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简析关于城市轨道交通车地综合通信系统(LTE-M)规范标准进展的分享

作者:2017-01-19 15:46文章来源:未知
  第一,目前城市轨道交通无线系统的使用状况。
  中国地铁发展非常迅猛,业务扩展也很快,需求也在不断增加。无论是地下、地面、高架无线技术被广泛的应用。目前主要的无线技术(这里主要是指自由空间比较长距离),第一是信号系统CBTC。第三块就是车载视频监控,还有车载PIS系统。列车状态信息以及紧急信息发布,那么这个利用的一种车地通讯方式。目前基本上都采用的是2.4和5.8的公用频段,另外还有民用通讯,俗称是移动运营商的移动电信联通。2G、3G、4G,包括未来的5G,实现移动信号覆盖。主要频段是从800兆到2.77,这个范围。最后一个就是目前很多地铁城市也上了无线局域网。主要实现的是车站以及车厢里的热点覆盖。Wifi的802.11ac的5.8级车地通讯,而覆盖车厢以及车站内的无线终端覆盖频率主要就是2.4。未来手机还是具有5.8这个频段的这个双模。这个频段的未来也是要考虑对这个5.8这个备用频段做一个手机覆盖。
  第二,就是针对地铁现状现在存在哪些情况和问题呢?
  我个人的理解:首先,我们对无线特点的认识还不是很深,缺乏相关的认识。1)无线的管制性,通过对各方的了解,真正地铁搞无线的人还不是很多,不是很清楚无线的特点,包括无限的频率是受国家管制的,应该有5部委统一规划发放,各省市自治区直辖市审批具体频段。2)无线的干扰性,管制的前提就是无线是有干扰性的,包括同频干扰,不同的功率或相同功率的干扰,互调干扰包括2G、3G,杂散干扰,没有无线设备的规范指标,相关的设备就无法正常使用。3)无线频段和速率,带宽资源是有限性的,技术虽然在不断发展,也希望在有限的频段中能使用更高的速率满足更大的业务需求。相关资源受限,速率达到一定程度的时候,就一定程度的受限,他们不像有限的光纤,可以传10G、100G的速率。所以无线的能力还是有受限的。
  其次,没有标准。无线系统缺乏设计标准,地铁规范中也找不到相关的表述,特别是信号系统的车地系统,完全依赖于厂家的推荐,CBTC的引入那里市场有参加推荐的相关产品。而据我们了解也是大部分都是2.4的商用wifi设备,与无线局域网的wifi上网同步。而同时规范也没有同步推出,其中原因之一是2.4不是地铁专用的,没有基础条件支撑。也没有产品标准,所以导致了产品的选择标准同频率有2.4、5.8,天线有AP天线漏缆、波导管。技术,调制技术有持续扩频、跳频,包括其他的WiMAX各种宽带无线技术。
  再次,就是各地地铁的自主规划无线方案,缺乏有序的标准。正因为国家无标准,也没有行业标准、企业标准,所有依附厂家的具体方案,都看菜做饭,以信号DCS为核心的,PIS、无线wifi上网都是各个城市自己规划,没有理论基础,中间有穿插的商业投资行为,导致无线频率无序失控,才会出现有wifi来逼停列车这种事故的出现。
  最后,安全问题。正因为有上述的频率冲突、频率干扰,特别是大功率的干扰。导致信号系统整体的安全性,由于DCS的缺陷导致其成为短板。同时,随着网络化运营线路增加,地面高架的增加,以及相关互联互通的要求,与地面公共网之间安全形势越来越严峻了。这也成为我们搞通讯信号的人都很忧虑、彷徨。也有很多的呼声,国家对也采取了相关的措施。
  第三,和大家介绍一下目前关于标准的进展情况
  。借助于公共频段的商用产品2.4与老百姓所使用的相同频段的资源,抢资源,争地盘,非常被动,地下还好。地面如何呢?因为2.4所有人都无需申请就可以买来使用。各地出现在干扰逼停的事件引起各地的政府包括地铁公司的重视。国家也看到这种现象的出现,工信部、国家发改委、轨道交通协会也联合对全国各地的地铁使用无线的情况进行了调研,明确指出2.4作为信号系统是存在安全隐患的。经过多方的努力,工信部于2015年3月4号印发了关于重新发布1785到1850频段的文件。
  无线接入系统频段使用事宜的通知,这是工信部2015六十五号文,目前提出1.8G频段本地无线宽带技术,可用于城市轨道交通、电力、石油等行业专网及公网的使用,使轨道交通有了一个可申请的受保护的无线专用频段的机会,具体频段的分配和电台的管理,由省市、直辖市无线电管理机构审批,至此城市轨道交通有了一个全国统一的无线标准的基础。对此,中国轨道交通协会于2015年3月21号,中城轨2015008号发布。
  关于频段使用事宜及相关落实工作的意见,指出请各地铁、各单位充分重视和遵照执行。在此,我摘取其中几部分意见和大家共享一下:
  第一,CBTC和CCTV车辆运行状态,PIS紧急文本、语音调度,通信均纳入生产系统,地铁专用频段申请应考虑综合承载,以CBTC为核心的城市轨道交通生产系统;
  第二,选择适当的无线网络支持,LTE作为第四代移动通信技术,设计考虑了350公里时速下的支持业务优先等级的实时性和高吞吐率的需求,完全满足城市轨道交通快线120公里的需求。以上车地信息实时传输综合承载业务优先等级的需求。同时,TD—LTE是中国拥有核心自主知识产权的国家通讯标准技术,已大规模商用,有较成熟的产业链,近几年国内多家地铁已经开始了TD—LTE地铁的应用和研究,包括郑州1号线、杭州地铁4号线已经开通的TD—LTE传输PIS、CCTV和TMS的综合承载,同时杭州地铁4号线TD—LTE加载信号CBTC做了综合承载的测试并已通过,朔黄重载铁路也进行了1.8G的用于机车同步操控和调度电话的测试,北京地铁也做了实验室和实验的测试。结果证明TD—LTE完全能够综合承载城市轨道交通的生产业务,各项性能指标达到要求,因此在文中提出请在申请频率时明确采用TD—LTE技术支持建设城市地铁车地通讯专用网络。
  第三,根据理论分析和实验,CBTC单网需要5M以上带宽,综合承载需要15M带宽,因此在申请频段时,必须考虑20M的频段申请,由于此频段非轨道交通单一业务专用频段,且该频段与运营商的移动通信频段相邻,故采用的设备必须符合工信部六十五号文中的必须包括基站的带外机载功率和带外发射功率要求的限制,应结合本地情况对频率使用进行规划。
  第五条,下一步的工作是构建具有自主知识产权的轨道交通车地通信系统,实现基于TD—LTE的轨道交通车地通信网络,提出LTE—M,M就是地铁的意思,对等于大铁路的GSM—R,组织制定LTE—M的相关技术规范,第二步工作就是选取若干城市作为LTE—M的示范,目前在重庆有三条线,第三步就是成立相关的工作指导组和专家对各地的申请工作予以技术指导,在2015年4月28日,城市轨道交通协会技术装备专业委员会牵头在北京召开了LTE—M规范项目编制的启动会,目的是启动编制LTE—M系列标准,实现城市专用车地通讯系统的互联互通、生产的规范化、工程实施的标准化。为LTE—M网络规划产品开发、工程设计、设备配置与运营管理等提供技术依据。形成LTE—M的网络规划和建设管理与维护的指导文件。未来将规范纳入城市轨道交通车地综合通信系统LTE—M的招投标技术要求中,在2015年6月1日,交通协会颁布了配套的标准的主要结构。系统总体结构和系统功能规范、系统空中接口规范、系统核心网监数据接口规范、x6a—T接口规范、系统设备技术规范、终端设备技术规范、系统承载CPTC业务及接口规范等八个征求意见稿进行专家评审,具体编制的意义和目标是,随着轨道交通快速发展,在城市轨道交通中采用LTE—M技术进行车地数据传输,不仅具有技术方面的优势,符合技术发展的方向,也是轨道交通运营的迫切需求。那么,LTE—M是针对轨道交通安全运营综合业务需求定制的专用通信系统,通过综合承载技术整合,CBTC、CCTV、PIS语音进行系统其他业务传输。为车载系统传输简化提供方便,全网配置完全冗余,能够确保单点故障下信号系统安全,与传统的解决方案相比,具有更可靠的抗干扰性,高效的多业务优先级保障机制,高速运动下的稳定传输,为了实现这个,迫切需要制定这个LTE—M标准,实现城市专用车地通信系统的互联互通、生产的规范化、工程的标准化,为网络规划、产品开发、工程设计、设备配置与运营管理等提供技术依据,前面也讲述了,我就不再,目的就是制定规范所涉及到的系统需求、产品接口、测试工程实施等各方面需要整体规划、点面结合、分步实施。依托城市轨道交通通信信号系统工程和设备采购,分阶段逐步推进。本项目的目标是,为完成LTE—M系统规范编制,建立起LTE—M系统的需求,系统和产品技术接口测试和工程的标准规范体系,主要的内容和组织形式计划的我简单提下,一个是系统规范,主要是依托移动通讯的二九版本,然后能实现运营和设备间的互联互通的要求,去满足CBTC的调度通讯、PIS、CCTV列车状态监控的业务。编制这个接口规范主要是实现不同厂家之间核心技术的对接,第三个是系统设备的规范,包括终端和系统;第四个是系统设备的测试规范,第五个是工程规范。目前轨道交通协会是由技术装备委员会牵头,分为三个组,领导组、工作组、专家组,工作组有五个编制,有来自国内的主要信号和通信的设计院,有国内主要的信号和通信厂家参与编制。计划是有三个阶段:第一阶段是到2015年底,完成相关报审稿,主要是一些技术规范类的,包括接口、设备类的技术规范,第二阶段是到2016年底,是完成报审稿,互联互通测试,然后是设备终端测试、IP地址分配、设备编码等规范,第三阶段是到2017年底,主要是包括集群语音接口、施工和工程的验收规范。
  最后,我给大家谈一下我自己的一些想法和希望。综上所述,大家可以看到国家和轨道交通协会非常重视LTE—M综合承载业务系统规范标准推进。
  可以这么说,包括轨道交通协会的领导也是这么提的,我们现在在做的是一件创新的事,需要充分利用现在轨道交通迅猛发展的大好时机,借国家给予城市轨道交通专用频率的契机,通过我们包括重庆(国家示范城市),共同来实现互联互通的测试,打破信号等相关系统国外厂家的垄断,实现轨道交通各系统的规范化设计、实施、运用。既然是创新,肯定面临很多问题或者困难,客观地讲,我梳理了几条,这也是我个人的体会。
  第一就是1.8G,1785到1805这20道频段,还不是城市轨道交通的专用频段,从5委发的函里可以看到,电力、石油也可以用,但从目前各个城市的申请频段经验来看,地下空间可以申请到20M,但是在地面、高架必将面临申请频段能否满足20M的困惑,有些城市已经被电力行业所申请,那么如何向各个地方的无线管理委员会申请,保证至少能达到10M或20M以上。这个前提条件必须要满足,如果没有这个前提条件,对发展LTE综合承载多业务的制约很大。
  第二是与运营商的频段间隔、隔离,频段的上面或下面,一个是移动的、一个是电信的。除了提供各自的带宽指标要求,最好是有一种隔离带宽的要求。杭州4号线的经验就是,我们设计的时候,提出由运营商推出上下各5M,以保证我们20M的要求呀,但并不代表每个城市或运营商都愿意这样做,如果达不到,如果要地铁退,必然会牺牲LTE的可用带宽,也会影响到综合承载。
  综合承载方案的应该说是对我们现有的设计、工程实施、项目管理、运营维护相关的界面、方式、组织都是一个挑战。大家知道信号系统原来是一个独立的系统,包括原来我们所涉及的车地DCS系统、无线的,包括有线的交换网都是独立组网,自成系统,而其他系统、通讯是单独组网,如果采用综合承载业务,那么包括和通讯相关的车地业务,交换网和无线网,合二为一,建设和运营涉及两个专业是否能达成一致,尤其是信号专业,目前了解到很多地铁顾虑比较大,也就是希望能简单的把LTE只用在信号上,单独使用。
  第三,另外观点我们可以回忆下,这也是一个反思,当初我们搞通讯专业都知道,我们专业通讯有一个光传输网,基本上采用MsTP,叫综合业务光圈传输网,可以提供给通讯信号、综合监控、OA、AFC做综合承载,但现在情况大部分地铁都是这样,信号独立主网、综合监控独立主网、OA独立主网、连AFC也主网,基本上专业通讯这张网就给专业通讯自己用了,包括公安通讯也是自己用,为什么?原因无非是系统独立的安全性、工程的可实施性以及运营维护的界面性,综合承载后对于前面的这种方式造成的影响和挑战非常巨大。
  第四,我们综合承载里还提到了语音。语音集群调度与地铁现有广泛使用的以TETRA为主的数字集群系统又有什么关系,目前来说应该是TETRA数字集群系统在我们地铁里的应用非常良好,频率是专用的,通过5委申请是唯一使用的,而LTE不是唯一的。另外新建的LTE语音调度与既有的TETRA系统如何达到互联互通。这个老大难问题,包括我们通信行业的人都知道不可能达到互联互通。当然,现在我们国内的LTE厂家和TETRA厂家在做一些互联互通的测试,也达到了相关的功能,但是这个功能还需要进行论证,是否跟我们原来大部分城市采用的是同一个产品标准。所以对每个城市的建设,尤其一线城市的建设是难度非常大的。同时这两个技术的优劣比较,到目前为止,我个人了解的信息是,还没有得到充分的比对。
  第五,现在对信号的安全性要求也越来越高了,轨道交通协会也是最新发布了对于信号的用户使用书招标文件里面也明确提出了暂定信号安全担保的七十三级,如果采用了这个综合承载,那么我们跟既有的其他系统共享的东西怎么来实现这个担保的要求,所以我感觉就是,希望把我这些问题提出来,这就是我们在推行LTE过程中,设计建设、运营管理所面临的困惑。最后,还有一个因素就是wifi,现在每个城市都在大张旗鼓上WiFi,WiFi虽然与LTE没有必然关系,但是我后面会提到如果带宽不够的情况下,很多PIS、CCTV业务还可能再用2.4、5.8的时候,跟WiFi的关系也是一个冲突。我们需要认真的面对和分析,这地方我先不展开,后面我再详细的的谈下我的看法。
  最后总结一下,就是我想说,我代表规范编制的参与者,地铁建设的参与者,也是地铁的享用者,想强调国家轨道交通协会正在努力借LTE—M的专用频率应用契机,推进自主信号和通信产品的市场化发展、信号等系统的互联互通、网络化运营,提升我国轨道交通产业的核心竞争力,打破国外企业尤其是信号对中国的技术垄断,过程中会出现很多的问题和情况,包括标准推出的相对滞后、完整性和指导性,但是,国家和轨道交通协会,还是坚定地提出要制定这个标准。因此,我们非常有信心,推进这样的事情,我在这里也呼吁我们各个参建的地铁方与运营方,国内各个相关的设备系统厂家,能深刻理解国家的战略思想和方向,大家群策群力,共同将中国轨道交通技术标准推进到一个更高的水平,最终实现既满足地铁所有系统安全可靠运营,包括未来的自动无人驾驶,提供优良的乘客服务水平,包括无线上网、乘客信息和其他的方案,同时,也能为未来地铁的运营管理维护、控制成本、提高效率创造条件。
 

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