城市轨道交通LTE-M无线通信系统跨线漫游方案研究

随着各城市轨道交通线网规模的增长,为满足列车跨线运行、多线换乘站统一运营调度等需求,提出LTE-M无线通信系统的跨线漫游通信方案。通过研究3GPP TD-LTE标准架构和LTE-M漫游原理,结合城市轨道交通实际特点,参考LTE-M系列规范,提出线网共建演进分组核心网(EPC)、线路间EPC全连接、增强型归属用户服务器整合、线网EPC虚拟化部署等4种漫游通信实现方案;为进一步指导方案建设及落地实施,从接口设计、线网规划、号码规划等方面进行相关配套设计。在当前受专用频段资源分配等因素影响,城轨领域尚不具备成熟条件开展5G专用无线通信系统大规模建设的情形下,为各城市轨道交通线路LTE-M无线通信系统的建设及改造提供参考。

基于LTE-M技术的漏缆覆盖特性研究

轨道交通行业已经越来越多地采用1 785~1 805MHz(通常称为1.8 GHz)来进行信号传输,并采用两根漏泄电缆(简称"漏缆")组成多输入多输出系统。通过在上海地铁张江实训基地搭建的LTE(长期演进)测试环境,测量并分析了1.8 GHz频段下两根不同极化方式漏缆的LTE系统性能。结果表明,信道相关性大小并不太依赖于漏缆间距。这可为今后LTE-M(用于地铁的长期演进)系统的部署提供参考。

基于LTE-M的下一代列控数据通信系统设计与可用性评估

相对于传统的基于通信的列车运行控制系统(communication based train control,CBTC),下一代列控系统将具有架构可靠、速率快、成本低以及服务质量高等优点,且数据通信系统的可用性能够保障列车的安全和高效运行。面向下一代列控系统,首先设计基于LTE-M(long term evolution-metro,LTE-M)的通信系统结构;然后针对下一代列控系统典型场景,利用确定与随机Petri网(deterministic and stochastic petri nets,DSPN)进行可用性建模,最后进行模型求解和可用性评估。仿真结果显示,基于LTE-M的下一代列控数据通信系统能够满足实际通信需求,其可用性分析方法可以完成数据通信系统的可用性建模与评估。

LTE-M在地铁隧道中的非稳态MIMO信道的几何建模

轨道交通中基于通信的列车控制(communication based train control, CBTC)系统采用多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)信道的LTE-M(long term evolution-metro)技术以确保可靠的车地通信,因此需要研究地铁隧道环境下MIMO信道的统计特性.针对隧道内2×2 MIMO信道在列车移动特别是列车经过基站的过程中呈现的非稳态特性,建立了隧道环境下基于几何的单反射(geometrically based single bounce,GBSB)时变MIMO信道模型.推导了复信道增益以及时变统计特性,包括信道时变自相关函数(autocorrelation function, ACF)、信道时变功率谱密度(power spectral density, PSD)、信道时变互相关函数(cross correlation function, CCF)等.分析了列车运行速度、天线间距等参数对信道相关性的影响.结果表明,信道时变自相关性随列车运行速度增加而降低.当天线间隔增大,信道互相关性呈现波动性下降.仿真结果与实测结果相一致,验证了所提出模型的有效性.

基于LTE-M的地铁车载乘客信息系统研究与设计

针对当前城市轨道交通车载乘客信息系统中车地视频无线传输性能较差、视频分辨率不高以及系统集成化程度较低的缺陷,在地铁长期演进LTE-M的基础上,提出了车载乘客信息系统的集成化设计方案,并着重研究了系统关键模块的软硬件实现。确定了系统的功能需求并分析了系统的技术条件,在此基础上建立系统的总体框架,着重讨论了车载嵌入式Linux视频服务器以及视频转发服务器的软硬件设计方案。测试验证了车载设备可有效承担720 p、1 080 p的流媒体下发以及D1分辨率的监控视频上传,带宽充足,性能稳定。

基于LTE-M的城市轨道交通PIS系统应用测试

为提高基于无线局域网(WLAN)的乘客信息服务系统(PIS)的安全防护能力,以可提供更稳定传输速率的LTE-M作为PIS车地通信的主要制式,来保障视频传输的质量。选取LTE-M传输的基本性能、模拟业务承载指标和视频传输效果3方面,评估LTE-M承载PIS系统业务的质量,并在北京地铁5号线进行动态测试。结果表明:LTE-M技术采用5 MHz频宽时基本满足PIS业务的需求,而以无线自由波作为传输媒介时切换性能还需要提升,故推荐使用漏泄电缆来提升LTE-M的覆盖质量,实现更好的车地通信传输性能。

CBTC系统LTE-M无线专网列车接入单元的研制与应用

城市轨道交通车地综合通信系统的稳定性是目前地铁正常运营面临的最大问题之一。为提高通信的安全性和可靠性,城市轨道交通无线车地通信由WLAN通信技术升级为长期演进技术(LTE)。文章在综合分析城市轨道交通车LTE技术的基础上,根据CBTC系统城市轨道交通车地综合通信系统(LTE-M)需求规范的要求,研制了一种LTE-M无线专网车地通信设备列车接入单元。其采用1.8 GHz TD-LTE专有移动网络和VPN安全接入技术,在车地间建立起安全可靠的通信链路。经通信打流测试,列车接入单元能够经过专网核心网与地面服务器通信,且通信速率稳定、延时小于150 ms、无丢包现象,可以满足承载CBTC控制业务、乘客信息系统、视频监控系统等数据接入服务要求。

基于LTE-M与WLAN混合组网的通信系统可靠性研究

近年来,城市轨道交通建设加速增长,对城市轨道交通车地通信系统的可靠运行提出了更高的要求。随着第四代移动网络(4th Generation mobile networks,4G)具体化的长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统已经广泛地进行了部署,而且技术也逐渐趋于成熟,地铁长期演进(Long Term Evolution for Metro,LTE-M)车地通信系统具有较强的抗干扰能力、支持快速移动状态下的列车通信、资源调度灵活等优点,突破融合不同通信制式的关键技术,研制出信号通信设备样机,并根据列车控制系统的业务需求对新的通信制式进行测试,保障城铁列车的安全稳定运行。

TD-LTE技术承载地铁集群通信业务问题研究

3GPP LTE协议的设计初衷是为普通商业和消费型通信服务提供高移动性及高带宽的数据业务,当前并未提供完备的集群解决方案。TD-LTE(时分-长期演进)技术用于承载地铁多媒体集群业务的应用前景,已得到了轨道交通建设各方的高度关注。通过结合成熟集群通信的业务特征,分析TD-LTE技术自身的技术特点,归纳出TD-LTE承载地铁集群通信业务所存在的主要问题,并提出相应的解决思路,为其承载关键型集群通信业务的应用提供一些参考。

基于LTE(长期演进)技术的地铁乘客信息系统组网方案分析

介绍了郑州地铁1号线基于LTE(长期演进)技术的乘客信息系统组网方案。第三方测试结果表明,该组网方案LTE车地无线通道性能符合标准要求。分析了该组网方案在实际使用和维护过程中出现的一些主要问题,并针对问题提出了相应的改进建议:提高车辆段/停车场库内带宽;LTE系统独立组网;车载交换机采用三层交换机。

TD-LTE承载CBTC车地无线通信在武汉地铁的应用

介绍了无线局域网技术在城市轨道交通行业应用存在的一些问题,提出了TD-LTE(时分-长期演进)技术在地铁应用的必要性。以武汉地铁7号线CBTC(基于通信的列车控制)系统应用案例为背景,介绍了TD-LTE系统结构,进一步对TD-LTE的工程设计原则和漏缆覆盖方案进行了分析。

地铁TD-LTE网络多业务承载技术研究

目前地铁的CBTC(基于通信的列车控制)系统、TETRA(泛欧集群无线电)和PIS(旅客信息系统)等分别承载在WLAN(无线局域网)和集群无线电等物理网络上,基于已经在民用领域得到广泛应用的TD-LTE(时分-长期演进)技术,结合地铁多业务承载的实际需求,提出了基于TDLTE技术的地铁多业务承载方案,并对其中的部分问题进行了研究,提出了相应的解决思路,为地铁多业务承载通信网络设计提供参考。

隧道环境下1.8 GHz无线信道测量与分析

基于多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)技术的地铁长期演进系统(long term evolution-metro, LTE-M)将在下一代城市轨道交通列车控制系统中得以应用.由于LTE-M工作于1.8 GHz频段,因此研究在隧道环境下1.8 GHz频段的传播特性非常重要.利用宽带扩频序列以及虚拟MIMO方法,测量并分析了隧道内1.8 GHz频段自由天线的路径损耗、均方根(root mean square, RMS)时延、MIMO容量等传播特性.结果表明:在隧道环境下1.8 GHz频段的路径损耗因子低于自由空间内的路径损耗因子;隧道横截面积的变化会影响电磁波的传播特性; MIMO天线阵规模越大,容量越大;天线间距的变化会引起MIMO容量的变化.