EUHT在广州地铁知识城支线中的应用

朱云冲

EUHT在广州地铁知识城支线中的应用

朱云冲

（广州地铁设计研究院有限公司，广州 510000）

随着城市高速轨道交通（120 km/h以上）的建设，采用无线局域网技术（802.11ac、802.11n）组建车地宽度网络已很难满足列车高速、高带宽、低时延的要求。EUHT在交通工程中的应用推广为车地宽带网络的选型提供技术支持。对广州地铁知识城支线EUHT的系统结构、技术要求、EBU布点、信号切换、网络同步、设施安装、业务测试等几个方面进行简要介绍。广州地铁知识城支线的应用成果表明EUHT可实现120 km/h速度下单列车30路高清视频图像实时上传，动态带宽达到300 Mb/s，为保障列车安全提供十分重要的技术支持，同时也为160 km/h以上的地铁车地无线宽带网络建设提供重要的技术参考。

轨道交通；超高速无线通信系统；有效全向辐射功率；乘客信息系统；控制中心

1 超高速无线通信系统（EUHT）

超高速移动通信系统（enhanced ultra-high throu­ghput，EUHT）是我国自主研发的全球首个能够解决“移动宽带一体化”的通信技术系统，具备完全自主知识产权的核心芯片和整套技术应用标准。相比于目前第四代无线通信技术（4G LTE）和美国电气与电子工程师协会（IEEE）主导的下一代Wi-Fi技术（802.11ac），EUHT技术具有更好的高速移动适应性、更大的数据传输带宽、更低的空口接入时延和更稳定的网络漫游切换性能，成为当前全球唯一能在铁路高速（250～360 km/h）移动环境下方便可靠的互联网宽带通信技术。

EUHT拥有超高速无线局域网等两项中国通信行业标准（YD/T 2394.2—2012）。其中《合作式智能运输系统专用短程通信第1部分与第2部分》已正式颁布成为国家标准。2016年8月住建部正式批准颁布基于EUHT技术的《城市轨道交通车地实时视频传输系统》行业标准（CJ/T 500—2016）。使EUHT能够广泛应用于智慧城市、物联网、车联网、智能交通、军事等领域。

2 知识城支线概况

知识城支线（新和—镇龙）线路总长21.9 km，地下线长19.9 km，地上线长2.0 km；高架区间线路起点（YDK41+381）至洞口（YDK43+024）距离为1.643 km。隧道区间起点（YDK43+024）至线路终点（YDK63+302）长20.278 km。列车最高运行速度120 km/h；供电电压为DC 1 500 V；采用6辆B型车编组；车站长度120 m（见图1）。

图1 线路概况示意

3 系统架构

知识城支线EUHT系统用于构建乘客信息系统车地无线网络，包括上、下行两个方向的数据流。下行方向的数据信息包括OCC控制中心下发至各列车的数字图像资讯信息、列车的紧急疏散信息及列车的预告信息等；上行方向的数据信息包括列车车厢内的视频监视图像信息及列车运行状态监测信息等。EUHT系统主要由EUHT中心、有线网络、无线网络和车载网络4个部分构成（见图2）。

图2 EUHT系统构成

EUHT中心由EDC、ECC和EDU设备构成。EDC设备实现数据和业务管理，通过接口EDU与PIDS分线交换机相连接，进行双向数据传输。ECC接收来自网内各设备的状态信息，对全线所有设备进行状态监控，根据网管终端的查询和操作命令，显示线路上的设备状态，对全线网络设备进行诊断、维护和升级。ECC与中心EDU之间的物理接口采用标准千兆以太网接口，接口协议采用基于IP的寻址和传输协议，传输内容包括设备（EAU、EBU、EDU）的位置数据、状态数据、软件版本数据、日志数据、设备状态查询命令、设备通信参数配置命令、设备系统配置命令、设备的固件和软件更新数据。

有线网络由主干网络和区间网络构成。主干网络由各车站（场）EDU通过光纤与中心EDU组成星形联接构成，区间网络由车站EDU与所属EBU之间组成星形联接构成。有线网络实现所在区域无线系统的接入、传输、管理、认证和控制等功能。

无线网络由区间EBU和EAT组成，实现线路范围内EUHT无线信号覆盖，完成车地之间双向数据流传输功能。每个EBU通过2芯光纤与车站EDU组成星形区间网络，相邻EBU之间通过单芯光纤组成链式同步网络。

车载设备包括EAU、EAT及ESU。EAU为无线接入单元，与无线单元EAT及车载服务单元ESU相连，实现无线信号与数据信号的接收及转换。车头车尾两端ESU与PIDS车载交换机相连接入车载网络（见图3）。

图3 车载设备构成

4 频点使用

知识城支线EUHT系统在覆盖范围内使用5 725～5 850 MHz频段，使用149、153、157、161、165信道用于车-地EUHT无线通信。在停车场、出入段线根据场地环境增加使用5 150～5 350 MHz频段组网（见图4）。

图4 5G频段分配

5 技术要求

满足列车最高车速为120 km/h下的切换，切换时间应少于30 ms；丢包率应控制在1%以下；单列车双向传输的有效带宽不低于150 Mb/s（列车120 km/h行驶速度下）；端到端时延不大于20 ms；切换成功率不低于99.99%；具备断点续传功能；每个基站的覆盖范围应有重叠区，在个别基站和其他设备出现故障时，系统应能正常工作。

6 EBU布点

6.1 链路计算模型

5 GHz无线通信设备高架或路基环境路径损耗可以按照COST231-hata 模型（乡村）和WINNER 模型（乡村NLOS）的平均值进行理论计算，即：= 30.16 lg（d[km]）+122.255（dB）。隧道环境直线段的路径损耗可以参考如下经验公式计算：

= 37.5 lg（d[km]）+ 86.625（dB）

6.2 链路计算

最大路损=发端EIRP–最小接收信号电平+其他增益–其他损耗–其他余量=33–（–76）+13+6–9–3–3=113 dB

通过链路计算模型得出EBU布点控制在500 m左右可以达到系统覆盖电平要求。链路预算如表1所示。

表1 链路预算

6.3 EBU布点原则

根据链路模型计算和实测数据，EBU布点原则如下：

高架上直道覆盖距离400 m，最大450 m；

隧道内直道覆盖距离450 m，最大500 m；

隧道、高架遇到站台，覆盖距离修正值为：减少50 m；

隧道内曲率半径≥500 m时，覆盖距离减少100 m；

隧道内曲率半径<500 m时，覆盖距离减少200 m；

在过渡区段覆盖半径适当减小50 m。

7 切换机制

在车头、车尾司机室天线舱内分别安装一套车载天线和EAU设备。车头天线接收前方的EBU信号，车尾天线接收后方的EBU信号。在正常工作时，车头EAU连接行车前方的EBU，车尾EAU连接行车后方的EBU。列车在行进过程中，车头和车尾的EAU在EBU基站附近完成小区间切换（见图5）。

图5 信号切换示意

车头、车尾的EAU不会同时处于信号覆盖的弱场区，车头、车尾的EAU可以协同工作，保障列车数据传输的带宽需求。为了使车站停靠的列车EAU不处于切换区，EBU设置在区间。

8 EBU网络同步

EUHT为时分系统，需要严格的时钟同步。EBU设备内置时钟同步模块，通过接收ETU发送的信号实现时钟同步功能，具体原理如下：

ETU将GPS信号转换为光同步信号，通过光端口传输至相连的EBU，EBU接收到光同步信号后，获得同步时钟，并将同步信号再次转化为光同步信号传输至下一相邻EBU。通过EBU设备的级联实现EBU设备时钟同步，连接方式如图6所示。

图6 EBU信号同步示意

9 设施安装情况

知识城支线EUHT系统，在镇龙OCC设置EUHT中心设备1套；在各车站设置车站设备11套，在线路区间设置EUHT无线基站设备127套，其中正线109套，联络线及折返段8套，停车场10套。正线平均基站间距400～500 m。在8列运营列车上配置车载终端，头部、尾部各一套。地面网络冗余覆盖，车载终端冗余备份，提升了系统的可靠性。EUHT设备安装见图7。

图7 EUHT设备安装

10 业务承载测试及成果

10.1 业务承载测试

以编播中心大屏视频效果为参考，综合调试PIDS下行信息、上行视频实时回传业务。业务测试分为2部分内容：

1）PIS视频测试。在中心分别播放组播和单播的视频流数据，在车厢的LCD屏幕观看视频效果。

2）CCTV业务测试。分别调取前3个车厢的视频，后3个车厢视频，整车视频的CCTV数据。在分别调看3列车，每列车10个摄像头的监控视频，在地面编播室大屏观察视频效果。

在业务测试中发现视频有卡顿的点或段，通过网管实时观测列车位置及入网基站，通过实时调取log信息，以及编播室大屏观察列车卡顿点，与无线调试人员共同调整系统参数，进行网络优化，保证视频流畅。

10.2 测试结果

在列车120 km/h行驶速度下，实现了PIS信息实时下传、单列车30路高清视频监控信息实时上传业务，测试结果如下（见图8）：

1）单列车静态带宽可达400 Mb/s。

2）列车动态情况下（时速80～115 km）平均上传吞吐率约为200 Mb/s，下载吞吐率约100 Mb/s，合计约300 Mb/s。

3）实现单列车全车30路1080p高清视频全程无卡顿实时监控。

图8 OCC EUHT系统测试

4）实现按全线6列运行车辆共96路1080p视频图像实时传输（见图9）。

图9 编播室EUHT系统测试

11 结语

广州地铁知识城支线已于2017年12月28号开通，EUHT系统已通过测试和验收，实现全球首次全车30路1080p高清视频监控上传，双向实时动态带宽达到300 Mb/s。目前国内地铁建设已陆续开展160 km/h以上的高速轨道交通项目（广州地铁18、22号线），EUHT系统可为120 km/h以上的地铁车地宽带无线移动网络提供重要的选型参考。

为了进一步推广EUHT技术和设备在城市轨道交通领域高效便捷的部署和应用，应完善EUHT设备和工程相关的标准和规范（综合承载信息分类与要求规范、设备编码规范、系统设备测试规范），拓展业务承载能力（如承载CBTC、支持集群调度通信），持续改进技术能力，保持技术领先性。

[1] 地铁设计规范: GB 50157—2013[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2014. Code for design of metro: GB 50157—2013[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2014.

[2] 城市轨道交通技术规范: GB 50490—2009[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009. Technical code of urban rail transit: GB 50490—2009[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2009.

[3] 铁路通信设计规范: TB 10006—2016[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2016. Code for design of railway communication: TB 10006—2016[S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2016.

[4] 城市轨道交通车地实时视频传输系统: CJ/T 500—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016. Real-time video transmission systems between roadside andvehicle for urban rail transit: CJ/T 500—2016[S]. Beijing: Standards Press of China, 2016.

[5] 高频谱利用率和高数据吞吐的无线局域网技术要求第1部分: 超高速无线局域网媒体接入控制层(MAC)和物理层(PHY): YD/T 2394.1—2012[S] .北京: 人民邮电出版社, 2012. High spectrum efficiency and high throughput wireless LAN technical requirements Part1: Medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications for ultra high throughput wireless local area network: YD/T 2394.1—2012[S] .Beijing: Posts & Telecom Press, 2012.

[6] 高频谱利用率和高数据吞吐的无线局域网技术要求第2部分: 增强型超高速无线局域网媒体接入控制层(MAC)和物理层(PHY): YD/T 2394.2—2012[S]. 北京: 人民邮电出版社, 2012. High spectrum efficiency and high throughput wireless LAN technical requirements Part2: Medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications for enha­nced ultra high throughput wireless local area network: YD/T 2394.1—2012[S]. Beijing: Posts & Telecom Press, 2012 .

[7] 姜博, 李辉, 梁轶群. 基于EUHT的铁路站车WiFi车-地通信系统测试方案设计[J]. 铁道通信信号, 2017(2): 70-73.

[8] 郭敏. 浅析EUHT在地铁无线中的应用[J]. 科技创新与应用, 2016(28): 23-23.

[9] 梁家荣. 浅析EUHT技术在高速公路中的应用[J]. 中国交通信息化, 2017(7): 118-120.

[10] 倪小龙. 新一代高速宽带无线移动通信系统(EUHT)技术介绍及产业化应用[J]. 世界轨道交通, 2016(6): 64-65.

[11] 吴建国, 武春娟, 李巍. 基于EUHT技术的超宽带移动通信系统应用研究[J]. 铁道通信信号, 2017(2): 63-66.

（编辑：王艳菊）

Application of EUHT of Guangzhou Metro knowledge city branch line

ZHU Yunchong

(Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., ltd., Guangzhou 510000)

With the construction of high-speed rail transits (120km/h or above), the use of WLAN technology (802.11ac and 802.11n) to build the Vehicle-Ground network has had difficulty meeting the high speed, high bandwidth, and low delay requirements. The application of EUHT in traffic engineering provides technical support for the selection of Vehicle-Ground broadband network. This article briefly introduces the system structure, technical requirements, EBU layout, signal switching, network synchronization, facility installation, and business testing of EUHT enhanced ultra-high throughput, of the Guangzhou Metro knowledge city branch line. The application results of the Guangzhou Metro Knowledge City branch line show that EUHT can accomplish 30 ways of the real-time uploading of high-definition video images of a single train travelling at 120km/h speed, and a dynamic bandwidth of up to 300Mbps. It provides very important technical support for train safety assurance, and also provides important technical reference for the metro wireless Vehicle-Ground broadband network above 160km/h.

urban rail transit; EUHT; effective isotropic radiated power (EIRP); passenger information system (PIS); Operation control center (OCC)

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.05.005

U231

A

1672-6073(2018)05-0022-05

2018-01-17

2018-03-12

朱云冲，男，本科/学士学位，高级工程师，从事轨道交通通信系统设计研究，zhuyunchong@dtsjy.com