地面高速移动通信解决方案简述-任翔

制作：任翔@NCT2020/7/13概观高铁通信概述现在采用方案公司方案实例全球参与公司2020/7/1322020/7/13高铁通信概述32020/7/1342020/7/1352020/7/1362020/7/13现有通信方案•GSM-R•Wimax+Wifi•LTE•TD-SCDMAWCDMA•移动IPv672020/7/13GSM-R方案GSM-R是为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统，专门针对铁路的各种不同需求开发了许多专用功能：•提供无线列调编组调车通信应急通信养护维修通信利用GSM-R平台的数字传输能力•能传输列车诊断数据•提供货运信息•车载旅客信息服务•其他增值服务•“兼顾考虑”原则：“适应周边话务、附带覆盖”82020/7/1392020/7/13•目前，GSM-R已经成功在我国青藏、大秦重载、胶济线提速工程、合宁客运铁路等多条线路进行了实施。10•GSM-R已经在欧洲广泛使用，在2016年之前，多余160,000km铁路将覆盖GSM-R，60,000km已经稳定运行。•欧洲总铁路网络：220,172kmGSM-R覆盖范围：154,294km2020/7/13WiMAX+Wifi方案•WiMAX全称为WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作性，是一项基于IEEE802.16标准的新的宽带无线接入城域网技术•WiMAX宽带无线接入与目前其他接入方式相比，具有部署速度更快、扩展能力更强、灵活性高、传输速率高、覆盖范围大等优点。112020/7/13•（1）VoIP：为铁路列控通信、铁路公务通信、用户宽带连接通信等提供VoIP，实现语音、数据、视频业务。在列车调度通信方面可实现优先级业务、语音组呼业务、语音广播呼叫等。•（2）票务与旅客信息：可用WiMAX高的数据传输速率实现列车的移动购票、客票查询、订票、补票等业务，并将车上客票信息实时传送到地面票务中心，及时更新客票信息。还可用来监测每个运营区间旅客人数及上下车人数，为高峰时段前方车站的旅客调度、安排提供参考。•（3）宽带上网：为用户提供宽带连接服务是WiMAX高铁应用的主要任务。在时速250~300km的高铁车厢内，利用WiMAX接入点（AP）接收WiMAX信号，转换至Wi-Fi信号提供给需要无线上网的乘客。上行和下行带宽可达15Mb/s。实现功能：122020/7/13•目前由台湾“工研院”、Veetime、日本NTTBP、NTT、康宁，以及合勤科技所组成的国际团队，在台湾高铁公司的协助下，于2012年4月正式开始进行全球第一个将WiMAX技术运用到高速铁路通讯宽带上网服务的实验计划。透过技术研究与实地测试，将提出一个适合在高速铁路行进间的无线宽带通讯系统，提供高速铁路业者布建宽带通讯系统整体解决方案参考。台湾WiMAX方案132020/7/1314~180Km台中-高雄线路•经过优化可以实现300km/h下的成功小区切换；•全程60%时间时速280~300km/h,平均下行速度平均8Mbps；•全程超过100个信号基站塔，隧道内铺设专门天线，天线间用光纤链接；2020/7/1315台中-高雄线路•车体天线覆盖方式：WiFi+WiMax2020/7/13TRaincom通信方案GHz无线电桅杆电缆光纤电缆无线电控制器(MRCU)WLAN接入点无线天线GHz收发机•数据传输原理:列车-轨道162020/7/13•数据传输原理:轨道-中央单位GHz无线电无线控制(DRCU)无线电网管(CRCU)票务中心售票终端光纤网络172020/7/13LTE方案•近年来，以LTE为代表的3G演进型系统实现了移动通信在3G之后的一次阶段性变革。以OFDM技术为基础的全新理念和系统设计大幅度地提高了系统的通信能力，满足了人们对未来移动通信的需求。182020/7/13华为LTE方案19•还能为各类车载业务提供完善的端到端QoS保证,对高速铁路通信有着很大的帮助。•为运行在350Km/h~500km/h的列车提供稳定的30Mbps以上的接入速率，峰值可达70Mbps；2010-9上海磁悬浮430km/h,50MbpsHRC系列关键技术:2020/7/13克服车体损耗：•HRC车载台天线部署车厢外顶；•在车厢内，车载台接收数据；•高铁旅客通过车厢内综合接入设备接入网络，无车体损耗问题消除频繁的群切换问题：•高铁旅客进入车厢后，即通过车厢内2G/3G网络接入•在列车运行过程中，2G/3G没有小区间切换问题，更不存在群移动导致的信令风暴问题202020/7/13•重叠区切换和重选：LTE扁平化的网络架构和精简的信令流程，保证切换可在几百毫秒内完成，远小于GSM的5~6S，大大降低切换区设计难度。•克服多普勒效应：应用了经430Km/h磁悬浮验证的华为特有的F-AFC算法、快速切换算法，消除高速对列车的多普勒效应。212020/7/1322华为F-AFC算法2020/7/1323TD-SCDMA方案•TD-SCDMA系统及其技术有着如下突出优势：•TD-SCDMA作为中国提出的3G标准，自1998年正式向国际电联提交以来，已经历经五年多的时间，完成了标准的专家组评估、ITU认可并发布、与3GPP(第三代伙伴项目)体系的融合。1.频谱利用率高，只需要一个1.6M带宽就可通信；2.TD-SCDMA采用智能天线、软件无线电等大量先进技术，可以提高系统容量；3.TD-SCDMA更适合传输不对称的互联网业务；4.从全球频率划分来看，各国都为TDD预留了频段，从这意义上来说，只有TD-SCDMA才有可能实现全球漫游。2020/7/13TD-SCDMA方案•大唐移动针对高速铁路运行中带来的多普勒频移、切换重选的问题，提出如下TD-SCDMA解决方案：•铁路沿线采用BBU（基带处理单元）+RRU（射频拉远模块）组网•小区分集•高速频偏补偿算法•在高速列车上装载直放站克服穿透损耗242020/7/13大唐TD-SCDMA•针对铁路线呈带状的特点，使用基带光纤拉远型基站来扩大单个小区覆盖范围。•基带光纤拉远型基站，支持一个BBU连接多个串联的RRU，多个串联的RRU覆盖的区域设置为同一个小区，使其具有相同的频点、扰码。•能有效扩大单个小区的覆盖范围，最大做到单小区40km的覆盖距离。252020/7/1326•业内最早最成熟的小区分集算法小区分集算法技术应用于高速移动覆盖场好处：1.将同站点的多个扇区合并，避免切换，将多个站址合并为一个小区，减少切换；2.有效增减单个小区覆盖范围，保证用户的高接入成功率。大唐TDSCMA小区分集算法2020/7/13•为了避免车辆技术的不断发展而影响车体内无线通信质量，通过无线直放站加车内分布系统的方式，可把车外信号馈入到车体内(室内)，克服车体穿透损耗。272020/7/13华为WCDMA方案282020/7/13292020/7/13302020/7/13中兴运河项目WCDMA312020/7/13移动IPv6方案•高速铁路具有地域广、速度快、频繁越区切换、地理环境多变等特点，列车运行速度提升和无线接入设备增加会产生信道资源不足、地址短缺、越区切换处理繁琐等问题，目前GSM-R无法提供很好的移动性。•移动IPV6的高速铁路通信网络，主要是利用IPv6族中的了HMIPv6（HierarchicalMobileIPv6）和QoS（QualityofServices）模型，在IP层提供移动性管理和服务质量支持。因此，其可以被嵌入到任意一种全IP的网络中。•移动IPv6的出现是移动计算一个重要里程碑，其特性对于未来移动无线网络的发展至关重要。322020/7/13•其中移动节点代表列车，通过无线链路与沿途接入点AP相连;•将铁路沿线的各个AP按区域划分，并分别与不同的MAP相连，每一个MAP负责本区域的内各个AP间的信息交互;•MAP通过互联网与家乡代理HA及对端节点相连。332020/7/13Node2中联通七号信令光缆中移动中电信七号信令•无线接入塔间距为10公里（可利用现有输电塔）•无线接入点的频谱为300-340MHz•智能天线控制器控制天线的指向•基于高速机车的位置预测下一个无线接入塔的方位•基于高速机车的位置预测下一个无线接入塔的频率•提供不低于2M数据速率智能天线时速高于300公里铁路沿线光缆Lemko轨道通信系统解决方案342020/7/1335方案比较GSM-R•已有的2G网络•结构硬伤，无法保证通话质量WiMAX+WiFi•扩展能力更强、灵活性高、智能票务•高速无法无缝切换•无法进行语音服务LTE•目前无法广泛使用•频铺效率高，抗多径，低切换次数和时延•克服多普勒频移和小区切换，针对地形优化TD-SCDMA•3G网络已经逐渐普及，用户群广泛•频谱效率高，适合不对称业务结构•高移动性不好，基站覆盖半径过小IPv6•网络结构简单，切换效率高，接入Internet•成本高，实施困难，维护代价高，•三网融合推进缓慢2020/7/13全世界都会使用362020/7/13全世界都在关注37XiangRen@NCTShanghaiJiaoTongUniversity38