LTE-U在城軌快線中的應用探討

1、LTE-U在城軌快線中的應用探討4LTE-U高速試驗測試1概述3LTE-U在城軌快線應用的技術(shù)優(yōu)勢分析2LTE-U技術(shù)簡介56應用部署建議目錄LTE-U在城軌快線上的應用實踐7應用挑戰(zhàn)及展望概述快線形勢 大好“城市軌道交通引領(lǐng)城市發(fā)展格局” 理念得到認可和落實快線的規(guī)劃建設(shè)迎來“春天”北京、上海、廣州、深圳、成都、重慶等眾多城 市都有規(guī)劃或正在建設(shè)快 線，如北京新機場線、成 都17、18、19號線，重 慶璧銅線等。概述線路速度一般120以上，140，160km/h甚至更高站間距大一般采用橋、隧、路基相結(jié)合敷設(shè)方式系統(tǒng)的技術(shù)標準基本靠地鐵以上幾個特點，對通信各系統(tǒng)建設(shè)方案的選擇有一定影響，特別是

2、車地寬帶無線通信系統(tǒng)，目 前城軌中車地寬帶無線通信主要采用WLAN、LTE等，但這兩個技術(shù)應用于快線都存在一些問題。城軌快線的特點概述快線車地寬帶無線通 信如何建設(shè)現(xiàn)場測試實驗室測試因此，針對城軌快線，我們成立了專門的課題研究小組，研究小 組通過：理論分析WLAN問題應該說，WLAN技術(shù)不能 較好地適應城軌快線的應 用需求研究測試表明，當移動速度大于120km/h 到 160km/h 時，WLAN的移動和切換性能出現(xiàn)了明 顯下降，系統(tǒng)吞吐量下降40%以上，且會出現(xiàn)不穩(wěn) 定的現(xiàn)象，切換出現(xiàn)大時延，甚至掉線等WLAN有點問題LTE問題頻譜多行業(yè)分享可用帶寬城軌獲得頻譜與需求矛盾不高城軌業(yè)務數(shù)字化、

3、IP化、圖像業(yè)務高清 化，大數(shù)據(jù)、無人駕駛、智慧城軌應用 的推進，城軌車地間數(shù)據(jù)傳輸需求大17851805MHz頻段除城軌 外，機場、石油、電力、重載鐵 路等行業(yè)也在使用LTE也有點問題LTE網(wǎng)絡(luò)性能高速現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)LTE能提供多少帶寬主流供貨商LTE網(wǎng)絡(luò)性能高速現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)LTE能提供多少帶寬PIS業(yè)務720p單路 68Mbps，1080p單路 810Mbps車載CCTV單路12Mbps，公安、全自動駕駛線路要求按照整列車所有圖像同時上 傳進行，以6輛編組的列車為例，一般每列車有16路到28路視頻需要上傳CBTC GOA1/2每路256kbp，GOA3/4每路512kbps；集群、可視調(diào)度單

4、路30kbps、512 2048 kbps車輛狀態(tài)監(jiān)測業(yè)務單路在GoA1/2下一般要求30kbps50kbps，在全自動駕駛 GoA3/4下一般要求40kbps60kbps，車輛系統(tǒng)也提出100kbps級要求。緊急文本業(yè)務具有實時隨機性，一般為10kbps20kbps其他實時業(yè)務如通過互聯(lián)網(wǎng)推送的新聞、天氣、股市行情等以文本方式居多，一般在 100kbps以內(nèi)。業(yè)務需求概述但在開放的免授權(quán)頻段卻存在著豐富的頻譜資源，如 能有效地利用這些資源，就可緩解甚至解決城軌授權(quán)頻 率資源不足與車地間數(shù)據(jù)傳輸需求的矛盾LTE-U技術(shù)有望解決該問題矛盾車地通信帶寬需求LTE網(wǎng)絡(luò)能力LTE-U12LTE-U（L

5、TE in Unlicensed Spectrum），它是在2013 年12月3日6日舉行的3GPP RAN#62次全會上被提出， 旨在將LTE擴展至非授權(quán)頻段，利用非授權(quán)頻譜承載移動通 信業(yè)務，緩解移動網(wǎng)絡(luò)容量的壓力，簡單的說就是非授權(quán)頻 譜上的LTE。LTE-U技術(shù)簡介LTE-U在城軌快線的工作頻譜可用頻譜2.4GHz頻段5GHz頻段28GHz60GHz已擁堵不堪已開放51505350 MHz和57255850MHz，54705725 MHz頻段的開放工作正在推進 中，屆時我國5 GHz非授權(quán)頻譜總量將達到580MHz存在系統(tǒng)開發(fā)物理層和空口 復雜、造價高，高頻信號空間傳輸衰耗大、系統(tǒng)組網(wǎng)

6、小 基站過多等問題利用非授權(quán)頻譜實現(xiàn)LTE主要有授權(quán)輔助接入LAA（Licensed Assisted Access）、雙連接DC（Dual Connectivity）和無 授權(quán)接入Standalone三種技術(shù)方案LAA技術(shù)方案采用載波聚合CA（Carrier Aggregation）技術(shù)，將授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜聚合，利用授權(quán)頻譜作為主載波傳 送關(guān)鍵信息和需要QoS的業(yè)務，非授權(quán)頻譜作為輔助載波，實現(xiàn)數(shù)據(jù)平面性能的提升。數(shù)據(jù)平面性能的提升在3GPP R13中明 確為Downlink-only，即采用載波聚合時，輔助載波僅支持下行數(shù)據(jù)傳輸；而在3GPP R14中明確可Downlink+Uplin

7、k，即 采用載波聚合時，輔助載波可以同時支持和下行數(shù)據(jù)傳輸，即增強授權(quán)輔助接入eLAA（Enhanced LAA） 技術(shù)方案。LTE-U利用非授權(quán)頻譜技術(shù)方案DC技術(shù)方案采用用戶終端同時在授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜上建立連接，其中授權(quán)頻譜發(fā)送系統(tǒng)廣播信息，用于實現(xiàn)控制平面的 功能，包括連接管理和移動性能管理，從而保證蜂窩通信的連續(xù)性。在數(shù)據(jù)平面，小基站數(shù)據(jù)業(yè)務可以在授權(quán)頻譜發(fā)送、免授 權(quán)頻譜發(fā)送，或者兩者都發(fā)送。Standalone技術(shù)方案采用非授權(quán)頻譜獨立工作，將LTE直接部署在非授權(quán)頻譜上，其技術(shù)得到MulteFire聯(lián)盟發(fā)布的標準支持。 該方案基于3GPP R13下行鏈路授權(quán)輔助接入LAA和3

8、GPP R14上行鏈路增強輔助接入eLAA元素構(gòu)建，支持LTE在非授權(quán)頻譜 中運行時的移動性、分頁、初始訪問和高效上行控制通道等增強功能，確保高效的語音和高速移動寬帶等業(yè)務的實現(xiàn)。LTE-U技術(shù)方案16LTE-U的協(xié)議演進及成熟的產(chǎn)業(yè)鏈3GPP MF Standalone（MulteFire聯(lián)盟標準）3GPP R13 2016.6 LAA (downlink)3GPP R14 2016.9 ElAA (uplink)2017.93.5GHz覆蓋增強3GPP R9 2008.12LTEMF 1.0 2016.12在LAA和eLAA基礎(chǔ)上， 增加接入和上下行控 制。2017.03基于MulteFi

9、re 1.0的eLTE-U 1.0發(fā) 布（業(yè)界首個standalone LTE-U 版本)2018.6MultiFire 2.0版本標準發(fā)布MF 1.1(IOT特性優(yōu)化）2017.9 MF1.1MF 1.0（LTE-U）2016.12發(fā)布 MF1.0MF 2.02018.6 MF2.0MF 1.1 MF2.02018.6LTE-U在城軌快線應用的技術(shù)優(yōu)勢分析移動和切換性能優(yōu)異，支持城軌快線等高速環(huán)境傳輸時延小，提供高可靠業(yè)務支持抗干擾能力強覆蓋半徑大，可維護性強部署靈活方便，可共享現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)，也可獨立建網(wǎng)良好的QoS保障網(wǎng)絡(luò)安全性高系統(tǒng)可靠性高LTE-U高速試驗測試1、實驗室測試核心網(wǎng)接入

10、層終端正線/車站車輛段/停車場中心層車載網(wǎng)絡(luò)PIS控制器車載攝像頭CCTV業(yè)務系統(tǒng)應用層中心交換機中心交換機正線/車站時鐘服務器PIS業(yè)務系統(tǒng)定向天線車站交 換機TAU車載交換機TAU車載交換 機定向天線車站交 換機定向天線車站交 換機搭建了一套5.8 GHz頻段LTE-U 網(wǎng)絡(luò)，主要包括核心網(wǎng)、基站和 車載TAU測試工具采用業(yè)界著名的 Ixchariot業(yè)務模型采用2路2M的CCTV和 1路8M的PIS業(yè)務高速試驗測試1、實驗室測試模擬120、140、160km/h動態(tài)測試顯示，系統(tǒng)傳輸時延平均1345ms，最大276ms；上下行丟包率小于0.8%；切換時延平均 5874ms，最大321 m

11、s，切換成功率100%。在典型速度下，上下行子幀配比3:1時20MHz、40MHz頻譜車地無線通信系統(tǒng)的上 行、下行吞吐量如圖。高速試驗測試2、現(xiàn)場測試在200km/h高速客專上，搭建了一套5.8 GHz頻段20 MHz的LTE-U系統(tǒng)測試網(wǎng)絡(luò)，測試網(wǎng)絡(luò)的車載TAU、天線、攝 像機、業(yè)務終端等設(shè)置在CRH1型動車組車廂客室內(nèi)。測試工具Ixchariot業(yè)務模型為2路2M的CCTV1路6M的PIS業(yè)務，高速實際線路測試顯示：傳輸時延平均2438ms，最大167ms；上下行丟包率小于0.21%；切換時延平均61ms，最大307 ms，切換成功率100%。在上下行子幀配比3:1時，網(wǎng)絡(luò)上行平均吞吐量

12、16.5Mbps, 下行平均吞吐量達11.5Mbps。LTE-U在城軌快線上的應用實踐目前LTE-U在快線上應用主要是成都軌道交通17號線、18號線以18號線為例，線路全長68.51km，13座車站，其中11座地下站，2座 高架站，平均站間距為6.01km，最大站間距19.1km。線路速度160km/h，地鐵A+型車8輛編組，AC25KV架空懸掛接觸網(wǎng)供電LTE-U在城軌快線上的應用實踐eCore核心 網(wǎng)接入層終端中心層車載網(wǎng)絡(luò)PIS控制器車載攝像頭CCTV業(yè)務系統(tǒng)應用層以太網(wǎng)交換機正線/車站eSight時鐘服務器PIS業(yè)務系統(tǒng)定向天線車輛段/停車場以太網(wǎng)交換機基站TAU車載交換機TAU車載交

13、換機定向天線以太網(wǎng)交換機基準定向天線正線/車站以太網(wǎng)交換機基站1588V2時鐘同步18號線LTE-U系統(tǒng)主要由核心網(wǎng)、基站、 以太網(wǎng)交換機、天饋及配套的管理設(shè)備等 構(gòu)成承載的業(yè)務主要為PIS、CCTV業(yè)務區(qū)間基站一般按500米左右設(shè)置，采用異 頻組網(wǎng)，2*20MHz小區(qū)車頭車尾各設(shè)置1套TAU實現(xiàn)1+1業(yè)務分 擔及熱備同步采用1588V2方式系統(tǒng)構(gòu)成示意圖控制中心datavideo voiceCBTC-LTE冗余已標配新建線部署LTE-U城軌有授權(quán)頻率可LAA技術(shù)方案可Standalone技術(shù)方案應用部署建議首選LAA技術(shù)方案，建議僅選擇CBTC冗余雙網(wǎng)中的一張網(wǎng) 絡(luò)部署LTE-U實現(xiàn)業(yè)務綜合

14、承載1、新線部署LTE-U應用部署建議新線部署LTE-U城軌無授權(quán)頻譜若要綜合承載CBTC 業(yè)務，應冗余雙網(wǎng)配 置，否則采用部署一 張LTE-U網(wǎng)絡(luò)采 用 Standalone技 術(shù)方案1、新建線部署LTE-U應用部署建議對現(xiàn)有BBU、TAU升級，實現(xiàn) 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)BBU同時接入授權(quán)頻 段的RRU和非授權(quán)頻段下的 RRU以及TAU的多頻工作，從 而實現(xiàn)多載波聚合共享既有EPC設(shè)施2、既有LTE網(wǎng)絡(luò)上部署LTE-U采用LAA技術(shù)方案已有LTE網(wǎng)絡(luò)3、積極推動LAA技術(shù)方案的LTE-U車載TAU開發(fā)和上線測試4、關(guān)注Standalone技術(shù)方案的LTE-U產(chǎn)業(yè)發(fā)展，適時調(diào)整建設(shè)方案可Standalone技術(shù)方案， 也可采用LAA技術(shù)方案應用面臨的挑戰(zhàn)LAA技方案的LTE-U車載TAU仍需開發(fā)Standalone技術(shù)方案的TAU產(chǎn)品現(xiàn)在支持20MHz的小區(qū)帶寬，而 支持多載波聚合的產(chǎn)品仍不成熟，大量非授權(quán)頻譜資源仍無法得到充分 利用城軌中其他高速無線通信技術(shù)競爭及挑戰(zhàn)，如EUHT、