CN110022543A - 轨道交通综合承载系统 - Google Patents

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CN110022543A CN201810018860.6A CN201810018860A CN110022543A CN 110022543 A CN110022543 A CN 110022543A CN 201810018860 A CN201810018860 A CN 201810018860A CN 110022543 A CN110022543 A CN 110022543A
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Abstract

本申请提出一种轨道交通综合承载系统，其中，所述系统包括：第一信号子系统及第二通信信号子系统；所述第一信号子系统，用于通过LTE‑U网络实现轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信；所述第二通信信号子系统，用于通过LTE‑U网络实现轨旁乘客服务系统与车载乘客服务设备间、车载无线局域网与互联网间、及轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信。本申请提出的轨道交通综合承载系统基于LTE‑U网络，只需两个通信信号回路，即可实现列车的综合承载及乘客上网业务，不仅网络简单，设备数量少，成本低，而且网络的抗干扰能力强，传输距离远，且在高速移动时可以承载车地综合系统的通信及乘客上网业务，提高了通信的可靠性。

Description

轨道交通综合承载系统
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种轨道交通综合承载系统。
背景技术
目前，轨道交通普遍应用WLAN、LTE-M及GSM等方式承载车地通信、信号交互，且为实现信号和通信的隔离，通常针对不同业务布置不同的网络进行承载。
具体的，为了实现列车的车地通信，就需要在轨旁和车载端分别布置相应的无线访问接入点(Wireless Access Point，简称AP)和接入单元进行通信，且为了实现信号的冗余，信号网络需要设置两个；而为了实现乘客上网业务，需要单独布置一张通信网络，因此轨道交通综合承载系统一般由至少三张网络组成，用于实现列车的综合承载及乘客上网业务。
上述综合承载系统设置方式，网络结构复杂，设备数量多，成本高。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请提出一种轨道交通综合承载系统，该综合承载系统基于LTE-U网络，只需两个通信信号回路，即可实现列车的综合承载及乘客上网业务，不仅网络简单，设备数量少，成本低，而且网络的抗干扰能力强，传输距离远，且在高速移动时可以承载车地综合系统的通信及乘客上网业务，提高了通信的可靠性。
本申请实施例提出的轨道交通综合承载系统，包括：第一信号子系统及第二通信信号子系统；所述第一信号子系统，用于通过LTE-U网络实现轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信；所述第二通信信号子系统，用于通过LTE-U网络实现轨旁乘客服务系统与车载乘客服务设备间、车载无线局域网与互联网间、及轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信。
可选地，所述第一信号子系统，包括：依次通信连接的轨旁列车自动控制系统、第一交换机、第一基站、第一基站天线、第一车载天线、第一车载接入单元、第一车载交换机及车载控制设备，其中，所述第一基站天线与所述第一车载天线的工作频段为LET-U频段。
可选地，所述轨旁列车自动控制系统，包括列车自动监控系统、区域控制器及计算机连锁系统。
可选地，所述第一信号子系统还包括：分别与所述第一交换机及所述第一基站连接的第一光电转换设备。
可选地，所述第二通信信号子系统，包括：第二交换机、与所述第二交换机通信连接的以下系统：轨旁列车自动控制系统、轨旁乘客服务系统、互联网及第二基站，与所述第二基站依次通信连接的第二基站天线、第二车载天线、第二车载接入单元及第二车载交换机，及分别与所述第二车载交换机通信连接的以下各设备：车载控制设备、车载乘客服务设备、车载无线局域网设备，其中，所述第二基站天线与所述第二车载天线的工作频段为LET-U频段。
可选地，所述车载乘客服务设备包括乘客信息设备统、闭路电视监控设备、广播设备及紧急呼叫设备；
所述第二通信信号子系统还包括：第三车载交换机；
所述第三车载交换机分别与所述第二车载交换机及所述乘客信息设备、所述闭路电视监控设备、所述广播设备连接及所述紧急呼叫设备连接。
可选地，所述车载控制设备、车载乘客服务设备及所述第二车载交换机设置在所述列车的任一机柜中；所述车载无线局域网设备分别设置在列车的每个车厢内。
可选地，所述第二通信信号子系统，还包括：分别与所述第二交换机及所述第二基站连接的第二光电转换设备。
可选地，所述综合承载系统，还包括分别与所述第一交换机、所述第二交换机及所述互联网连接的防火墙。
可选地，所述综合承载系统，还包括骨干交换机；
所述骨干交换机分别与所述第一交换机、所述第二交换机、及所述防火墙连接。
本申请实施例的轨道交通综合承载系统，基于LTE-U网络，只需两个通信信号回路，即可实现列车的综合承载及乘客上网业务，不仅网络简单，设备数量少，成本低，而且网络的抗干扰能力强，传输距离远，且在高速移动时可以承载车地综合系统的通信及乘客上网业务，提高了通信的可靠性。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一个实施例的轨道交通综合承载系统的结构示意图；
图2是本申请另一个实施例的轨道交通综合承载系统的结构示意图；
图3是本申请一个实施例的车载综合承载系统的结构示意图；
图4是本申请又一个实施例的轨道交通综合承载系统的结构示意图；
图5是本申请一个实施例的地面综合承载系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请各实施例针对现有的轨道交通综合承载系统，网络复杂，设备数量多，成本高的问题，提出一种轨道交通综合承载系统。
本申请实施例提供的轨道交通综合承载系统，包括第一信号子系统和第二通信信号子系统，第一信号子系统用于通过免授权载波(Advanced in Unlicensed Spectrums)上的长期演进技术(Long Term Evolution，简称LTE)，即LTE-U网络实现轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信，第二通信信号子系统用于通过LTE-U网络实现轨旁乘客服务系统与车载乘客服务设备间、车载无线局域网与互联网间、及轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信。该综合承载系统基于LTE-U网络，只需两个通信信号回路，即可实现列车的综合承载及乘客上网业务，不仅网络简单，设备数量少，成本低，而且网络的抗干扰能力强，传输距离远，且在高速移动时可以承载车地综合系统的通信及乘客上网业务，提高了通信的可靠性。
下面参考附图描述本申请实施例的轨道交通综合承载系统。
图1是本申请一个实施例的轨道交通综合承载系统的结构示意图。
如图1所示，该轨道交通综合承载系统包括：第一信号子系统及第二通信信号子系统。
其中，第一信号子系统，用于通过LTE-U网络实现轨旁列车自动控制系统(Communication Based Train Control System，简称CBTC)与车载控制设备(Vehicle On-Board Controller，简称VOBC)间的通信；
第二通信信号子系统，用于通过LTE-U网络实现轨旁乘客服务系统与车载乘客服务设备间、车载无线局域网与互联网间、及轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信。
可以理解的是，LTE-U网络具有较高的吞吐能力，因此，本实施例中，以LTE-U作为业务通道，利用其较高的吞吐能力实现所有通信业务的功能。
具体的，第一信号子系统仅用于通过LTE-U网络实现CBTC与VOBC间的信号传输，从而可以实现列车的控制信号的可靠传输。第二通信信号子系统可以通过LTE-U网络实现轨旁乘客服务系统与车载乘客服务设备间、车载无线局域网与互联网间、及轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信，从而可以实现列车的综合承载及乘客上网业务。同时，由于第一信号子系统和第二通信信号子系统均可以通过LTE-U网络，实现CBTC与VOBC间的通信，因此实现了列车控制信号的冗余，保证了轨道交通综合承载系统的可靠性。由此，只需两张网络即可实现列车的综合承载及乘客上网业务，网络简单，设备数量少，成本低。
并且，第二通信信号子系统，可以根据承载的不同业务的需求，为不同的业务进行不同时隙的配比、或者上下行吞吐量的配比等，从而保证轨旁乘客服务系统与车载乘客服务设备间、车载无线局域网与互联网间、及轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的可靠通信。
下面结合图2-图5，对本发明实施例的轨道交通综合承载系统的结构进行详细说明。
如图2所示，第一信号子系统，包括：依次通信连接的轨旁列车自动控制系统、第一交换机、第一基站、第一基站天线、第一车载天线、第一车载接入TAU1、第一车载交换机及车载控制设备，其中，所述第一基站天线与所述第一车载天线的工作频段为LET-U频段。
第二通信信号子系统，包括：第二交换机、与第二交换机通信连接的以下系统：轨旁列车自动控制系统、轨旁乘客服务系统、互联网及第二基站，与第二基站依次通信连接的第二基站天线、第二车载天线、第二车载接入单元TAU2及第二车载交换机，及分别与第二车载交换机通信连接的以下各设备：车载控制设备、车载乘客服务设备、车载无线局域网设备，其中，所述第二基站天线与所述第二车载天线的工作频段为LET-U频段。
其中，轨旁列车自动控制系统，包括列车自动监控系统(Automatic TrainSupervision，简称ATS)、区域控制器(Zone Comtroller，简称ZC)及计算机连锁系统(Computer Interlocking，简称CI)。
轨旁乘客服务系统包括乘客信息系统(Passenger Information System，简称PIS)、闭路电视监控系统(Closed Circuit TV，简称CCTV)、广播系统(Public Address，简称PA)及紧急呼叫系统。其中，紧急呼叫系统可以是火灾报警系统等任意紧急呼叫系统。
相应的，车载乘客服务设备，可以包括乘客信息设备、闭路电视监控设备、广播设备、紧急呼叫设备等等。
需要说明的是，轨道交通综合承载系统中，车载控制设备可以为一个，也可以为多个，此处不作限制。通常，为了保证对列车的可靠控制，可以在列车中设置两个车载控制设备，从而实现对列车的冗余控制。本发明实施例的各附图中以轨道交通综合承载系统包括CBTC1和CBTC2两个车载控制设备为例进行示意。
具体的，第一信号子系统中，轨旁列车自动控制系统、第一交换机、第一基站、第一基站天线、第一车载天线、第一车载接入单元TAU1、第一车载交换机及车载控制设备依次通信连接，第一基站天线与所述第一车载天线的工作频段为LET-U频段，从而通过LTE-U网络实现CBTC与VOBC间的信号传输。由于第一信号子系统仅用于实现CBTC与VOBC间的信号传输，从而可以保证列车的控制信号不被其它信号干扰，实现了列车控制信号的可靠传输。
第二通信信号子系统中，轨旁列车自动控制系统、轨旁乘客服务系统及互联网，分别通过第二交换机、第二基站、第二基站天线、第二车载天线、第二车载接入单元TAU2、第二车载交换机，与车载控制设备、车载乘客服务设备及车载无线局域网设备连接，从而实现了轨旁列车自动控制系统与车载乘客服务设备间、轨旁乘客服务系统与车载乘客服务设备间、车载无线局域网与互联网间的通信，进而实现了列车的综合承载及乘客上网业务。同时，车载控制设备分别通过第一车载接入单元TAU1及第二车载接入单元TAU2，与轨旁列车自动控制系统之间进行信号传输，从而实现了列车控制信号的冗余，保证了轨道交通综合承载系统的可靠性。
可以理解的是，通过在第一信号子系统与第二通信信号子系统中，分别设置第一交换机、第二交换机、第一车载交换机及第二车载交换机，利用交换机划分虚拟局域网(Virtual Local Area Network，简称VLAN)，对业务进行逻辑划分，从而可以避免两个子系统之间及第二通信信号子系统内的信号干扰，实现了所有业务安全运行。
需要说明的是，由于通常情况下，第一交换机与第一基站的距离较远，因而第一交换机与第一基站通常通过光纤传输，而第一基站通常处理的为电信号，因此在本发明实施例中，如图2所示，可以在第一交换机与第一基站之间设置第一光电转换设备，从而将第一交换机发送的光信号转换为电信号，再传输给第一基站。
即，第一信号子系统还包括：分别与第一交换机及第一基站连接的第一光电转换设备。
相应的，如图2所示，在第二通信信号子系统中，还包括：分别与第二交换机及第二基站连接的第二光电转换设备。
另外，具体实现时，车载控制设备、车载乘客服务设备及第二车载交换机可以同时设置在列车的同一机柜中，从而即减少了列车中通信线路的布设长度，又降低由于通信线路引起的信号损失，提高了各车载设备通信的可靠性。
并且，为了最大限度的降低第一信号子系统与第二通信信号系统间的干扰，第一车载天线及第二车载天线，可以分别设置在列车的两端。相应的，第一车载接入单元TAU1及第二车载接入单元TAU2也可以分别设置在列车两端。而车载无线局域网设备可以分别设置在列车的每个车厢内，从而可以使每个车厢内的乘客均可以接入车载无线局域网，从而满足列车中所有乘客的上网需求。
进一步的，由于车载乘客服务设备包括乘客信息设备、闭路电视监控设备、广播设备及紧急呼叫设备。因此，为了实现上述各乘客服务设备间信号的隔离，本申请实施例中，还可以通过交换机将上述各乘客服务设备间信号进行隔离。即，如图3所示，第二通信信号子系统还可以包括：第三车载交换机。
其中，第三车载交换机分别与第二车载交换机及乘客信息设备、闭路电视监控设备、广播设备及紧急呼叫设备连接。
通过利用第三车载交换机划分VLAN，对乘客信息设备、闭路电视监控设备、广播设备及紧急呼叫设备等业务数据进行逻辑划分，从而保证各业务的安全运行。
另外，为了在接入互联网时，保证数据安全，如图4所示，在综合承载系统中，还可以包括防火墙，防火墙分别与第一交换机、第二交换机及互联网连接，从而通信、信号及互联网数据全部经过防火墙，从而保证综合承载系统中数据的安全性。具体实现时，可以将网关设置到防火墙上，用防火墙做策略进行不同业务数据的隔离。
进一步的，如图4所示，在本申请实施例提供的综合承载系统中，为了实现通信及信号的可靠隔离，还可以在第一交换机、第二交换机及防火墙之间设置骨干交换机，骨干交换机分别与第一交换机、第二交换机、及防火墙连接。从而由骨干网交换机实现信号、通信及WIFI的隔离，然后由第二交换机实现PIS、CCTV、广播系统、紧急呼叫系统等业务数据的隔离，由第一交换机实现轨旁ATS、CI、ZC等业务数据的隔离。
具体实现时，各系统业务数据如轨旁CCTV、PIS、广播系统、紧急呼叫系统通过第二交换机连接到骨干网交换机上，轨旁ATS、CI、ZC通过第一交换机接入骨干网交换机，互联网信号通过防火墙接入到骨干网交换机上，以上所有业务数据到达骨干网交换机后，骨干网交换机可将各业务数据传递到防火墙，经过防火墙做策略后再回传到骨干网交换机，进而再以LTE-U网络作为数据通道，通过基站天线传递到车载天线上。
进一步的，车载天线接收的业务数据经过车载接入单元后，传到车载交换机中，进而车载交换机根据业务数据类型，将各业务数据进行分离后，分别下发至对应的车载设备中，比如车载无线局域网设备、车载乘客服务设备等。
相应的，上行业务数据的传输过程为上述过程的逆过程，此处不再赘述。
下面以结合图3-图5，对该综合承载系统进行地面系统及车载系统的划分后，对本申请提供的轨道交通综合承载系统进行进一步说明。
由图4可知，本发明实施例提供的轨道交通综合承载系统，可以分为地面网络系统及车载网络系统两部分，两部分分别作为一个整体通过LTE-U网络进行通信。具体的，地面综合承载系统的部分结构可以如图5所示，车载综合承载系统的部分结构可以如图3所示。下面结合图3、图4和图5，对本申请实施例提供的轨道交通综合承载系统的结构和工作原理进行详细说明。
如图4和图5所示，地面网络系统，包括轨旁乘客服务系统、轨旁列车自动控制系统及互联网。轨旁列车自动控制系统中的ZC、CI、ATS等系统可以通过第一交换机连接到骨干网交换机上，轨旁乘客服务系统中的PIS、CCTV、乘客广播系统、紧急呼叫系统可以通过第二交换机连接到骨干网交换机，引入的互联网信号只为车载乘客上网使用，直接接入防火墙。以上所有业务达到骨干交换机后将信息传递到防火墙，经过防火墙做策略再回传到骨干交换机，通过骨干交换机到达LTE核心网，通过光纤到轨旁基站经无线网络传递到列车上。
如图3和图4所示，车载网络系统中，车载控制设备、车载乘客服务设备中的PIS、CCTV、广播系统、紧急呼叫设备均设置在同一机柜中，车载无线局域网设备分别设置在列车的每个车厢内。其中，各车载乘客服务设备通过第三车载交换机连接第二车载交换机，车载无线局域网设备及车载控制设备直接连接第二车载交换机。车载部分网关设置在车载接入单元上，地面数据传输到列车上后，由车载接入单元下发到相应系统。
通过地面网络系统及车载网络系统，使得轨旁列车自动控制系统依靠TLE-U网络实现各种车辆控制，车载乘客服务系统利用TLE-U网络实现组播及视频回传的功能，每节车厢的车载无线局域网设备分别连接到第二车载交换机上，由第二车载交换机进行数据传输和以太网(Power Over Ethernet，简称POE)供电，上网业务由互联网提供。虽然上网业务占用LTE-U吞吐量，但因LTE-U网络具有较高的吞吐能力，因此可以满足上网需求。
由此，本发明实施例的轨道交通综合承载系统，可以实现列车的综合承载及乘客上网业务。由于该综合承载系统基于的LTE-U网络的频段免授权，无需发明即可使用，传输距离远，抗干扰能力强，安全性高，高速移动(最高支持160kM/h)环境中可以支持车地之间的双向移动通信，因此，该综合承载系统的网络抗干扰能力强，传输距离远，且在高速移动时仍然可以承载车地综合系统的通信及乘客上网业务，提高了通信的可靠性。
本发明实施例提供的轨道交通综合承载系统，基于LTE-U网络，只需两个通信信号回路，即可实现列车的综合承载及乘客上网业务，不仅网络简单，设备数量少，成本低，而且网络的抗干扰能力强，传输距离远，且在高速移动时可以承载车地综合系统的通信及乘客上网业务，提高了通信的可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个第一处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种轨道交通综合承载系统，其特征在于，包括：第一信号子系统及第二通信信号子系统；
所述第一信号子系统，用于通过LTE-U网络实现轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信；
所述第二通信信号子系统，用于通过LTE-U网络实现轨旁乘客服务系统与车载乘客服务设备间、车载无线局域网与互联网间、及轨旁列车自动控制系统与车载控制设备间的通信。
2.如权利要求1所述的综合承载系统，其特征在于，所述第一信号子系统，包括：依次通信连接的轨旁列车自动控制系统、第一交换机、第一基站、第一基站天线、第一车载天线、第一车载接入单元、第一车载交换机及车载控制设备，其中，所述第一基站天线与所述第一车载天线的工作频段为LET-U频段。
3.如权利要求2所述的综合承载系统，其特征在于，所述轨旁列车自动控制系统，包括列车自动监控系统、区域控制器及计算机连锁系统。
4.如权利要求2或3所述的综合承载系统，其特征在于，所述第一信号子系统还包括：分别与所述第一交换机及所述第一基站连接的第一光电转换设备。
5.如权利要求2所述的综合承载系统，其特征在于，所述第二通信信号子系统，包括：第二交换机、与所述第二交换机通信连接的以下系统：轨旁列车自动控制系统、轨旁乘客服务系统、互联网及第二基站，与所述第二基站依次通信连接的第二基站天线、第二车载天线、第二车载接入单元及第二车载交换机，及分别与所述第二车载交换机通信连接的以下各设备：车载控制设备、车载乘客服务设备、车载无线局域网设备，其中，所述第二基站天线与所述第二车载天线的工作频段为LET-U频段。
6.如权利要求5所述的综合承载系统，其特征在于，所述车载乘客服务设备包括乘客信息设备、闭路电视监控设备、广播系统及紧急呼叫设备；
所述第二通信信号子系统还包括：第三车载交换机；
所述第三车载交换机分别与所述第二车载交换机及所述乘客信息设备、所述闭路电视监控设备、所述广播设备连接及所述紧急呼叫设备连接。
7.如权利要求5所述的综合承载系统，其特征在于，所述车载控制设备、车载乘客服务设备及所述第二车载交换机设置在所述列车的任一机柜中；所述车载无线局域网设备分别设置在列车的每个车厢内。
8.如权利要求5-7任一所述的综合承载系统，其特征在于，所述第二通信信号子系统，还包括：分别与所述第二交换机及所述第二基站连接的第二光电转换设备。
9.如权利要求8所述的综合承载系统，其特征在于，所述综合承载系统，还包括分别与所述第一交换机、所述第二交换机及所述互联网连接的防火墙。
10.如权利要求9所述综合承载系统，其特征在于，所述综合承载系统，还包括骨干交换机；
所述骨干交换机分别与所述第一交换机、所述第二交换机、及所述防火墙连接。
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