轨道交通LTE集群调度系统的研究与应用

刘向尚

（中铁十四局集团电气化工程有限公司，山东 济南 250014）

1 概述

上海市轨道交通15号线正线全长约42.3km，共设车站30座，控制中心1座，1座停车场，1座车辆段，采用全自动驾驶方案。

当前，LTE无线宽带技术从公网领域快速向专网领域渗透，基于LTE技术的宽带集群通信（B-TrunC）系统能够较好地提供语音、视频以及数据（电子工单、IPH等）的通信服务。随着B-TrunC系统相关国家标准和行业规范的发布实施，轨道交通专用无线集群系统采用B-TrunC制式取代TETRA，已成为行业共识，因此，上海15号线专用无线通信系统采用LTE集群调度系统。承载本线路行车调度指挥、车站运营管理、线路维护、应急抢修等过程中的无线集群业务，主要用户包括调度员、司机（多职能队伍人员）、行车值班员、车站运营管理员、线路维护人员等。

2 LTE系统设备组成及原理

2.1 系统设备组成

LTE无线通信系统在控制中心设置主备2套核心网（EPC）设备，无线接入网采用分布式基站，由BBU+RRU组成，在区间设置RRU，RRU用光纤与BBU直接连接，其中区间BBU通过信号有线传输网与控制中心核心网设备相连，并同时通过通信传输网与线网级集群调度核心网设备相连。车站BBU设备通过通信系统有线传输至控制中心后，连接至线网核心网设备。

根据项目的实际使用需求，设置二次开发系统，定制开发符合列车无线调度、轨道交通行业用户特殊功能需求和实际操作需求的系统和操作界面，包括调度系统、网管系统、全网录音录像系统、车站固定台、车载子系统（TAU、车载台、车载合路器、车载天线等）。

本次通信系统建设的LTE系统与信号系统LTE系统有机融合，构成完整的LTE综合承载网络，实现所有LTE综合承载功能要求。

2.2 系统原理

LTE无线通信系统采用基于3GPP标准、LTE-M标准以及B-TrunC标准的TD-LTE无线移动通信技术建设，采用A/B红蓝双网冗余架构设计，承载全线车地间综合业务，包括列车控制CBTC业务、宽带集群调度业务、车载视频上传、列车运行状态监测、列车紧急文本下发等业务。

本工程与同期建设的14/18号线共用核心网，线路级接入网由BBU、RRU组成，主要负责提供无线信号连续覆盖、终端接入、终端在不同小区间切换等服务，通过与集群核心网互联，实现信令交互、网间漫游、外部接口等。

本工程采用中兴基站和华为基站互补的方案实现线路的无线覆盖。其中华为基站负责轨行区及站台的信号覆盖，中兴基站负责站厅及设备区的信号覆盖。中兴基站（BBU）和华为基站（BBU）通过集中站的接入交换机，通过传输系统的100M共享以太网通道，经由设置在控制中心的主备汇聚以太网交换机接入控制中心的华为主备核心网（EPC）设备，配置中兴品牌的终端注册在核心网，首次实现了异厂家的互联互通功能。系统图见图1。

3 LTE无线通信系统主要功能及特点

3.1 系统功能

图1

LTE无线通信系统的无线集群调度功能不仅能提供语音单呼、组呼、紧急呼叫、广播呼叫等基本通话、呼叫功能，以及视频单呼、视频组呼等宽带多媒体集群业务，还提供了更多作为专业数字集群系统必备的编组、优先级、故障弱化、话权管理、呼叫转接、动态重组、强拆强插等高级集群业务；并对全网业务进行录音录像存储，并可回看播放；无线系统网管收集本系统内的所有设备状态信息及故障告警信息。根据本项目用户的特殊需求，通过对调度台、固定台、车载台的二次开发，定制化操作界面。

3.2 系统功能特点

通过二次开发，系统具备丰富的接口，更加有利于本项目的集群指挥调度需求，能有效提高生产、运营、管理和沟通效率。

（1）通过车站固定台与车站广播的接口，实现LTE集群手持台对站内区域的广播，提高站内管理效率；

（2）通过二次开发系统与信号系统的接口，实现LTE无线通信系统的对车组号、车次号、司机号等功能号的呼叫，并采用运行图的方式将列车显示在调度台界面上，便于调度操作；

（3）通过与车载PIS之间的接口，实现控制中心下发的人工广播功能、乘客紧急视频对讲功能、播放预录广播词等功能，有利于无人驾驶情况下对紧急突发事件的处理效率；

（4）通过与集中告警系统的接口，实现本工程设备告警信息的上报功能，提高运维效率。

本工程利用LTE宽带的特性，实现了多种文本、图片、视频的传送，语音图像并存，大大提高了运维效率；

基于LTE话音和数据同时传输的特性，本工程实现了人工广播和乘客紧急广播并发，大大提升了乘客的乘车体验；

通过各条线二次开发设备的标准化，实现全线网的相关接口、操作界面、功能使用、设备软硬件等统一、通用，在不影响服务质量的条件下，应采取降低工程造价和有利于节省运维成本的措施。

4 主要科研创新成果及关键技术

（1）本工程提供的LTE无线通信系统完全基于LTE-M系统架构、B-TrunC架构（YD/T 2689—2014）开发并遵守上海申通B-TrunC的S1-T接口标准，实现上海轨道交通15号线承载宽带集群业务的LTE网络与其他线路互通的要求。

（2）在控制中心实现与异厂家的LTE系统对接，实现不同厂家一张网的通信效果。

（3）二次开发车载台、二次开发固定台分别采用7寸、10寸触摸屏，便于用户更快速的实现各项功能，提升工作效率。

（4）完成LTE集群调度二次开发设备的功能实现及异厂家设备的兼容和互通。

（5）首次实现二次开发车载台，固定台利用无线网络远程升级，提升运维效率，降低运维成本。

（6）通过视频上拉、视频推送、视频回传的功能，维护人员可将现场图像快速上传中心调度，并可将视频投放至调度大厅大屏系统，便于调度人员联合处理分析问题。

（7）实现LTE在换乘站与TETRA系统的互联互通，实现与既有线换乘站的互通。

5 常见问题原因分析及解决办法

5.1 手台信号弱、通话质量差

在设备正常工作状态下，故障原因一般是漏缆或者射频缆在接头过程中由于切割不规范、接头防水没做好等人为因素以及现场环境潮湿、灰尘较大的环境因素造成的，解决办法是利用驻波比测试仪进行测试确定故障点，并对故障接头进行整改处理。

5.2 RRU无法正常工作

RRU在正常带电情况下，指示灯显示不正常，设备无信号，可利用OTDR进行光路测试，如发现光衰过大，重新熔纤后问题得到解决。

5.3 手台无法起呼

项目在建设初期，在华为基站下手台无法起呼，经分析后发现华为基站的配置中采用的是B-TrunC R1的版本，由于上海15号线需互联互通，需厂家采用B-TrunC联盟及上海申通地铁S1-T的版本才能互通，华为基站修改配置后问题解决。

5.4 录音服务器播放手台录音无声音

在录音服务器上不能正常播放手台声音，经分析后发现录音服务器只能播放20ms发包间隔的手台录音，由于上海15号线手台的发包间隔为40ms，造成录音异常，后经修改后问题解决。

5.5 人工广播和乘客紧急对讲同时进行

为满足乘客紧急视频对讲功能和人工广播并发的需求，更改实现方式，车载台建立双向的语音通话，从车载PIS系统获取视频流，将该视频流通过LTE数据通道传输至控制中心。

6 结语

本工程实现了LTE集群调度系统不同品牌之间的互联互通。系统还符合《上海轨道交通LTE-M系统基站与核心网间S1-T接口技术要求》并通过了第三方检测机构的相关测试。

满足本工程行车调度的通信需求。

通过本项目，使新技术在工程项目上得到了应用，在通信技术上实现了突破，取得了良好的效果，具有推广意义。