轨道交通无线系统在5G技术方案的研究

马江桥

（天津泰达城市轨道投资发展有限公司，天津 300457）

1 概述

城市轨道交通无线通信系统通过工作站、HPR、LRV机车台和LR巴士机车台向公司用户提供一对一呼叫和组呼的无线通信，包括但不限于LR OCC调度员、LR巴士调度员、车辆段调度员和各专业维修人员。具备高效、安全加密的数据传输能力；丰富的集群调度功能，满足集群指挥调度需求，有效提高生产、运营、管理和沟通效率。

2 系统方案构成

图 系统架构图

3 MCPTT Sever的部署和实现

MCPTT服务提供的是一种增强型的PTT服务，适用于执行关键任务的场景，支持鉴权、组附属、组管理、组呼、单呼、视频组呼、视频单呼、优先级呼叫、发言权控制、位置上报等功能。同时，还可以与其他系统进行业务联动。

MCPTT运行在移动通信网络上的全IP应用层服务，使用基于IMS域的实现方案，综合了大带宽、低延迟、易于大规模建网等众多优点，相比于现有的技术具有相当的优势。MCPTT聚焦应用层，基于IMS架构，实现端到端应用层业务，通过MCPTT应用服务器与UE客户端应用软件实现集群业务功能。

MCPTT系统由MCPTT业务服务器、SIP核心服务器、通用业务服务器、网管服务器及网管终端等设备组成。通过相关接口与5G系统互连，实现无线和有线调度业务的控制和管理。

3.1 系统组网方案

关键业务系统通过相关接口与5G系统互连，通过终端接口与终端设备互通。

MCPTT业务服务器完成语音、视频、数据调度业务的处理。

通用业务服务器完成通用业务的处理，包含身份管理、配置管理等。

SIP核心服务器完成关键业务相关的IMS核心网功能，其中包含了完成IMS业务所需的逻辑实体。

系统网管服务器完成系统的网络管理和维护。

3.2 终端设置及接入方案

终端应能通过5G核心网（5GC）中的MCPTT服务器完成互联互通，实现无线与有线系统的统一调度通信功能。

3.3 系统网管方案

本工程新设关键业务系统设备由该系统网络管理系统统一管理。

3.4 设备供电需求

关键业务系统设备采用220V交流供电。

3.5 编号原则

本工程对关键业务系统内的重要用户终端进行统一编号，分配惟一的号码和关键业务标识。

3.6 与5G互联

关键业务系统通过相关接口与5G系统互连。

MCPTT基本功能表如下：

基本业务功能MCPTT语音业务 单呼、组呼、广播组呼、紧急呼叫、环境监听MCDATA数据业务 SDS短数据、FD文件分发MCVEDIO视频业务 单呼、组呼、视频单呼、视频组呼、视频上拉、视频推送、环境监视

补充业务动态组管理：组重组、用户重组优先级管理：用户优先级、组优先级订阅通知：会议状态事件包位置信息上报应用层安全：鉴权、加密

MCPTT服务器可直接部署在私有云上，也可以设置独立的MCPTT服务器。通过网关连接到切片后的5G网络上，通过上述两个方式可实现MCPTT服务器的部署和实现。

4 调度台、机车台、无线固定台、手持台、录音、网管方案

4.1 调度台

调度台是调度通信系统最重要的人机界面，由一个基于PC的控制台和相应的控制台接口电子设备构成，接口设备为调度员提供语音接口。调度员通过键盘或鼠标向系统发出命令或请求，系统通过监视器或其他输出设备进行响应，为调度员提供友好的人机界面。

调度台分为行车调度员、总调度员、通信控制员工作站、SPT工作站、CPA工作站。

其中行车调度台主要用于行车调度员对正线列车资源，车站通话组及所管理的手持台用户进行实时调度。行车调度界面具有在线列车、班组、电台、电话及调度呼叫、调度命令等操作对象。

4.2 调度服务器

调度服务器，主要是接收并解析，信号系统提供ATS列车信息、时钟系统提供的时间同步信号；利用设备商提供的API与系统进行信息的交互；能够存储列车信息，通话记录、电台信息，故障记录等所有的记录信息，并能够查询和导出；能够及时提供调度台、网管、机车台、固定台所需的信息。为信令控制点，所有的控制都汇集到它进行处理。作为媒体控制点，所有的媒体流都汇集到它进行处理。调度服务器采用双机热备份工作方式，当主用调度服务器出现故障时，备用调度服务器会取代所有的调度处理过程。从主用到备用控制器的转换以自动转换方式进行。在自动转换情况下，由备用服务器负责检测需要进行转换的条件，并自动采取转换动作，并担任主用调度服务器的工作。为了保证服务器正常的运行，可以编程调度服务器，以便在一段编程时间之后可以周期地交替使用调度服务器。

4.3 机车台（LRV机车台/LR 巴士机车台）

为满足轨道交通应用的特殊需求，我们需要进行机车台开发。机车台主要用于列车司机与调度员及其他无线用户之间的话音及短消息、状态消息的通信，以及列车广播。机车台具有人机操作面板，采用中文界面并开发适合轨道交通应用的全新的控制面板，常用的呼叫只要按一个按键，避免出错及大量繁琐的操作，使列车司机的操作简单、高效。

机车台供电采用的110VDC，为此我们开发了专用的电源单元。采用成熟可靠的电源模块为机车台供电，输入电源电压范围宽，效率高。该电源单元能够适应机车上复杂的电源环境，克服机车升降弓等操作对机车台工作稳定性的影响。

机车台支持来自两个不同移动网络运营商（MNO）的两个带有专用接入点名称（APN）的sim卡，支持双卡双待双通模式，热备冗余设计，LRV的双sim卡同时处于激活模式，支持当其中一个MNO的服务质量下降或不可用时自动切换或负载平衡。

4.4 固定台（巴士管理工作站）

固定台核心部分采用5G模块，与电源单元、显示控制单元等单元一起构成一个完整的固定台。固定台主要完成对巴士机车台的呼叫。

固定台包含1个5G模块。

固定台可以对自己工作电源、温度等情况进行自检，如果超过正常范围，将给出告警信息。并将告警信息通过短数据发送到控制中心。

全面支持5G宽带集群语音对讲调度业务，具有GPS定位功能，加密功能，音频录制功能。

支持多种近场通信方式，蓝牙，WLAN。

4.5 维护终端（MT）、网管（NMS）

网管软件是以Windows操作系统为平台，利用了IP技术，向用户提供友好的全中文图形界面。对无线设备进行统一管理的功能。监控对象包括：主系统设备、调度台、无线调度台、调度服务器、网管、固定台、机车台等。实时显示各个设备状态，转发告警信息，并在存储所有信息以方便查询。网管人员也可以使用网管设备查询所有用户状态信息、呼叫记录，可以对终端发送遥毙/遥活指令和动态重组指令。

无线网管系统包括网管工作站和网管服务器。

维护终端允许维护数据传输到私有云平台。

4.6 数字语音记录系统（DVRS）

数字语音记录系统具备显示通话列表，已开启录音信息列表，历史事件列表。录音根据开始时间结束时间，呼叫类型，接收方、发起方、参与方等多种条件进行查询、录音播放，导出和下载，参数配置和设置等功能。

5 结束语

相比传统的移动通信技术，5G网络技术在时延、吞吐量、连接数密度等参数指标上有明显的优势，可以较好地应对城市轨道交通场景用户接入量大、列车高速运行、突发性高数据量的情况。