地面高速移动通信解决方案简述任翔模板
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• 目前由台湾 “工研院”、 Veetime、日 本NTTBP、 NTT、 康宁， 以及合勤科技 所组成的国际团队， 在台湾高铁公司的协 助下， 于2012年4月正式开始进行全球第 一个将WiMAX技术运用到高速铁路通讯宽 带上网服务的实验计划。透过技术研究与 实地测试， 将提出一个适合在高速铁路行 进间的无线宽带通讯系统，提供高速铁路 业者布建宽带通讯系统整体解决方案参考。
2018/10/14
制作： 任翔 @ NCT
概观 高铁通信概述
现在采用方案
公司方案实例
全球参与公司
2018/10/14
2
高铁通信概述
2018/10/14
3
2018/10/14
4
2018/10/14
5
2018/10/14
6
现有通信方案
• • • • •
GSM-R Wimax+Wifi LTE TD-SCDMA WCDMA 移动IPv6
2018/10/14 25
• 业内最早最成熟的小区分集算法
小区分集算法技术应用于高速移动覆盖场好处：
1. 将同站点的多个扇区合并，避免切换，将多个站址合并 为一个小区，减少切换；
2. 有效增减单个小区覆盖范围，保证用户的高接入成 功率。
大唐TDSCMA小区分集算法
2018/10/14 26
• 为了避免车辆技术的不断发展而影响车体内无线通信质量，通
2018/10/14
34
方案比较
GSM-R
• 已有的2G网络
• 结构硬伤，无法保证通话质量
WiMAX+WiFi
• 扩展能力更强、灵活性高、智能票务 • 高速无法无缝切换 • 无法进行语音服务
LTE
• 目前无法广泛使用 • 频铺效率高，抗多径，低切换次数和时延 • 克服多普勒频移和小区切换，针对地形优化
• （3） 宽带上网： 为用户提供宽带连接服务是WiMAX高铁应用的主 要任务。在时速250~300 km的高铁车厢内， 利用WiMAX接入点 （AP） 接收WiMAX信号， 转换至Wi-Fi信号提供给需要无线上网的 乘客。上行和下行带宽可达15 Mb/s。
2018/10/14
12
台湾 WiMAX方案
2018/10/14
7
GSM-R 方案
GSM-R是为满足铁路应用而开发的数字无线通信 系统，专门针对铁路的各种不同需求开发了许多专用 功能：
• 提供无线列调编组调车通信应急通信养护维修通信利用 GSM-R平台的数字传输能力
•
• •
能传输列车诊断数据
提供货运信息 车载旅客信息服务
•
其他增值服务
• “兼顾考虑”原则：“适应周边话务、附带覆盖”
过无线直放站加车内分布系统的方式，可把车外信号馈入到车体内 (室内)，克服车体穿透损耗。
2018/10/14
27
华为 WCDMA方案
2018/10/14
28
2018/10/14
29
2018/10/14
30
中兴 "运河"项目 WCDMA
20Biblioteka Baidu8/10/14
31
移动IPv6 方案
• 高速铁路具有地域广、 速度快、 频繁越区切换、 地理环境多变等特点， 列车运行速度提升和无线接 入设备增加会产生信道资源不足、 地址短缺、 越区 切换处理繁琐等问题， 目前GSM-R无法提供很好 的移动性。
2018/10/14
20
• 重叠区切换和重选： LTE扁平化的网络架构和 精简的信令流程，保证切换 可在几百毫秒内完成，远小 于GSM的5~6S，大大降低切 换区设计难度。 • 克服多普勒效应： 应用了经430Km/h磁悬浮验证 的华为特有的F-AFC算法、快速 切换算法，消除高速对列车的多 普勒效应。
2018/10/14
18
华为LTE方案
HRC系列关键技术:
• 为运行在350Km/h ~500km/h的列车提供稳 定的30Mbps以上的接入 速率，峰值可达70Mbps； 还能为各类车载业务提供 完善的端到端QoS保证, 对高速铁路通信有着很大 的帮助。
•
2010-9 上海磁悬浮 430km/h, 50Mbps 2018/10/14 19
• 铁路沿线采用BBU（基带处理单元）+RRU（射频拉远模块）
组网 • 小区分集
• 高速频偏补偿算法
• 在高速列车上装载直放站克服穿透损耗
2018/10/14
24
大唐 TD-SCDMA
•
针对铁路线呈带状的特点， 使用基带光纤拉远型基站来扩大 单个小区覆盖范围。 • 基带光纤拉远型基站，支持一个BBU连接多个串联的RRU， 多个串联的RRU覆盖的区域设置为同一个小区， 使其具有相 同的频点、 扰码。 • 能有效扩大单个小区的覆盖范围，最大做到单小区40 km的覆 盖距离。
2018/10/14
8
2018/10/14
9
• 目前，GSM-R已经成功在我国青藏、 大秦重载、胶济线 提速工程、合宁客运铁路等多条线路进行了实施。 • GSM-R已经在欧洲广泛 使用，在2016年之前，多 余160,000km铁路将覆盖 GSM-R，60,000km已经稳 定运行。 • 欧洲总铁路网络： 220,172km GSM-R覆盖范围：154,294km
克服车体损耗： • HRC车载台天线部署车厢外顶； • 在车厢内，车载台接收数据； • 高铁旅客通过车厢内综合接入 设备接入网络，无车体损耗问题
消除频繁的群切换问题： • 高铁旅客进入车厢后，即通 过车厢内2G/3G网络接入 • 在列车运行过程中，2G/3G 没有小区间切换问题，更不存 在群移动导致的信令风暴问题
2018/10/14
13
台中-高雄线路
• 经过优化可以实现300km/h下的 成功小区切换； • 全程超过100个信号基站塔，隧 道内铺设专门天线，天线间用光 纤链接；
~180 Km
• 全程60%时间时速280~300km/h, 平均下行速度平均8Mbps；
2018/10/14
14
台中-高雄线路
GHz 无线电
光纤网络 无线控制(DRCU)
无线电网管 (CRCU)
售票终端
2018/10/14
17
LTE 方案
• 近年来，以LTE为代表的3G演进型系统实现了移动通 信在3G之后的一次阶段性变革。以OFDM技术为基础的 全新理念和系统设计大幅度地提高了系统的通信能力， 满足了人们对未来移动通信的需求。
2018/10/14
21
华为F-AFC算法
2018/10/14
22
TD-SCDMA 方案
• TD-SCDMA作为中国提出的3G标准，自1998年正式向国际电联 提交以来，已经历经五年多的时间，完成了标准的专家组评估、 ITU认可并发布、与3GPP(第三代伙伴项目)体系的融合。 • TD-SCDMA系统及其技术有着如下突出优势： 1. 频谱利用率高，只需要一个1.6M带宽就可通信；
• 车体天线覆盖方式：WiFi + WiMax
2018/10/14
15
TRaincom 通信方案
• 数据传输原理 : 列车 - 轨道
无线天线
GHz 无线电
桅杆电缆
GHz 收发机 WLAN 接入点 无线电控制器 (MRCU)
光纤电缆
2018/10/14
16
• 数据传输原理: 轨道 - 中央单位
票务中心
2018/10/14
10
WiMAX+Wifi 方案
• WiMAX 全称为 World Inter operability for Microwave Access，即全球微波接入互操作性，是 一项基于IEEE 802.16标准的新的宽带无线接入城域 网技术
• WiMAX 宽带无线接入与目前其他接入方式相比， 具有部署速度更快、 扩展能力更强、 灵活性高、 传输速率高、 覆盖范围大等优点。
2018/10/14
32
• 其中移动节点代表列车，通过无线链路与沿途接入点 AP 相连;
• 将铁路沿线的各个AP按区域划分， 并分别与不同的MAP相连， 每一个MAP负责本区域的内各个AP间的信息交互; • MAP通过互联网与家乡代理HA及对端节点相连。
2018/10/14 33
Lemko轨道通信系统解决方案
2018/10/14
11
实现功能：
• （1） VoIP： 为铁路列控通信、 铁路公务通信、 用户宽带连接通信 等提供VoIP， 实现语音、 数据、 视频业务。在列车调度通信方面可 实现优先级业务、 语音组呼业务、 语音广播呼叫等。 • （2） 票务与旅客信息： 可用WiMAX高的数据传输速率实 现列 车的移动购票、 客票查询、 订票、 补票等业务， 并将车上客票信息 实时传送到地面票务中心， 及时更新客票信息。还可用来监测每个运 营区间旅客人数及上下车人数， 为高峰时段前方车站的旅客调度、 安排提供参考。
36
全世界都在关注
2018/10/14
37
Xiang Ren @ NCT
Shanghai Jiao Tong University 38
铁路沿线光缆
光缆
Node2
智能天线
•
• • • • •
时速高于300公里
七号信令
七号信令
中联通 中移动 中电信
无线接入塔间距为10公里（可利用现有输电塔）
无线接入点的频谱为300-340MHz 智能天线控制器控制天线的指向 基于高速机车的位置预测下一个无线接入塔的方位 基于高速机车的位置预测下一个无线接入塔的频率 提供不低于2M数据速率
• 移动IPV6的高速铁路通信网络， 主要是利用 IPv6 族中的了 HMIPv6（HierarchicalMobileIPv6） 和QoS （QualityofServices） 模型， 在IP层提供移 动性管理和服务质量支持。因此， 其可以被嵌入到 任意一种全IP的网络中。
• 移动IPv6 的出现是移动计算一个重要里程碑，其 特性对于未来移动无线网络的发展至关重要。
2. TD-SCDMA采用智能天线、软件无线电等大量先进技术，可 以提高系统容量；
3. TD-SCDMA更适合传输不对称的互联网业务； 4. 从全球频率划分来看，各国都为TDD预留了频段，从这意义 上来说，只有TD-SCDMA才有可能实现全球漫游。
2018/10/14
23
TD-SCDMA 方案
• 大唐移动针对高速铁路运行中带来的多普勒频移、切 换重选的问题，提出如下TD-SCDMA解决方案：
TD-SCDMA
• 3G网络已经逐渐普及，用户群广泛 • 频谱效率高，适合不对称业务结构 • 高移动性不好，基站覆盖半径过小
IPv6
• 网络结构简单，切换效率高，接入Internet • 成本高，实施困难，维护代价高， • 三网融合推进缓慢 2018/10/14 35
全世界都会使用
2018/10/14
2018/10/14
制作： 任翔 @ NCT
概观 高铁通信概述
现在采用方案
公司方案实例
全球参与公司
2018/10/14
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高铁通信概述
2018/10/14
3
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现有通信方案
• • • • •
GSM-R Wimax+Wifi LTE TD-SCDMA WCDMA 移动IPv6
2018/10/14 25
• 业内最早最成熟的小区分集算法
小区分集算法技术应用于高速移动覆盖场好处：
1. 将同站点的多个扇区合并，避免切换，将多个站址合并 为一个小区，减少切换；
2. 有效增减单个小区覆盖范围，保证用户的高接入成 功率。
大唐TDSCMA小区分集算法
2018/10/14 26
• 为了避免车辆技术的不断发展而影响车体内无线通信质量，通
2018/10/14
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方案比较
GSM-R
• 已有的2G网络
• 结构硬伤，无法保证通话质量
WiMAX+WiFi
• 扩展能力更强、灵活性高、智能票务 • 高速无法无缝切换 • 无法进行语音服务
LTE
• 目前无法广泛使用 • 频铺效率高，抗多径，低切换次数和时延 • 克服多普勒频移和小区切换，针对地形优化
• （3） 宽带上网： 为用户提供宽带连接服务是WiMAX高铁应用的主 要任务。在时速250~300 km的高铁车厢内， 利用WiMAX接入点 （AP） 接收WiMAX信号， 转换至Wi-Fi信号提供给需要无线上网的 乘客。上行和下行带宽可达15 Mb/s。
2018/10/14
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台湾 WiMAX方案
2018/10/14
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GSM-R 方案
GSM-R是为满足铁路应用而开发的数字无线通信 系统，专门针对铁路的各种不同需求开发了许多专用 功能：
• 提供无线列调编组调车通信应急通信养护维修通信利用 GSM-R平台的数字传输能力
•
• •
能传输列车诊断数据
提供货运信息 车载旅客信息服务
•
其他增值服务
• “兼顾考虑”原则：“适应周边话务、附带覆盖”
过无线直放站加车内分布系统的方式，可把车外信号馈入到车体内 (室内)，克服车体穿透损耗。
2018/10/14
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华为 WCDMA方案
2018/10/14
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中兴 "运河"项目 WCDMA
20Biblioteka Baidu8/10/14
31
移动IPv6 方案
• 高速铁路具有地域广、 速度快、 频繁越区切换、 地理环境多变等特点， 列车运行速度提升和无线接 入设备增加会产生信道资源不足、 地址短缺、 越区 切换处理繁琐等问题， 目前GSM-R无法提供很好 的移动性。
2018/10/14
20
• 重叠区切换和重选： LTE扁平化的网络架构和 精简的信令流程，保证切换 可在几百毫秒内完成，远小 于GSM的5~6S，大大降低切 换区设计难度。 • 克服多普勒效应： 应用了经430Km/h磁悬浮验证 的华为特有的F-AFC算法、快速 切换算法，消除高速对列车的多 普勒效应。
2018/10/14
18
华为LTE方案
HRC系列关键技术:
• 为运行在350Km/h ~500km/h的列车提供稳 定的30Mbps以上的接入 速率，峰值可达70Mbps； 还能为各类车载业务提供 完善的端到端QoS保证, 对高速铁路通信有着很大 的帮助。
•
2010-9 上海磁悬浮 430km/h, 50Mbps 2018/10/14 19
• 铁路沿线采用BBU（基带处理单元）+RRU（射频拉远模块）
组网 • 小区分集
• 高速频偏补偿算法
• 在高速列车上装载直放站克服穿透损耗
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大唐 TD-SCDMA
•
针对铁路线呈带状的特点， 使用基带光纤拉远型基站来扩大 单个小区覆盖范围。 • 基带光纤拉远型基站，支持一个BBU连接多个串联的RRU， 多个串联的RRU覆盖的区域设置为同一个小区， 使其具有相 同的频点、 扰码。 • 能有效扩大单个小区的覆盖范围，最大做到单小区40 km的覆 盖距离。
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• 目前，GSM-R已经成功在我国青藏、 大秦重载、胶济线 提速工程、合宁客运铁路等多条线路进行了实施。 • GSM-R已经在欧洲广泛 使用，在2016年之前，多 余160,000km铁路将覆盖 GSM-R，60,000km已经稳 定运行。 • 欧洲总铁路网络： 220,172km GSM-R覆盖范围：154,294km
克服车体损耗： • HRC车载台天线部署车厢外顶； • 在车厢内，车载台接收数据； • 高铁旅客通过车厢内综合接入 设备接入网络，无车体损耗问题
消除频繁的群切换问题： • 高铁旅客进入车厢后，即通 过车厢内2G/3G网络接入 • 在列车运行过程中，2G/3G 没有小区间切换问题，更不存 在群移动导致的信令风暴问题
2018/10/14
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台中-高雄线路
• 经过优化可以实现300km/h下的 成功小区切换； • 全程超过100个信号基站塔，隧 道内铺设专门天线，天线间用光 纤链接；
~180 Km
• 全程60%时间时速280~300km/h, 平均下行速度平均8Mbps；
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台中-高雄线路
GHz 无线电
光纤网络 无线控制(DRCU)
无线电网管 (CRCU)
售票终端
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17
LTE 方案
• 近年来，以LTE为代表的3G演进型系统实现了移动通 信在3G之后的一次阶段性变革。以OFDM技术为基础的 全新理念和系统设计大幅度地提高了系统的通信能力， 满足了人们对未来移动通信的需求。
2018/10/14
21
华为F-AFC算法
2018/10/14
22
TD-SCDMA 方案
• TD-SCDMA作为中国提出的3G标准，自1998年正式向国际电联 提交以来，已经历经五年多的时间，完成了标准的专家组评估、 ITU认可并发布、与3GPP(第三代伙伴项目)体系的融合。 • TD-SCDMA系统及其技术有着如下突出优势： 1. 频谱利用率高，只需要一个1.6M带宽就可通信；
• 车体天线覆盖方式：WiFi + WiMax
2018/10/14
15
TRaincom 通信方案
• 数据传输原理 : 列车 - 轨道
无线天线
GHz 无线电
桅杆电缆
GHz 收发机 WLAN 接入点 无线电控制器 (MRCU)
光纤电缆
2018/10/14
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• 数据传输原理: 轨道 - 中央单位
票务中心
2018/10/14
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WiMAX+Wifi 方案
• WiMAX 全称为 World Inter operability for Microwave Access，即全球微波接入互操作性，是 一项基于IEEE 802.16标准的新的宽带无线接入城域 网技术
• WiMAX 宽带无线接入与目前其他接入方式相比， 具有部署速度更快、 扩展能力更强、 灵活性高、 传输速率高、 覆盖范围大等优点。
2018/10/14
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• 其中移动节点代表列车，通过无线链路与沿途接入点 AP 相连;
• 将铁路沿线的各个AP按区域划分， 并分别与不同的MAP相连， 每一个MAP负责本区域的内各个AP间的信息交互; • MAP通过互联网与家乡代理HA及对端节点相连。
2018/10/14 33
Lemko轨道通信系统解决方案
2018/10/14
11
实现功能：
• （1） VoIP： 为铁路列控通信、 铁路公务通信、 用户宽带连接通信 等提供VoIP， 实现语音、 数据、 视频业务。在列车调度通信方面可 实现优先级业务、 语音组呼业务、 语音广播呼叫等。 • （2） 票务与旅客信息： 可用WiMAX高的数据传输速率实 现列 车的移动购票、 客票查询、 订票、 补票等业务， 并将车上客票信息 实时传送到地面票务中心， 及时更新客票信息。还可用来监测每个运 营区间旅客人数及上下车人数， 为高峰时段前方车站的旅客调度、 安排提供参考。
36
全世界都在关注
2018/10/14
37
Xiang Ren @ NCT
Shanghai Jiao Tong University 38
铁路沿线光缆
光缆
Node2
智能天线
•
• • • • •
时速高于300公里
七号信令
七号信令
中联通 中移动 中电信
无线接入塔间距为10公里（可利用现有输电塔）
无线接入点的频谱为300-340MHz 智能天线控制器控制天线的指向 基于高速机车的位置预测下一个无线接入塔的方位 基于高速机车的位置预测下一个无线接入塔的频率 提供不低于2M数据速率
• 移动IPV6的高速铁路通信网络， 主要是利用 IPv6 族中的了 HMIPv6（HierarchicalMobileIPv6） 和QoS （QualityofServices） 模型， 在IP层提供移 动性管理和服务质量支持。因此， 其可以被嵌入到 任意一种全IP的网络中。
• 移动IPv6 的出现是移动计算一个重要里程碑，其 特性对于未来移动无线网络的发展至关重要。
2. TD-SCDMA采用智能天线、软件无线电等大量先进技术，可 以提高系统容量；
3. TD-SCDMA更适合传输不对称的互联网业务； 4. 从全球频率划分来看，各国都为TDD预留了频段，从这意义 上来说，只有TD-SCDMA才有可能实现全球漫游。
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TD-SCDMA 方案
• 大唐移动针对高速铁路运行中带来的多普勒频移、切 换重选的问题，提出如下TD-SCDMA解决方案：
TD-SCDMA
• 3G网络已经逐渐普及，用户群广泛 • 频谱效率高，适合不对称业务结构 • 高移动性不好，基站覆盖半径过小
IPv6
• 网络结构简单，切换效率高，接入Internet • 成本高，实施困难，维护代价高， • 三网融合推进缓慢 2018/10/14 35
全世界都会使用
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