宁波有轨电车无线通信解决方案

宁波有轨电车无线通信解决方案

摘要：有轨电车无线通信系统是在传统有轨电车基础上发展起来的新型快速公共交通系统。通过对宁波有轨电车车地无线通信的需求的分析，对现有几种可行的车地通信方式进行了对比。提出了适合有轨电车的TD-LTE车地无线通信解决方案，该方案能够解决现有轨电车车地通信的瓶颈，能够达到降低工程投资，多业务承载，维护工作量的目的，有利于其他系统接入。

关键词：LTE 有轨电车无线通信频率

中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）04-0023-02

1 工程需求

宁波有轨电车一期工程全长8.16公里，全线设站12座。电车所经过的线路处于城市核心区，线路环境比已开通运行的任何一条有轨电车线路都要复杂，线路交叉路口多，平均每400多米就有一个路口，与社会车辆交叉混行。另外，车站线间距小，平均680米设站一座。电车在运行过程中受到的干扰因素多，如何降低外部因素对电车正常运行的干扰，提高电车旅行速度，是本条线路建设成功与否的决定性因素。这一目标的实现需要将行车调度信息可以安全、可靠地

从控制中心传输到有轨电车上，同时又实时客流统计作为行车调度的辅助。以上功能的实现，需要一套安全、可靠、稳定的车地无线传输网络。另外，出于公共交通对反恐防暴的要求，有轨电车在列车上需要安装视频监控摄像机，并实时将视频传输给控制中心。这同样需要一套高带宽、高稳定性的车地无线网络。

2 LTE无线通信网对有轨电车建设的重要性

支撑有轨电车安全运营的生产业务不断增加，车地通信功能和性能面临挑战，迫切需要可靠传输信号系统的列车状态信息和行车控制命令以保证行车安全；迫切需要及时回传在线列车车内视频，向乘客通报紧急情况，以保证公共安全和紧急状况的应急处置。与国内其他城市一样，目前，有轨电车信号系统、PIS（CCTV）中车地信息传输均独立设置的WiFi系统。由于WiFi系统存在如下问题：

（1）采用公用频段，易受干扰，尤其是在地面使用，干扰更是无法控制，造成通信不稳定，数据易丢失；（2）另外WiFi没有多业务优先级保障机制；（3）不适用于综合承载；（4）高速移动场景带宽的稳定性也无法保障；（5）信号系统、PIS（CCTV）系统、辅助驾驶系统、客流实时统计系统和乘客信息系统等系统全部需要借助无线通信网络来承载车地之间的通信数据，独立建网，频率资源浪费。

目前，有些行业采用租用无线公网的方式，满足其语音

及数据业务的需求。然而，无线公网由于安全性、可靠性和带宽流量的限制，不宜作为有轨电车的网络通信方式。不仅如此，随着有轨电车线网的形成，必定需要一套能实现各条线路之间互联互通的无线通信系统，才能满足有轨电车网络化运营的要求。从初期线路就开始统一考虑，统一规划，可以避免将来不必要的改造，节约投资。而LTE专网是目前比较适合用来承载这种需求的无线通信网。，因此建设一套LTE 专网作为车地无线传输网络来承载业务势在必行。

3 解决方案

3.1 系统构成

有轨电车LTE无线通信网由控制中心系统、传输网络、基站设备、天馈系统、车站子系统和移动终端组成，系统结构如下图1。

3.2 业务承载需求

宁波市鄞州区现代有轨电车实验线一期工程运营综合

自动化系统包括运营管理及中央调度系统、通信系统、信号系统、自动售检票系统、车辆段自动化系统等。需无线通信系统提供业务承载的有中央调度系统、自动售检票系统、列车安防系统和乘客信息系统。各系统的带宽需求如下表1：以上各类业务重要性各有不同，对信号传输的安全性要求也不同，因此将以上业务划分为三类：A类为优先保证类业务，包括列车辅助驾驶和无线列调，此类业务关系到列车

能否正常运行，信号的实时性和安全性要求最高，一旦信号丢失将对列车运行造成重大影响甚至交通事故，因此无线系统需要优先保证这类信号正常传输；B类为次要保证类业务，包括自动售检票系统和列车安防系统，此类业务是保证列车正常、安全运营的重要辅助手段，但是对信号传输的实时性要求不高，如自动售检票系统信息可以在列车进站后带宽容量较高时进行数据传输，列车安防系统可以通过降低上传图像路数、高清图像可以本地存储、上传标清图像、紧急时（如乘客紧急呼叫）上传1路高清图像等方式降低带宽占用；C 类为商用需求类业务，主要指乘客信息系统，此业务服务对象是乘客，信号的实时性和安全性要求不高，信号传输出现异常时对列车运营影响较小，可以通过增大车载缓存、到站缓存等方式降低带宽占用。

3.3 频率需求

根据2015年初国家工信部65号文相关通知，工信部规划1785-1805MHz频段为时分多址（TDD）方式无线接入系统使用频率，满足交通（城市轨道交通等）、电力、石油等行业专用通信网和公众通信网的应用需求。本条线路刚好可以考虑将车地无线通信选用LTE技术。根据有轨电车业务承载需求，下行速率需要8Mbps，上行速率4Mbps，考虑到下行效率基本是上行的一倍，因此需要综合考虑3D：1U和2D：2U时隙配置的选择，按1.8GHz频率通过仿真计算如下表2。

上述选择中，10MHz在3D：1U时隙配置下，下行平均速率可以满足系统目标要求，但是上行平均速率无法满足系统目标要求；在2D：2U时隙配置下，上行平均速率可以满足系统目标要求，但是下行平均速率无法满足系统目标要求。由前面表1中优先级可以看出，乘客信息系统优先级最低，但是占用下行带宽最多，因此综合考虑业务优先级和带宽占用情况，选择2D：2U时隙配置。同时考虑到乘客信息系统可以通过到站缓存，以及4列车总有车会离基站近一点，后期可通过网络优化来让容量尽量满足需求，优化手段有：（1）乘客信息系统，6Mbps下行，到站高速情况下缓存；（2）对于速率不能保障的小区，通过增加基站/扇区来增加容量；（3）发射，接收天线的优化来增加吞吐量。结论：在10MHz频率带宽及2D：2U时隙配置下，可以通过一些带宽优化和业务分级优先等方式满足承载业务的带宽

需求。因此，为满足有轨电车业务承载的带宽需求，至少需要10MHz的频率带宽。考虑到在1785MHz-1805MHz上下频率边缘留出5MHz的保护带，因此采用1790MHz-1800MHz 频率。

4 覆盖方案

4.1 正线及车站覆盖

宁波有轨电车全部为地面线路，车站为全开放式站台，轨道在城市道路中央绿化带内铺设，线路沿线有许多十字路