該發(fā)明屬于軌道交通無線電通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于td-lte的軌道交通無線通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，城市軌道交通行業(yè)使用的無線通信技術(shù)主要有tetra(陸上集群無線電)、gsm(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))、cdma(碼分多址通信)、3g(第三代移動(dòng)通信技術(shù))、wi-fi(無線局域網(wǎng))等，按應(yīng)用可分為商用無線通信、專用無線通信和列車無線通信。其中專業(yè)無線通信業(yè)務(wù)主要分為三部分：以tetra為代表的語音調(diào)度業(yè)務(wù)，保證cbtc(基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng))的wi-fi網(wǎng)絡(luò)，車載pis(乘客信息系統(tǒng))與cctv(閉路電視)的專業(yè)wi-fi網(wǎng)絡(luò)。三種業(yè)務(wù)各自獨(dú)立并單獨(dú)組網(wǎng)，成本較高，且wi-fi網(wǎng)絡(luò)存在以下問題：wi-fi站址多，隧道內(nèi)維護(hù)困難；wi-fi高速移動(dòng)無法保障傳輸質(zhì)量，無qos(業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量)保障機(jī)制；wi-fi天然免費(fèi)開放頻率，干擾源多。故，從建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)成本考慮，tetra、cbtc系統(tǒng)的wi-fi網(wǎng)絡(luò)及pis與cctv的專用wi-fi網(wǎng)絡(luò)投資較高，需優(yōu)化。

城市軌道交通無線通信需完成以下任務(wù)：通過通信系統(tǒng)承載列控信息，通過車廂和軌道的視頻監(jiān)控提高列車運(yùn)行安全性，以車載pis業(yè)務(wù)和車內(nèi)寬帶接入業(yè)務(wù)提升乘客的出行體驗(yàn)。面對(duì)以上需求，迫切需要提供一種基于td-lte無線通信的集語音、視頻和數(shù)據(jù)為一體的寬帶數(shù)字集群技術(shù)在軌道交通無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用方案，即，地鐵通信系統(tǒng)要用td-lte網(wǎng)絡(luò)為cbtc、車載pis、車載cctv提供通道，實(shí)現(xiàn)地鐵通信無線傳輸多網(wǎng)合并。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種基于td-lte的無線通信系統(tǒng)，應(yīng)用于軌道交通的無線通信，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供可靠的、冗余的、可靈活重構(gòu)配置的透明傳輸通道。

該td-lte車地?zé)o線通信系統(tǒng)為cbtc、車載pis、車載cctv和語音視頻綜合調(diào)度提供通道。具體技術(shù)方案如下：

一種基于td-lte的軌道交通無線通信系統(tǒng)，采用基于ip的扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括為應(yīng)用層各業(yè)務(wù)端提供通信通道的a、b兩組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)，a、b兩組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)采用雙網(wǎng)同時(shí)冗余承載方式工作；各傳輸子系統(tǒng)包括位于核心層的td-lte核心網(wǎng)模塊epc和網(wǎng)管系統(tǒng)，位于接入層的分布式基站enb，以及位于終端層的車載接入終端tau。

進(jìn)一步的，分布式基站enb包括車站基帶處理單元bbu、位于車站通信機(jī)房內(nèi)的射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備rru和位于車站通信機(jī)房外的軌旁射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備rru。

進(jìn)一步的，td-lte核心網(wǎng)模塊epc和網(wǎng)管系統(tǒng)通過專用傳輸網(wǎng)絡(luò)與車站基帶處理單元bbu連接，車站基帶處理單元bbu通過光纖與軌旁射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備rru和機(jī)房內(nèi)的射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備rru連接，并通過無線電波與車載接入終端tau進(jìn)行信號(hào)傳輸；a組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)和b組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)在終端層通過車載接入終端tau連接通信。

進(jìn)一步的，車載接入終端tau至少包括兩組，分別布置在列車車頭和列車車尾。

進(jìn)一步的，a、b兩組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)使用td-lte頻段為1785-1805mhz。采用a/b雙網(wǎng)冗余覆蓋設(shè)計(jì)，覆蓋整個(gè)正線及試車線線路。

進(jìn)一步的，a組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)采用5mhz組網(wǎng)，包括a網(wǎng)無線接入和a網(wǎng)核心網(wǎng)；b組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)采用15mhz組網(wǎng)，包括b網(wǎng)無線接入網(wǎng)和b核心網(wǎng)；a/b雙網(wǎng)并行工作。

進(jìn)一步的，a組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)的上行線路承擔(dān)cbtc和車輛狀態(tài)檢測，下行線路承擔(dān)cbtc；b組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)的上行路線承擔(dān)cbtc、cctv、車輛狀態(tài)及集群調(diào)度，下行路線路承擔(dān)cbtc、pis、緊急狀態(tài)及集群調(diào)度。

進(jìn)一步的，應(yīng)用層包括cbtc、車載pis、車載cctv和語音視頻綜合調(diào)度中的一種或多種。

進(jìn)一步的，該系統(tǒng)所處的核心層還包括中心路由器、中心交換機(jī)，通過中心路由器實(shí)現(xiàn)的接入并實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)之間的隔離和網(wǎng)絡(luò)安全需求，通過中心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)管系統(tǒng)、分布式基站enb信息的交互。

進(jìn)一步的，該系統(tǒng)所處的核心層還包括cbtc鏡像存儲(chǔ)，通過cbtc鏡像存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)cbtc數(shù)據(jù)的備份。

本發(fā)明采用基于td-lte的軌道交通無線通信系統(tǒng)主要針對(duì)傳統(tǒng)軌道交通通信系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化，具有的有益效果如下：

(1)基于td-lte技術(shù)的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，具有完善的td-lte網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)互通接口和功能，為后期接入其他系統(tǒng)預(yù)留了接口，并具備多種業(yè)務(wù)接入承載能力，能為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供可靠的、冗余的、可靈活重構(gòu)配置的透明傳輸信道。

(2)td-lte技術(shù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率和頻譜利用率高，優(yōu)于窄帶系統(tǒng)tetra、gsm-r，也優(yōu)于wifi、wimax。td-lte技術(shù)可支持高達(dá)350km/h的移動(dòng)性能，能解決城市軌道交通列車因移動(dòng)性而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸性能下降的問題。

(3)該系統(tǒng)具有頻譜靈活性特點(diǎn)，可支持不同大小的頻譜分配，可在不同大小的頻譜中部署，包括1.4mhz、3mhz、5mhz、10mhz、15mhz，以及20mhz，支持成對(duì)和非成對(duì)頻譜。

(4)基于td-lte技術(shù)的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，可支持精細(xì)的資源調(diào)度顆粒度和靈活的調(diào)度策略，可以從時(shí)間和頻率維度區(qū)分用戶，能保證業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(qos)需求。

(5)采用扁平化組網(wǎng)方案，簡化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，減少了網(wǎng)元數(shù)量，系統(tǒng)可靠性高；采用扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地縮短了端到端的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，更加滿足城市軌道交通特別是信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用。

(6)該系統(tǒng)為連接列車和車站之間的應(yīng)用層提供通信通道，能綜合承載車輛、信號(hào)、pis、通信等專業(yè)的車地之間的業(yè)務(wù)信息軌道交通無線通信系統(tǒng)中將具有廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

圖1基于td-lte的軌道交通無線通信系統(tǒng)框架圖

圖2a、b網(wǎng)整體業(yè)務(wù)劃分和帶寬劃分示意圖

具體實(shí)施方式

該td-lte車地?zé)o線通信系統(tǒng)包括a、b兩組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)，各傳輸子系統(tǒng)主要由td-lte核心網(wǎng)模塊epc、網(wǎng)管系統(tǒng)、分布式基站enb、車載接入終端tau組成，整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用基于ip的扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)為應(yīng)用層中的cbtc、車載pis、車載cctv和語音視頻綜合調(diào)度(即集群調(diào)度)提供通道。

a、b兩組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)采用雙網(wǎng)同時(shí)冗余承載方式工作，即a、b雙網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)不存在主備之分，同時(shí)承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為應(yīng)用層各業(yè)務(wù)端提供通信通道。各傳輸子系統(tǒng)中，td-lte核心網(wǎng)模塊epc和網(wǎng)管系統(tǒng)位于核心層，分布式基站enb位于接入層，車載接入終端tau位于終端層。

核心層主要包括td-lte核心網(wǎng)模塊epc和網(wǎng)管系統(tǒng)，以及中心交換機(jī)、中心路由器和cbtc鏡像存儲(chǔ)等設(shè)備。

lte核心網(wǎng)模塊epc用于對(duì)整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)基站設(shè)備、終端的認(rèn)證管理、加密管理、入侵檢測、ueid的分配、安全性和切換、漫游控制、用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理、路由等功能。網(wǎng)管系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和車載接入終端tau(即車載專用終端設(shè)備tau)進(jìn)行集中操作維護(hù)管理。通過中心路由器實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)和pis、cctv等系統(tǒng)業(yè)務(wù)的接入，同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)之間的隔離和網(wǎng)絡(luò)安全需求。通過中心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與無線調(diào)度平臺(tái)、網(wǎng)管、基站信息的交互。通過cbtc鏡像存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份。

接入層，即分布式基站enb，主要包括位于車站通信機(jī)房內(nèi)的車站基帶處理單元bbu、射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備rru，以及位于車站通信機(jī)房外的軌旁射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備rru。

核心層和接入層之間通過rj45電口連接。車站基帶處理單元bbu通過rj45電口接入交換機(jī)后與專用傳輸系統(tǒng)設(shè)備連接，以完成td-lte核心網(wǎng)模塊epc和網(wǎng)管系統(tǒng)與車站基帶處理單元bbu所需的ip連接通道；車站基帶處理單元bbu通過光纖與機(jī)房內(nèi)的rru和軌旁射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備rru連接，并通過無線電波與車載接入終端tau進(jìn)行信號(hào)傳輸。

應(yīng)用層主要包括cbtc業(yè)務(wù)系統(tǒng)、車載pis業(yè)務(wù)系統(tǒng)、車載cctv業(yè)務(wù)系統(tǒng)和集群調(diào)度系統(tǒng)。通過本發(fā)明所公開的無線通信系統(tǒng)，即a和b兩組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)，為應(yīng)用層各業(yè)務(wù)端提供通信通道，以實(shí)現(xiàn)軌道交通通信無線傳輸?shù)亩嗑W(wǎng)合并。

終端層主要包括多條正線線路和試車線線路。各列車車頭和車尾分別通過相應(yīng)的車載接入終端tau連接b組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)和a組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)，車載終端內(nèi)部的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，此處不再贅述。

下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖進(jìn)一步說明,如圖1所示，基于td-lte的軌道交通無線通信系統(tǒng)由核心層、接入層、終端層和應(yīng)用層組成。具體介紹如下：

該系統(tǒng)在控制中心專用通信機(jī)房集中放置中心設(shè)備，包括位于核心層的lte核心網(wǎng)模塊epc、網(wǎng)管系統(tǒng)、相應(yīng)的中心路由器、中心交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，以及cbtc鏡像存儲(chǔ)、電源系統(tǒng)等配套設(shè)備。

在車站通信機(jī)房內(nèi)設(shè)置接入層中的bbu設(shè)備，bbu通過rj45電口接入交換機(jī)后與專用傳輸系統(tǒng)設(shè)備連接，完成epc與bbu所需的ip連接通道；bbu通過光纖與軌旁rru和設(shè)備室內(nèi)的rru連接。

a組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)和b組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)在終端層分別通過終端層的車載接入終端tau連接通信，實(shí)施例中通過位于列車車頭和車尾的車載接入終端tau連接通信，從而為包括cbtc業(yè)務(wù)系統(tǒng)、車載pis業(yè)務(wù)系統(tǒng)、車載cctv業(yè)務(wù)系統(tǒng)和集群調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用層各業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了通信通道。

根據(jù)業(yè)務(wù)承載需求，為了保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，整體方案采用a/b雙網(wǎng)冗余覆蓋設(shè)計(jì)，使用td-lte頻段為1785-1805mhz。a組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)(簡稱a網(wǎng))采用5mhz組網(wǎng)，包括a網(wǎng)無線接入和a網(wǎng)核心網(wǎng)；b組網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)(簡稱b網(wǎng))采用15mhz組網(wǎng)，包括b網(wǎng)無線接入網(wǎng)和b核心網(wǎng)，a/b雙網(wǎng)并行工作。

整體業(yè)務(wù)劃分和帶寬劃分如圖2所示，a(位于車頭)、b(位于車尾)網(wǎng)覆蓋整個(gè)正線及試車線線路，a網(wǎng)帶寬為5mhz，a網(wǎng)上行線路承擔(dān)cbtc和車輛狀態(tài)檢測，下行線路承擔(dān)cbtc；b網(wǎng)帶寬為15mhz，b網(wǎng)上行路線承擔(dān)cbtc、cctv、車輛狀態(tài)及集群調(diào)度，下行路線路承擔(dān)cbtc、pis、緊急狀態(tài)及集群調(diào)度。

實(shí)施例中所公開的基于td-lte的無線通信系統(tǒng)的主要性能參數(shù)如表1所示：

表1

通過上表性能參數(shù)分析可見本發(fā)明所公開的基于td-lte的軌道交通無線通信系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)軌道交通通信系統(tǒng)具有以下不同點(diǎn)：

(1)使用的頻率資源不同：td-lte需要部署在授權(quán)許可的專用頻率資源上(本方案為1785-1805mhz)。傳統(tǒng)軌道交通通信系統(tǒng)工作在免許可共享頻段，與藍(lán)牙、zigbee等系統(tǒng)使用頻率資源相同，容易受到其它系統(tǒng)的干擾。

(2)覆蓋及移動(dòng)性支持能力不同：td-lte具備連續(xù)覆蓋能力，通過切換、小區(qū)重選等比較完備的移動(dòng)性管理流程，能給用戶提供無縫的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。傳統(tǒng)軌道交通通信系統(tǒng)在設(shè)計(jì)目標(biāo)是熱點(diǎn)覆蓋，不支持切換等移動(dòng)性管理流程。

(3)資源調(diào)度方式不同：td-lte支持精細(xì)的資源調(diào)度顆粒度和靈活的調(diào)度策略，可以從時(shí)間和頻率維度區(qū)分用戶，能保證業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(qos)需求。傳統(tǒng)軌道交通通信系統(tǒng)采用用戶間競爭搶占的機(jī)制來調(diào)度用戶，某一時(shí)刻，資源為一個(gè)用戶所獨(dú)占，因此用戶數(shù)較多的時(shí)候更易產(chǎn)生碰撞，資源利用效率較低。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。