超高速移动通信技术在城市轨道交通中的应用

陈 爽

（广州地铁集团有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

超高速移动通信技术（Enhanced Ultra High Throughput，EUHT）是我国自主研发的全球首个可以处理“移动宽带装维营一体化”模式的通信技术系统。与当前主流通信技术对于高速传输和宽带互联不容易兼容，同时响应慢、不稳定且耗费流量等现状相比，EUHT呈现了高速度、高带宽、高稳定性、低延时、低成本以及低功耗的特性。

1 EUHT技术概述

EUHT直译为增强型超高吞吐率，即满足高稳定性、低延时以及高移动性等要求设计的超高速无线通信系统。经过三轮六年国家科技重大专项扶持，EUHT已成为工信部通信行业标准、智能交通国家标准及其轨道交通行业应用标准，与其相匹配的基站、终端SoC芯片、产品及系统全部经过验证，且被大范围使用在高速铁路、城市轨道交通以及农村家庭宽带覆盖等领域。

EUHT的优势主要呈现在7个方面。一是涵盖6 GHz以下频段，且可扩展至毫米波频段能力；二是涵盖600～800 MHz广电U波段和3.4～3.6 GHz的5G候选频段，将来或许涵盖毫米波频段；三是超高峰值吞吐，峰值吞吐率可达到3.48 Gb/s；四是超高移动速度，移动速度达到500 km/h；五是高切换可靠性，高速移动下切换成功率大于99.99%；六是超低时延，空口延时小于1 ms，端到端双向延迟小于10 ms；七是灵活的帧结构与系统设计，能够有效适配多种场景。

2 城市轨道交通中EUHT的应用方案

城市轨道交通中需要应用无线通信技术，而EUHT能够应用视频监控系统、PIDS系统及车载WiFi等，其关键区间由里面的基站与列车上的车载单元组成，在列车的首尾装置定向天线、路由器与车载单元，进而直接关联地铁视频监控设施，实现信息传送。

车载WiFi系统重点为乘客提供互联网信息服务，使乘客有更加舒适的体验。其基础架构包括中心、分线中心、车站及车载。中心级重点为互联网接入、认证及其骨干网互联与下达信息等。分线中心级重点为接收中心级下达的数据，经过传送下发至每个线路车站和移动宽带传输网络基站。车站则是由分线中心接收数据，通过站内无线设施完成WiFi覆盖，为站内乘客提供无线上网服务。车载设施重点通过移动宽带传输网络和区间WiFi无线设施基站接收数据，帮助乘客使用无线上网功能。具体方案如图1所示。

图1 EUHT地铁无线中应用的系统方案

3 EUHT车站设施

在各车站设立EDU与室分设施，EDU和中心之间实施双向数据传送，主要管控本站辖区内EBU的接入，同时向上报备本站的设备情况，接收中心的指令。同时对本站管辖范围内全部的EBU实施诊断、维护与升级操作，将操作结果报告至中心设施。每个车站设置固定台，移动技术员配备手持台，车站专用通信系统设施室设立ECU与ERU设施，每个站厅、出入口通道、车控室及其设备层经过吸顶天线覆盖相应范围[1,2]。

车站EDU主管本站区域内的EBU接入，同时将本站设施情况上传给中心网管服务器。EUHT系统在车站设立两台EDU，一台接入红网的EDU，另一台接入蓝网的EDU。车站EDU跟区间EBU设备组合为星型网络，完成沿线EBU设备接入和EUHT中心关联。此外，车站ECU是EUHT的集中处置单元，可以实现非实时基带处置、无线资源管理、本地与远程操作维护、ERU工作状态监督以及警告数据的上传等功能。ECU设施经过两芯光纤接入EDU设施，且提供最多4个ERU的设施准入，最终数量以设计文件和现场施工结果为准。

4 超高速移动通信技术系统功能

4.1 业务承载分析

要想确保车地信息传送的连贯性，通信系统的场强要完成连续覆盖。其无线覆盖范围包括正线、出入段、场线、段/场咽喉区以及段/场车库区域，可实现列车在最高时速100 km/h运转中的数据通信需求，而且信号业务传送通道使用独立物理通信通道。EUHT具备网络管理功能，此系统具备完备的网管设施，其控制中心可以及时监督系统每台设施的运行情况、故障状态等工作情况及其无线资源、设备资源与业务应用等性能状况。EUHT系统为相关业务提供带宽来满足业务要求，具体带宽分配如下。

一是列车控制CBTC业务。信号CBTC信息继续实施传送，按照单列车传送带宽需要上下行各512 kb/s。二是宽带集群业务。带宽在集群调度语音业务上下各512 kb/s，确保并发10路语音呼叫，集群调度视频业务带宽不小于1 Mb/s。三是列车视频监视业务。通常状况下，每列车需要上传40路图像到控制中心，应用H.264编码方法，每路图像传送码率是2 Mb/s。四是列车PIS视频业务。车辆多媒体信息包含实时直播多媒体信息与非实时多媒体信息，遵照单列车传送带宽下行不小于8 Mb/s。五是列车PIS紧急文本业务。乘客信息系统经过车地无线通信系统传递到列车乘客数据系统终端，且经济文本信息传送速率不低于10 kb/s。六是接触网检测系统业务。为其提供车地数据传送速率不小于1 Mb/s。七是车辆采集数据系统业务。需及时上传，遵照单列车传送带宽上行不小于1 Mb/s。八是综合运维任务。具体为视频收集、故障远程解析、图回传等传送速率上下行为8 Mb/s。九是乘客招援业务。乘客紧急信息则要及时传送，遵照单列车传输带宽要求上行2 Mb/s。十是列车中心广播。相关信息急需及时下发，遵照单列车传送带宽要求下行64 kb/s。

4.2 系统稳定性

4.2.1 确保网络稳定性

EUHT中心设备冗余配备，控制中心网管服务器、鉴权加密服务器设施全部采用主备冗余方式，同时双电源冗余配置，极大提升了设施的硬件稳定性。EUHT系统中EBU覆盖范畴发生了重叠区，单台EBU出现问题时紧邻的两台EBU能够覆盖问题EBU的信号漏洞区域，确保系统稳定工作，增强系统稳定性。EUHT车地无线传输系统断点续传功能，其具备低时延的特性，平均端至端时延小于5 ms，可以高效确保系统传送的实时性。通常车地无线传送在切换过程中极易发生中断，EUHT系统设计了切换中数据报文在EBU相互间无损转发机制，能够保证不丢包，可以完成断电续传[3-5]。

4.2.2 系统管理功能

EUHT无线通信系统管理员依据业务需求可针对系统结构配置、网络配置及其参数配置实施管理，随后实施系统配置管理进程中不可中断相应业务。同时，EUHT无线通信系统管理员还可实施系统用户管理，具体包含创建、修改或删除系统数据库用户信息，在用户准入时监督用户信息并对用户设施实施管理等。用户管理基本内容为基本数据管理、补充业务管理以及用户位置管理等。EUHT系统安全管理包含数据库存获取安全、网络安全信息以及空中接口鉴权管理等。EUHT系统针对内部设施实施故障检测报警与管理，发生问题时可第一时间警告与记录，同时其可在控制中心网管终端上针对数字集群服务器和基站等设施实施远程在线测试与诊断，还可对进入系统的全部设备实施鉴权管理。

5 结 论

文章主要解析了城市轨道交通中EUHT的应用方案，综合EUHT系统功能及其稳定性，进一步探讨了EUHT技术在城市轨道交通中的应用。EUHT技术的无线局域网优良性能，为数据收集与传送提供了高可靠、低时延以及大容量的通道，再加上大数据与云服务的不断发展，从而加速了其应用的多样化。