實施鑒權管理。

5 結 論

文章主要解析了城市軌道交通中EUHT的應用方案，綜合EUHT系統功能及其穩定性，進一步探討了EUHT技術在城市軌道交通中的應用。EUHT技術的無線局域網優良性能，為數據收集與傳送提供了高可靠、低時延以及大容量的通道，再加上大數據與云服務的不斷發展，從而加速了其應用的多樣化。