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摘要：随着社会发展，窄带集群已不能满足地铁的数据，视频等应用，本文主要阐述了TD-LTE在未来地铁无线通信中的应用。
关键词：TD-LTE，宽带集群，视频监控，PIS，地铁无线通信
Abstract: with the development of society, narrowband cluster already cannot satisfy the subway data, video applications, this article mainly expounds the TD-LTE wireless communication in the future of the application of the subway.
Keywords: TD-LTE, broadband cluster, video monitoring, PIS, subway wireless communication
中圖分类号： U231+.7文献标识码：A文章编号：
无线宽带集群的需求背景
随着信息化与工业化融合的不断深入，能源、交通运输、现代农业和公共安全等重点行业已经充分认识到信息化改造对促进传统工业生产方式变革、产业结构优化、生产效率和经济效益的提升等方面的重要性，对结合行业安全生产、经营管理、应急处置等功能的专用通信系统有迫切的需求，将成为下一步专网发展的重点。目前，传统集群能满足语音和窄带数据的需求，现在图像的传输、数据库的访问需求已经变的越来越迫切，多媒体传输、人群监控、视频相关应用将成为需求主流。
集群通信，作为一种无线专用调度通信系统，在交通运输、电力、物流等行业的指挥调度中发挥了重要作用。将客户所需的各种平台技术和应用整合在一起，为客户提供统一、融合的整体行业应用解决方案，已成为当前数字集群系统取得成功的关键。可以预见，随着整合业务的越来越丰富，信息量越来越大，能够提供具有宽带多媒体集群专网一体化特点的新一代宽带集群系统，将成为未来集群通信发展的大势所趋。
无线宽带集群不同于传统集群，无线宽带集群需要提供大带宽，高速率，可传输语音、数据、图像、视频。时至今日，各行业市场对集群通信的需求已经发生了很大的变化，特别是对包括视频在内的多媒体集群通信能力有着十分迫切的需求；但传统的接入技术难以同时满足宽带多媒体和移动通信两方面的技术要求，为此业界开发了宽带无线接入技术。新技术、新业务以及新的运营模式的出现，都是为了满足客户日益变化的需求。下一代通信系统的成功取决于其提供的业务和应用，业务应用层上不同的业务能力与模式的互通融合才是未来真正的主角。从具体的应用角度来看，主要体现在高速数据、视频以及构建于此基础之上的多种应用，包括移动办公、多媒体集群调度、视频监控、城市应急联动等方面。
集群的发展趋势
新一代的无线宽带技术LTE
随着移动通信技术的蓬勃发展，无线通信系统呈现出移动化、宽带化和IP 化的趋势，移动通信市场的竞争也日趋激烈。为应对来自WiMAX ，Wi-Fi 等传统和新兴无线宽带接入技术的挑战，提高3G在宽带无线接入市场的竞争力，国际化标准组织3GPP 从2005年4月开展UTRA长期演进(Long Term Evolution ,LTE) 技术的研究，以实现3G技术向B3G和4G的平滑过渡。LTE的改进目标是实现更高的数据速率、更短的时延、更低的成本，更高的系统容量以及改进的覆盖范围。LTE是当前世界众多通信组织、研究机构、设备厂商、通信运营商选择向4G发展的演进方向，如下图所示。
为满足用户对高质量通话、高速宽带上网的诉求，LTE技术采用了OFDM，MIMO，自适应调制编码（Auto Modulation and Coding,AMC）及混合自动重传（Hybrid ARQ, HARQ）等技术，在20MHZ频谱带宽下能够提供下行150Mbps与上行75Mbps的峰值速率，同时在改善小区边缘用户的性能、提高小区容量和降低系统延迟等方面都有显著提升。经历了近5年的研究，LTE技术目前已经成为一个成熟的宽带无线技术，在全球范围内，已得到了广泛的应用，整个LTE产业链已经相对成熟，而且LTE技术还在不断的发展研究中，有较好的演进方向。
LTE 带来的好处:
先进的技术: LTE是当前最热门的4G无线通信技术
宽带: LTE网络的峰值带宽可以超过100Mbps
更好的用户体验: LTE网络具有低时延和QoS保障
成熟的产业链：目前参与研发TD-LTE终端芯片的国内外厂商越来越多，包括海思、高通、意法爱立信、三星、中兴微电子、联芯、重邮信科、展讯、广晟等17家厂商，网络平台的支持设备商也众多，包括华为、中兴、大唐、爱立信、诺西等，有较成熟的技术支持和众多的技术人员。
可延续性强：任何技术只有不断地发展才会有较强的生命力和延续性，LTE在3GPP标准组织内还在不断地研究发展修订，以便提供更好的业务质量和更高的带宽。
基于以上分析，使用LTE作为宽带集群通信的技术承载，具有产业链成熟、技术先进、可延续性强等优点，是宽带集群通信的最佳选择。
宽带集群在地铁无线通信中的业务应用
对于传统集群通信，仅仅提供基本的语音传输，所有的相关生产指令、调度指令、等都是通过调度员通过语音通知到一线人员，所传输的信息有限，而且所有信息都记录在人员的大脑中，不利于跟踪和追溯。而宽带集群网络可同时支持宽带数据传输和集群调度，满足行业用户的专业无线通信需求，可提供以下业务
宽带无线数据传输：用于行业用户业务数据实时交互、生产指令调度
话音集群调度：用于行业用户语音调度指挥
视频监控/视频调度：用于行业用户现场视频监控
4.1 语音集群调度
TD-LTE能提供语音集群调度功能，能实现组呼，单工呼叫，双工呼叫等业务，其呼叫建立时间可达300ms内（单基站）可与TETRA等现有的数字集群系统媲美。
基于此语音基本业务，可进行调度员与司机，调度员与车站值班员，车站值班员与司机等地铁调度呼叫业务。
TD-LTE的核心网设备，车站终端提供相应的二次开发接口，可进行相应业务二次开发。
4.2 区别与传统集群的应用 - 视频应用
传统的指挥调度系统只听声音、不见其人，指挥者只能通过前方反馈的语音信息进行判断分析后，进行决策、下达命令。由于语音信息是一种描述性的信息，它不像视频信息那样直观、具体，缺乏一定的准确性，这给指挥者实施及时、有效的正确指挥带来了一定的影响。
TD-LTE视频集群通信系统系统，与传统的语音指挥调度系统相比发生了质的变化，结束了指挥调度时只听声音、不见其人的历史。视频集群技术目前在行业应用中已然起着越来越重要的作用，甚至是成为必不可少的应用功能。
TD-LTE视频集群系统是一个视频调度、远程监控、视频会议、视频联动和智能分析等功能于一体的综合音视频集群通信系统。根据对视频集群需求的不同，在此可将TD-LTE视频集群主要分为三种应用功能，即视频会议、远程监控、视频分发、视频联动和智能分析。下面重点介绍视频会议和视频联动。
例1：视频会议
在TD-LTE视频集群系统中，移动指挥调度中心可以与各个分控中心进行进度磋商、问题解决以及阶段性总结等。在具体的应用中，地铁利用它来高效率地进行现场指挥调度；商业企业用它可进行重要会议的多区域异地召开，也可以用它进行远程产品展示、远程技术支持、远程招聘；获得一线情报等。
例2：视频联动
视频联动是目前市场上最为贴近行业实际应用的一项调度技术。当铁路、机场、港口、煤矿的生产或是服务场所中的某一环节出现问题时，只要现場人员拨通宽带集群电话，则在调度指挥中心的监控屏幕中，就可以立即显现事发现场的真实画面，使调度指挥者可以迅速了解到生产或应急现场的情况，结合沟通者的语音汇报，对现场的形势进行判断和针对性的处理。
例3：视频集群
在地铁的现场作业指挥中，经常需要多个部门或多个编队间协同作业，因此需要多个人员进行信息共享，为了更明确的了解现场实时情况，视频的共享和语音的同时通信是必不可少的，因此需要移动的视频集群支持。
现场工作人员的前方视频可与其他现场工作人员共享，调度员可根据实际情况选择指定人员共享一路视频，并把参与视频联动的用户临时组成一个通话组，实现视频集群功能。调度员可在控制中心内通过调度台选择需要监控的视频，完成实时的视频集群指挥调度。
4.3 TD-LTE在PIS信息系统中的应用
目前PIS系统的业务有：
1. 视频节目下传值车厢
提供一路视频信号下传到车厢，数据带宽为6-8Mbps,MPEG2格式，满足50-80公里时速下的质量要求。业务稳定，不能出现马赛克和中断。
2. 车厢监控视频上传监控中心
每列列车提供2路视频监控视频上传到监控中心,数据带宽：1.5Mbps-2Mbps/路,MPEG-4/H.264格式。满足列车50-80公里时速下的质量要求,业务稳定，不能出现马赛克和中断。
3. 车辆故障状态信息传送
车辆故障信息应及时通过通信的乘客信息系统传给控制中心的综合监控系统，并通过综合监控系统转发至车辆段，按1路200kb/s考虑，（有的放在PIS系统传输，有的放在CBTC系统传输，按照具体项目要求）。
如此看来，TD-LTE高传输带宽，低延迟速率，可以很好的满足PIS系统的需求。
按照地铁无线通信的需求，TD-LTE按如下方式进行组网，在控制中心设置CNS核心网设备，中心服务器，视频服务器，网管服务器，调度台，PIS车地无线接口等设备。在各车站设置LTE基站，车站交换机，车站固定台等设备。在列车上设置车载终端（TAU），PIS接口等设备。隧道区间采用泄漏电缆来覆盖。
TD-LTE在地铁无线通信中的组网图
TD-LTE设备介绍
4.1 eCNS核心网设备
eCNS是核心网设备，提供LTE车地无线系统的统一交换平台和管理平台，基于全IP架构设计
eCNS分别连接LTE无线接入网及PIS控制中心，完成双方数据的交互
eCNS提供的统一网管平台对整网运行情况进行实时监控和维护
eCNS与车站级基站接入系统通过专用传输网络连接，使用GE/FE电口
具有主备倒换功能
4.2 基站
采用分布式架构，基本功能模块有两种：基带处理模块eBBU(BaseBand Unit )和射频模块RRU(Radio Remote Unit)，BBU与RRU之间采用CPRI(Common Public Radio Interface)接口光缆进行通信
支持-48V DC，+24V DC，+220V AC
支持FE/GE光口、电口
4.2 终端
尺寸：44.3mm*483mm*300mm（高*宽*深）
满足高速移动情况下的性能要求
提供IEEE 802.3/3u以太网接入，接口类型：DB9；
丰富的安全业务，内置防火墙以防御潜在的安全风险和非法侵入；
基于WEB方式管理界面，方便直观；
支持远程维护，包括状态管理、配置管理、软件升级等
满足GB25119、TB、T30212001的相关要求
满足轨道交通冲击和振动要求（GB/T 21563-2008）
综上所述，TD-LTE宽带集群无线系统可在一张网络上提供语音、视频和数据多种业务，为应用层面的多媒体平台提供一个良好的无线通道，整个系统为分布式控制结构，采用了软交换技术、高清晰度的MPEG-4/H.264数字视频编码技术，并采用多码流同步传输技术，确保视频、音频、数据同步实时传输。可以很好的满足地铁无线通信系统的语音，视频，数据等业务的需求。
作者简介：
宋鸿昇, 男,工程师,通信工程专业,现就职于天津市地下铁道集团有限公司 。
关键词：TD-LTE，宽带集群，视频监控，PIS，地铁无线通信
Abstract: with the development of society, narrowband cluster already cannot satisfy the subway data, video applications, this article mainly expounds the TD-LTE wireless communication in the future of the application of the subway.
Keywords: TD-LTE, broadband cluster, video monitoring, PIS, subway wireless communication
中圖分类号： U231+.7文献标识码：A文章编号：
无线宽带集群的需求背景
随着信息化与工业化融合的不断深入，能源、交通运输、现代农业和公共安全等重点行业已经充分认识到信息化改造对促进传统工业生产方式变革、产业结构优化、生产效率和经济效益的提升等方面的重要性，对结合行业安全生产、经营管理、应急处置等功能的专用通信系统有迫切的需求，将成为下一步专网发展的重点。目前，传统集群能满足语音和窄带数据的需求，现在图像的传输、数据库的访问需求已经变的越来越迫切，多媒体传输、人群监控、视频相关应用将成为需求主流。
集群通信，作为一种无线专用调度通信系统，在交通运输、电力、物流等行业的指挥调度中发挥了重要作用。将客户所需的各种平台技术和应用整合在一起，为客户提供统一、融合的整体行业应用解决方案，已成为当前数字集群系统取得成功的关键。可以预见，随着整合业务的越来越丰富，信息量越来越大，能够提供具有宽带多媒体集群专网一体化特点的新一代宽带集群系统，将成为未来集群通信发展的大势所趋。
无线宽带集群不同于传统集群，无线宽带集群需要提供大带宽，高速率，可传输语音、数据、图像、视频。时至今日，各行业市场对集群通信的需求已经发生了很大的变化，特别是对包括视频在内的多媒体集群通信能力有着十分迫切的需求；但传统的接入技术难以同时满足宽带多媒体和移动通信两方面的技术要求，为此业界开发了宽带无线接入技术。新技术、新业务以及新的运营模式的出现，都是为了满足客户日益变化的需求。下一代通信系统的成功取决于其提供的业务和应用，业务应用层上不同的业务能力与模式的互通融合才是未来真正的主角。从具体的应用角度来看，主要体现在高速数据、视频以及构建于此基础之上的多种应用，包括移动办公、多媒体集群调度、视频监控、城市应急联动等方面。
集群的发展趋势
新一代的无线宽带技术LTE
随着移动通信技术的蓬勃发展，无线通信系统呈现出移动化、宽带化和IP 化的趋势，移动通信市场的竞争也日趋激烈。为应对来自WiMAX ，Wi-Fi 等传统和新兴无线宽带接入技术的挑战，提高3G在宽带无线接入市场的竞争力，国际化标准组织3GPP 从2005年4月开展UTRA长期演进(Long Term Evolution ,LTE) 技术的研究，以实现3G技术向B3G和4G的平滑过渡。LTE的改进目标是实现更高的数据速率、更短的时延、更低的成本，更高的系统容量以及改进的覆盖范围。LTE是当前世界众多通信组织、研究机构、设备厂商、通信运营商选择向4G发展的演进方向，如下图所示。
为满足用户对高质量通话、高速宽带上网的诉求，LTE技术采用了OFDM，MIMO，自适应调制编码（Auto Modulation and Coding,AMC）及混合自动重传（Hybrid ARQ, HARQ）等技术，在20MHZ频谱带宽下能够提供下行150Mbps与上行75Mbps的峰值速率，同时在改善小区边缘用户的性能、提高小区容量和降低系统延迟等方面都有显著提升。经历了近5年的研究，LTE技术目前已经成为一个成熟的宽带无线技术，在全球范围内，已得到了广泛的应用，整个LTE产业链已经相对成熟，而且LTE技术还在不断的发展研究中，有较好的演进方向。
LTE 带来的好处:
先进的技术: LTE是当前最热门的4G无线通信技术
宽带: LTE网络的峰值带宽可以超过100Mbps
更好的用户体验: LTE网络具有低时延和QoS保障
成熟的产业链：目前参与研发TD-LTE终端芯片的国内外厂商越来越多，包括海思、高通、意法爱立信、三星、中兴微电子、联芯、重邮信科、展讯、广晟等17家厂商，网络平台的支持设备商也众多，包括华为、中兴、大唐、爱立信、诺西等，有较成熟的技术支持和众多的技术人员。
可延续性强：任何技术只有不断地发展才会有较强的生命力和延续性，LTE在3GPP标准组织内还在不断地研究发展修订，以便提供更好的业务质量和更高的带宽。
基于以上分析，使用LTE作为宽带集群通信的技术承载，具有产业链成熟、技术先进、可延续性强等优点，是宽带集群通信的最佳选择。
宽带集群在地铁无线通信中的业务应用
对于传统集群通信，仅仅提供基本的语音传输，所有的相关生产指令、调度指令、等都是通过调度员通过语音通知到一线人员，所传输的信息有限，而且所有信息都记录在人员的大脑中，不利于跟踪和追溯。而宽带集群网络可同时支持宽带数据传输和集群调度，满足行业用户的专业无线通信需求，可提供以下业务
宽带无线数据传输：用于行业用户业务数据实时交互、生产指令调度
话音集群调度：用于行业用户语音调度指挥
视频监控/视频调度：用于行业用户现场视频监控
4.1 语音集群调度
TD-LTE能提供语音集群调度功能，能实现组呼，单工呼叫，双工呼叫等业务，其呼叫建立时间可达300ms内（单基站）可与TETRA等现有的数字集群系统媲美。
基于此语音基本业务，可进行调度员与司机，调度员与车站值班员，车站值班员与司机等地铁调度呼叫业务。
TD-LTE的核心网设备，车站终端提供相应的二次开发接口，可进行相应业务二次开发。
4.2 区别与传统集群的应用 - 视频应用
传统的指挥调度系统只听声音、不见其人，指挥者只能通过前方反馈的语音信息进行判断分析后，进行决策、下达命令。由于语音信息是一种描述性的信息，它不像视频信息那样直观、具体，缺乏一定的准确性，这给指挥者实施及时、有效的正确指挥带来了一定的影响。
TD-LTE视频集群通信系统系统，与传统的语音指挥调度系统相比发生了质的变化，结束了指挥调度时只听声音、不见其人的历史。视频集群技术目前在行业应用中已然起着越来越重要的作用，甚至是成为必不可少的应用功能。
TD-LTE视频集群系统是一个视频调度、远程监控、视频会议、视频联动和智能分析等功能于一体的综合音视频集群通信系统。根据对视频集群需求的不同，在此可将TD-LTE视频集群主要分为三种应用功能，即视频会议、远程监控、视频分发、视频联动和智能分析。下面重点介绍视频会议和视频联动。
例1：视频会议
在TD-LTE视频集群系统中，移动指挥调度中心可以与各个分控中心进行进度磋商、问题解决以及阶段性总结等。在具体的应用中，地铁利用它来高效率地进行现场指挥调度；商业企业用它可进行重要会议的多区域异地召开，也可以用它进行远程产品展示、远程技术支持、远程招聘；获得一线情报等。
例2：视频联动
视频联动是目前市场上最为贴近行业实际应用的一项调度技术。当铁路、机场、港口、煤矿的生产或是服务场所中的某一环节出现问题时，只要现場人员拨通宽带集群电话，则在调度指挥中心的监控屏幕中，就可以立即显现事发现场的真实画面，使调度指挥者可以迅速了解到生产或应急现场的情况，结合沟通者的语音汇报，对现场的形势进行判断和针对性的处理。
例3：视频集群
在地铁的现场作业指挥中，经常需要多个部门或多个编队间协同作业，因此需要多个人员进行信息共享，为了更明确的了解现场实时情况，视频的共享和语音的同时通信是必不可少的，因此需要移动的视频集群支持。
现场工作人员的前方视频可与其他现场工作人员共享，调度员可根据实际情况选择指定人员共享一路视频，并把参与视频联动的用户临时组成一个通话组，实现视频集群功能。调度员可在控制中心内通过调度台选择需要监控的视频，完成实时的视频集群指挥调度。
4.3 TD-LTE在PIS信息系统中的应用
目前PIS系统的业务有：
1. 视频节目下传值车厢
提供一路视频信号下传到车厢，数据带宽为6-8Mbps,MPEG2格式，满足50-80公里时速下的质量要求。业务稳定，不能出现马赛克和中断。
2. 车厢监控视频上传监控中心
每列列车提供2路视频监控视频上传到监控中心,数据带宽：1.5Mbps-2Mbps/路,MPEG-4/H.264格式。满足列车50-80公里时速下的质量要求,业务稳定，不能出现马赛克和中断。
3. 车辆故障状态信息传送
车辆故障信息应及时通过通信的乘客信息系统传给控制中心的综合监控系统，并通过综合监控系统转发至车辆段，按1路200kb/s考虑，（有的放在PIS系统传输，有的放在CBTC系统传输，按照具体项目要求）。
如此看来，TD-LTE高传输带宽，低延迟速率，可以很好的满足PIS系统的需求。
按照地铁无线通信的需求，TD-LTE按如下方式进行组网，在控制中心设置CNS核心网设备，中心服务器，视频服务器，网管服务器，调度台，PIS车地无线接口等设备。在各车站设置LTE基站，车站交换机，车站固定台等设备。在列车上设置车载终端（TAU），PIS接口等设备。隧道区间采用泄漏电缆来覆盖。
TD-LTE在地铁无线通信中的组网图
TD-LTE设备介绍
4.1 eCNS核心网设备
eCNS是核心网设备，提供LTE车地无线系统的统一交换平台和管理平台，基于全IP架构设计
eCNS分别连接LTE无线接入网及PIS控制中心，完成双方数据的交互
eCNS提供的统一网管平台对整网运行情况进行实时监控和维护
eCNS与车站级基站接入系统通过专用传输网络连接，使用GE/FE电口
具有主备倒换功能
4.2 基站
采用分布式架构，基本功能模块有两种：基带处理模块eBBU(BaseBand Unit )和射频模块RRU(Radio Remote Unit)，BBU与RRU之间采用CPRI(Common Public Radio Interface)接口光缆进行通信
支持-48V DC，+24V DC，+220V AC
支持FE/GE光口、电口
4.2 终端
尺寸：44.3mm*483mm*300mm（高*宽*深）
满足高速移动情况下的性能要求
提供IEEE 802.3/3u以太网接入，接口类型：DB9；
丰富的安全业务，内置防火墙以防御潜在的安全风险和非法侵入；
基于WEB方式管理界面，方便直观；
支持远程维护，包括状态管理、配置管理、软件升级等
满足GB25119、TB、T30212001的相关要求
满足轨道交通冲击和振动要求（GB/T 21563-2008）
综上所述，TD-LTE宽带集群无线系统可在一张网络上提供语音、视频和数据多种业务，为应用层面的多媒体平台提供一个良好的无线通道，整个系统为分布式控制结构，采用了软交换技术、高清晰度的MPEG-4/H.264数字视频编码技术，并采用多码流同步传输技术，确保视频、音频、数据同步实时传输。可以很好的满足地铁无线通信系统的语音，视频，数据等业务的需求。
作者简介：
宋鸿昇, 男,工程师,通信工程专业,现就职于天津市地下铁道集团有限公司 。