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浅析无线通信技术应用于轨道交通通信、信号业务

时间: 2017-12-12
信息来源:
提供部门:总工办
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一、在轨道交通使用环境下无线通信技术分析

目前,应用于轨道交通通信、信号的主流无线通信技术有基于802.11ac的WLAN及LTE两种,代表着未来的发展方向和趋势。以下将结合轨道交通的实际应用情况对两种技术进行介绍。

1.1 基于802.11ac的WLAN技术介绍

IEEE802.11ac,是 一 个802.11无 线 局 域 网(WLAN)通信标准。WLAN标准从1997年第一代颁布以来,经历了802.11、802.11b、802.11g/a、802.11n、802.11ac的发展过程。结合轨道交通的环境特性,其主要技术特性如下:

(1) 在轨道交通领域,系统可支持2.4GHz/5.1GHz/5.8GHz无线频段,具备更多的选择,且工作在ISM频段(公用频率),对于频率使用只需要进行报备,无需专项申请。

(2)WLAN技术网络架构基于数据链路层,系统开销小,采用最高至256-QAM的调整方式,理论上在160MHz的无线频率资源,静止状态可提供不小于1Gbit/s的传输速率。实际轨道交通环境列车运动状态下的平均传输速率300Mbit/s;频普转换率接近到1:1:85,业务的带宽支持能力强。

(3)网络架构采用双向非对称设计、上、下行采用统一正交频分复用(OFDM)技术,但系统采用竞争接入模式,业务的接入无法有效实现保障性的带宽控制,多业务的QOS保障存在局限性,同时也无法实现针对业务进行上行、下行数据的按需灵活配置;整体的业务保障性能力一般。

1.2 TD-LTE技术介绍

LTE是由3GPP组织制定的通用移动通信系统技术标准的长期演进。LTE系统引入了OFDM和MIMO等关键技术,显著增加了频谱效率和数据传输速率,在20MHz频谱带宽,2×2MIMO天线的模式下,理论下行最大传输速率为201Mbit/s,但根据实际组网以及终端能力限制,一般认为下行峰值速率为100Mbit/s,上行为50Mbit/s。目前LTE技术逐步应用在轨道交通行业,通过1.8GHz频带进行通信。结合轨道交通的环境特性,其主要技术特性如下:

(1)在轨道交通领域,系统仅支持1.8GHz专用频率,选择较为单一。使用1.8GHz频率时需要进行专项申请,一般在合法的情况下能够争取到10MHz的频率带宽。系统频率使用限制大,但专用频率不易受到干扰,可靠性非常高。

(2)TD-LTE技术网络架构基于网络层,系统开销相对较大,采用64-QAM调整方式下静止状态下频谱转化率可达到1:5,运动状态下利用率接近1:1:5,采用10MHz的无线频率资源,静止状态可提供不小于50Mbit/s的传输速率,运动状态下的边缘有效传输带宽可达15Mbit/s。

(3)网络架构采用双向非对称设计,上行采用单载波频分多址(SC-FDMA),下行采用正交频分多址(OFDMA)。LTE总共7种上下行子帧配比,业务的需求配合非常灵活。

(4)系统采用TDD(时分双工)方式,同时引入同步时钟系统,能够在有效划分业务的同时,确保各业务的QOS。业务保障性能力强。

二、对轨道交通信号、通信各业务承载采用无线技术的建议

(1)对于轨道交通各项需求级别最高,带宽需求一般的列车控制信号业务,采用独立车地无线网络建设,采用在1.8GHz特殊频率下工作的LTE技术。通过A/B双网的组网方式,形成冗余配置,建设思路如下:

a  控制中心配置单核心EPC热备模式或独立双EPC核心网设备,确保整体系统的管理安全。

b  车站配置两套以太网交换机及对应的BBU设备用于信号处理。

c  区间轨旁独立铺设一根泄露电缆,同时与800MHz专用调度TETRA系统泄漏电缆合路,组成冗余的无线覆盖介质,同时结合漏缆布置原则和RRU覆盖范围,设置若干RRU用于无线信号的覆盖。

d  车载设备CPE车头、车尾按照信号厂商的情况,分别配置主、备一套或两套无线终端设备,实现车载部分的冗余配置。

(2)对于轨道交通各项需求级别一般,带宽需求较大的业务如:车载视频监控、视频广告、运营信息、车辆状态信息等,利于建设成本考虑,建议采用车地无线网络综合承载的建设模式,采用在5.8GHz频率下工作的WLAN(802.11ac)技术。通过单网的组网方式,建设思路如下:

a  控制中心配置单核心设备,关键模块(管理、电源)热备模式,确保整体系统的管理安全。

b  车站配置单台太网交换机关键模块(管理、电源)热备模式,用于无线覆盖设备的接入。

c  采用5GHz或5.8GHz无线频段,根据频率报备和业务带宽需求情况,采用40MHz、80MHz或160MHz组网;在40MHz的模式下可转换平均75Mbit/s的传输带宽,在80MHz的模式下可转换平均150Mbit/s的传输带宽,在160MHz的模式下可转换平均300Mbit/s的传输带宽,完全满足车载视频监控、视频广告、运营信息、车辆状态信息等业务传输带宽不小于65Mbit/s的需求,同时进行了带宽预留。

(转自RT轨道交通网)

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