CN216982134U - 一种融合组网系统和轨道交通系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种融合组网系统和轨道交通系统，涉及城轨通信领域，所述系统包括：基于LTE‑M的第一网络和融合网络；融合网络包括：融合核心网、融合网络交换机；融合核心网通过融合网络交换机与共用基带处理单元连接；融合核心网用于处理第一网络的通信业务和第二网络的通信业务，第二网络为基于LTE‑U的网络；共用基带处理单元与共用的射频拉远单元以及第二网络的专用射频拉远单元分别连接。本实用新型融合组网系统，提升通信业务的可靠性且提高抗干扰性能。减少基带处理单元、射频拉远单元以及相关网络设备，提高融合组网系统的运行可靠性，降低项目的建设周期，增加车地无线通信系统的经济性。

Description

一种融合组网系统和轨道交通系统

技术领域

本实用新型涉及城轨通信领域，特别是一种融合组网系统和一种轨道交通系统。

背景技术

目前城市轨道交通项目的车地无线通信系统，一般采用WLAN(Wireless LocalArea Network，无线局域网)或LTE-M(Long Term Evolution-Metro，地铁长期演进)技术，各业务使用不同的网络进行承载。

信号业务因涉及到城轨的运行安全，不但需要双网冗余，还需要保证信号传输可靠，一般采用两套基于LTE-M技术的网络，实现信号业务。而通信业务不涉及城轨的运行安全，无需双网冗余，仅需保证信号传输可靠，因此一般采用一套WLAN网络即可实现。

但由于目前的WLAN网络为公用频段，容易受到干扰，并且WLAN网络没有健全的QoS(Quality of Services，服务质量)保障机制，网络拥塞的情况下无法对关键业务进行保障，导致通信业务的可靠性较低，且抗干扰性能较弱。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种融合组网系统和一种轨道交通系统。

第一方面，提供了一种融合组网系统，所述系统包括：基于LTE-M的第一网络和融合网络；

所述融合网络包括：融合核心网、融合网络交换机；

所述融合核心网通过所述融合网络交换机与所述第一网络和第二网络的共用基带处理单元连接，所述融合核心网用于处理所述第一网络的通信业务和所述第二网络的通信业务，所述第二网络为基于LTE-U的网络；

所述共用基带处理单元与所述第一网络和所述融合网络的共用射频拉远单元，以及所述第二网络的专用射频拉远单元分别连接；

其中，所述共用基带处理单元用于处理所述共用射频拉远单元，以及所述专用射频拉远单元发送的数据，所述共用射频拉远单元包括：多个LTE-M 射频拉远单元。

可选地，所述融合核心网包括：移动性管理实体、服务网关以及数据网关；

所述移动性管理实体与所述服务网关连接，用于地面的移动性管理、用户上下文和移动状态管理、分配用户临时身份标识、提供用户签约信息管理和用户位置管理；

所述服务网关与所述数据网关连接，用于在不同接入技术之间移动时用户面的数据交换；

所述数据网关用于提供用户的会话管理和承载控制、数据转发、IP地址分配以及非3GPP用户接入。

可选地，所述第一网络包括：第一网络核心网、第一网络核心交换机和多个第一网络普通交换机；

所述第一网络核心网通过所述第一网络核心交换机与CBTC的地面服务器连接；

所述第一网络核心交换机与所述多个第一网络普通交换机分别连接；

每个第一网络普通交换机与多个LTE-M基带处理单元连接；

每个LTE-M基带处理单元与多个LTE-M射频拉远单元连接。

可选地，所述融合网络交换机包括：融合网络核心交换机和多个融合网络普通交换机；

所述融合网络核心交换机与CBTC的地面服务器、控制中心中集群调度、闭路电视、乘客信息系统的地面服务器分别连接；

所述融合网络核心交换机与所述多个融合网络普通交换机分别连接；

每个融合网络普通交换机与多个所述共用的基带处理单元连接；

每个所述共用的基带处理单元与多个所述共用的射频拉远单元，以及多个所述第二网络专用的射频拉远单元连接。

可选地，所述融合网络核心交换机还与所述融合核心网连接，用于所述融合核心网与所述多个融合网络普通交换机、所述CBTC的地面服务器、所述集群调度、所述闭路电视、所述乘客信息系统的地面服务器之间的数据转发。

可选地，所述系统还包括：车载设备；

所述车载设备包括：第一车载接入单元、第二车载接入单元、第三车载接入单元、两套CBTC、通信交换机以及两个信号交换机；

其中，所述第一车载接入单元用于与所述第一网络进行数据交互，所述第二车载接入单元和所述第三车载接入单元用于与所述第二网络进行数据交互；

所述两套CBTC，通过两个信号交换机，与所述第一车载接入单元、所述第二车载接入单元分别连接；

所述第三车载接入单元用于通过所述通信交换机与列车上的闭路电视、乘客信息系统进行通信业务。

可选地，所述共用射频拉远单元为：既承载信号业务，同时承载通信业务的射频拉远单元。

可选地，所述多个LTE-M射频拉远单元为：所述第一网络使用的所有 LTE-M射频拉远单元中的部分LTE-M射频拉远单元，该部分LTE-M射频拉远单元同时向所述第一网络使用的LTE-M基带处理单元，和所述共用基带处理单元发送数据。

可选地，所述第一网络核心网和所述共用的融合核心网均设置于控制中心。

第二方面，提供了一种轨道交通系统，所述轨道交通系统包括如上述第一方面任一所述的融合组网系统。

本申请实施例具有以下优点：

本实用新型中，融合组网系统舍弃了目前的组网架构(两套LET-M的网络和一套WLAN网络)，而是采用一套基于LTE-M的第一网络和另一套融合网络形成组网架构。而融合网络包括：融合核心网、融合网络交换机。融合核心网通过融合网络交换机与第一网络和第二网络的共用基带处理单元连接，共用基带处理单元与第一网络和融合网络的共用射频拉远单元，以及第二网络的专用射频拉远单元分别连接，其中，第二网络为基于LTE-U 的网络，融合核心网用于处理第一网络的通信业务和第二网络的通信业务，共用基带处理单元用于处理共用射频拉远单元，以及专用射频拉远单元发送的数据，共用射频拉远单元包括：多个LTE-M的射频拉远单元。

通过上述组网的方式，摒弃了WLAN网络，使用融合网络替代了WLAN 网络实现通信业务。由于LTE-U的网络相较于WLAN网络，在覆盖范围、传输距离、抗干扰能力、QoS保障等多方面均有显著提升，因此提升了融合组网系统通信业务的可靠性，且提高了抗干扰性能。另外，由于网络架构的减少，自然减少了基带处理单元、射频拉远单元以及相关网络设备，也间接的减少了可能的设备故障节点，提高了整个融合组网系统的运行可靠性，同时还降低了城市轨道交通项目的建设周期，增加了车地无线通信系统的经济性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。

图1是本实用新型实施例的融合核心网的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中，融合组网系统的设备连接示意图；

图3是本实用新型实施例的车载设备的连接示意图；

图4是本实用新型实施例中，融合组网系统应用在城轨时的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

发明人发现，目前城市轨道交通项目的车地无线通信系统，一般采用两套基于LTE-M技术的网络，和一套WLAN网络实现列车正常运行。

在控制中心布置上述网络。其中，CBTC(Communication Based Train Control，基于通信的列车控制)、集群调度、车辆运行状态、紧急文本等安全业务涉及到列车的安全运行，一般使用LTE-M技术的网络进行承载，且要求必须双网冗余。LTE-M网络的核心网基于BBU(Building Base band Unite，基带处理单元)、有线传输设备、轨旁的RRU(RemoteRadio Unit，射频拉远单元)，以及列车上设置的TAU(Train Access Unit，车载接入单元)实现信号业务。

而CCTV(Close Circuit Television，闭路电视)、PIS(Passenger InformationSystem，乘客信息系统)等通信业务不涉及到列车的安全运行，一般使用 WLAN网络进行承载。WLAN网络一般在控制中心及车站设置AC(Wireless Access Point Controller，无线控制器)和有线传输系统，轨旁设置AP(Wireless Access Point，无线接入点)，通过列车上设置的车载AP实现通信业务。

但目前LTE-M网络受频带宽度限制，上下行吞吐量有限，难以满足通信、信号各业务综合承载的业务需求，且LTE-M系统频段为专有频段，频率申请困难。WLAN网络虽然为公用频段，但容易受到干扰，并且没有健全的QoS保障机制，网络拥塞的情况下无法对关键业务进行保障，从而导致车地无线通信系统的通信业务的可靠性较低，且抗干扰性能较弱。

另外，由于网络架构相对复杂，无论是控制中心，还是车站等，基带处理单元、射频拉远单元以及相关网络设备较多，间接导致工程施工复杂，维护难度高，经济效应差。

基于上述研究发现，发明人创造性地提出了本实用新型的一种融合组网系统和一种轨道交通系统。以下对本实用新型的技术方案进行详细说明。

本实用新型实施例一种融合组网系统，该系统包括：基于LTE-M的第一网络和融合网络；融合网络包括：融合核心网、融合网络交换机，融合核心网通过融合网络交换机与第一网络和第二网络的共用基带处理单元连接，共用基带处理单元与第一网络和融合网络的共用射频拉远单元，以及第二网络的专用射频拉远单元分别连接；第二网络为基于LTE-U(Long Term Evolution-Unlicensed，长期演进-免授权频段)技术的网络。即，本实用新型实施例所提出的融合组网系统的架构，可以看作是由一套单独的基于LTE-M 技术的网络，加上一套基于LTE-M技术和LTE-U技术融合的网络，两者共用一个融合核心网，共用BBU和共用第一网络中的部分LTE-M RRU。

由于通信业务不涉及列车的安全运行，因此，融合核心网基于共用的 BBU、共用的第一网络中的部分LTE-M RRU以及LTE-U RRU，处理第一网络的通信业务和第二网络的通信业务，而信号业务依然由一套独立的基于 LTE-M技术的网络承载。由于该套网络仅承载信号业务，因此完全可以满足信号各业务承载需求。

本实用新型实施例中，共用的BBU用于处理共用的RRU以及LTE-U RRU发送的数据，共用的RRU包括：多个LTE-M RRU。即，在施工阶段，除了需要安装布置承载信号业务的LTE-MRRU以外，仅需要再安装布置承载通信业务的LTE-U RRU即可，而所有的LTE-U RRU中，有部分的承载信号业务的LTE-M RRU，同时还用于承载通信业务，这部分承载通信业务的 LTE-MRRU，同时向第一网络使用的LTE-M BBU，和共用BBU发送数据。例如：假设安装布置了100个LTE-M RRU，这100个LTE-M RRU承载信号业务，满足第一网络的信号业务需求，同时，这100个LTE-M RRU中，可能有部分LTE-M RRU，假设为30个LTE-M RRU，同时还承载通信业务，其还向共用BBU发送通信业务的数据，这30个LTE-M RRU即为共用BBU，而剩余的70个LTE-M RRU为第一网络的专用LTE-M RRU。

而所有的BBU中，选取若干个BBU为单独承载信号业务的第一网络提供数据处理服务，只需满足第一网络需求的数据处理能力即可。剩余的BBU 均可以作为共用的BBU，为承载通信业务的融合网络提供数据处理服务。这部分共用的BBU，可以处理承载通信业务的LTE-M的RRU和承载通信业务的LTE-U的RRU发送来的数据。

本实用新型实施例中，融合核心网包括：移动性管理实体(Mobility ManagementEntity，MME)、服务网关(Serving Gateway，S-GW)以及数据网关(Packet Data NetworkGateway，P-GW)。MME与S-GW连接，用于地面的移动性管理、用户上下文和移动状态管理、分配用户临时身份标识、提供用户签约信息管理和用户位置管理。

S-GW与P-GW连接，用于在不同接入技术之间移动时用户面的数据交换；P-GW用于提供用户的会话管理和承载控制、数据转发、IP地址分配以及非3GPP用户接入。参照图1，示例性的示出了本实用新型实施例的融合核心网的结构示意图，融合核心网通过交换机与基站、地面服务器分别连接，以实现列车与控制中心的通信业务。

其中，图1中的交换机可以具体包括：融合网络核心交换机和融合网络普通交换机，基站为BBU和RRU的统称，地面服务器可以为CBTC的地面服务器、控制中心中集群调度的地面服务器、闭路电视的地面服务器、乘客信息系统的地面服务器。

需要说明的是，图1中为了图示的简洁，示例性的示出了部分设备，并不代表融合核心网仅由MME、S-GW以及P-GW构成，交换机、基站、地面服务器也没有进行详细区分，在下文中会有详细说明。

参照图2，示出了本实用新型实施例中，融合组网系统的设备连接示意图，同样的，图2中仅示出了关键设备的连接关系，并不代表融合组网系统仅由这些设备组成。图2中用LTE-M网络表示第一网络，用融合LTE网络表示融合网络。

本实用新型实施例中，第一网络包括：第一网络核心网、第一网络核心交换机和多个第一网络普通交换机；融合网络包括：融合核心网、融合网络交换机。其中，第一网络核心网和融合核心网均设置于控制中心。融合网络交换机包括：融合网络核心交换机和多个融合网络普通交换机。

第一网络核心网通过第一网络核心交换机与CBTC的地面服务器连接；第一网络核心交换机与多个第一网络普通交换机分别连接；而每个第一网络普通交换机可以与多个LTE-M BBU(图2中为了图示的简洁，仅示例性的示出了一个第一网络普通交换机与一个独立BBU连接)连接；同样的，每个LTE-M BBU也可以与多个LTE-M RRU(图2中为了图示的简洁，仅示例性的示出了一个独立BBU与四个LTE-M RRU连接)连接。由于第一网络是单独承载信号业务的网络，因此其只有LTE-M RRU，独立BBU也仅需要处理LTE-M RRU发送的数据。

对于融合网络：融合网络核心交换机与CBTC的地面服务器、控制中心中集群调度、闭路电视、乘客信息系统的地面服务器分别连接；同时，融合网络核心交换机还与融合核心网连接，用于融合核心网与多个融合网络普通交换机、CBTC的地面服务器、集群调度的地面服务器、CCTV的地面服务器、PIS的地面服务器之间的数据转发。

融合网络核心交换机与多个融合网络普通交换机分别连接；和第一网络类似的，每个融合网络普通交换机与多个共用的BBU连接；每个共用的BBU 与多个共用的RRU以及LTE-U RRU连接。图2中，共用BBU连接的四个 RRU中，示例性的示出了两个LTE-M RRU和两个LTE-U RRU，其中的两个LTE-M RRU即为第一网络中的任意两个LTE-M RRU，其既可以承载信号业务，同时还承载通信业务。

通过上述融合组网系统的架构，即可实现列车与控制中心的信号业务和通信业务，并且由于LTE-U的网络相较于WLAN网络，在覆盖范围、传输距离、抗干扰能力、QoS保障等多方面均有显著提升，因此提升了融合组网系统通信业务的可靠性，且提高了抗干扰性能。另外，由于网络架构的减少，自然减少了BBU、RRU以及相关网络设备(例如交换机等)，也间接的减少了可能的设备故障节点，提高了整个融合组网系统的运行可靠性，同时还降低了城市轨道交通项目的建设周期，增加了车地无线通信系统的经济性。

本实用新型实施例中，由于不再使用WLAN网络，因此列车上的车载设备也需要相应的进行调整改变。基于WLAN网络实现通信业务时，列车上需要设置车载AP。而本实用新型实施例中的列车上，车载设备包括：第一TAU(图3中LTE-M网络下方虚框中的LTE-M TAU)、第二TAU(图3 中LTE融合网络下方虚框中的LTE-M TAU)、第三TAU(图3中LTE融合网络下方虚框中的LTE-U TAU)、两套CBTC、通信交换机以及两个信号交换机。参照图3，示出了本实用新型实施例的车载设备的连接示意图。

其中，第一TAU用于与第一网络(图3中LTE-M网络)进行数据交互，第二TAU和第三TAU用于与融合网络(图3中LTE融合网络)进行数据交互；可以理解的是，所有TAU与网络进行数据交互时，都需要借助天线，所以，与第一网络进行数据交互时，需要有LTE-M天线，与融合网络进行数据交互时，需要同时有LTE-M天线和LTE-U天线。

由于有两个网络，因此车载机柜中需要有两套CBTC，图3中为了图示的简洁，示例性的示出了一套CBTC，两套CBTC通过两个信号交换机，与第一TAU、第二TAU分别连接，用于进行信号业务，第三TAU用于通过通信交换机与列车上的CCTV、PIS进行通信业务。通过这种方式，实现整车与控制中心的通信业务、信号业务。

本实用新型的融合组网系统，具体应用在城轨中，可以参照图4所示的组网系统示意图所示。图4中，控制中心布置LTE-M核心网(即第一网络核心网)和LTE-M/LTE-U共用核心网(即融合网络核心网)。控制中心的具体业务有信号业务和通信业务。其中信号业务可以由CBTC系统实现，CBTC 系统一般包括：CI(Computer Interlocking；计算机联锁)和ZC(Zone Controller；区域控制器)

通信业务可以由CBTC系统、调度系统(即调度集群)、PIS系统和CCTV 系统实现。调度系统包括：集群调度机、调度台、CAD、集中网管、录音录像；PIS系统包括：PIS服务器、紧急文本；CCTV系统包括：CCTV服务器、视频墙。

LTE-M核心网由两台BBU进行数据处理业务，LTE-M/LTE-U共用核心网由两台BBU进行数据处理业务。列车运行的轨道线路包括：正线、车站站台、出入段/车辆段/试车线。每个线路都有RRU设备，正线和车站站台使用定向天线或漏缆与列车上的TAU进行数据交互，正线和车站站台使用合路器实现定向天线或漏缆与RRU的数据交互。车站站台(包括车站控制室、车站站厅)、出入段/车辆段/试车线还使用全向天线与列车上的TAU进行数据交互，车站站台、出入段/车辆段/试车线使用功分器实现全向天线与RRU 的数据交互。

在列车上的车载设备中，除了LTE-M TAU和LTE-U TAU以外，还示例性的示出了VOBC(Vehicle On-Board Controlle，车载控制器)、LTE手持台、PIS/CCTV主机。

基于上述融合组网系统，本实用新型实施例还提供了一种轨道交通系统，所述轨道交通系统包括如前任一所述的融合组网系统。

通过上述实施例，本实用新型的融合组网系统，舍弃了目前的组网架构 (两套LET-M的网络和一套WLAN网络)，而是采用一套LTE-M的网络和另一套LTE-M/LTE-U融合网络形成组网架构。融合网络共用融合核心网，共用射频拉远单元和基带处理单元；融合核心网通过第二网络交换机与共用的基带处理单元连接，共用的基带处理单元与共用的射频拉远单元连接，融合核心网基于共用的基带处理单元和共用的射频拉远单元，融合两个网络的通信业务，共用的基带处理单元用于处理共用的射频拉远单元发送的数据，共用的射频拉远单元包括：多个LTE-M的射频拉远单元、多个LTE-U的射频拉远单元。

通过上述融合组网的方式，摒弃了WLAN网络，使用融合网络替代了 WLAN网络实现通信业务。由于LTE-U的网络相较于WLAN网络，在覆盖范围、传输距离、抗干扰能力、QoS保障等多方面均有显著提升，因此提升了融合组网系统通信业务的可靠性，且提高了抗干扰性能。另外，由于网络架构的减少，自然减少了基带处理单元、射频拉远单元以及相关网络设备，也间接的减少了可能的设备故障节点，提高了整个融合组网系统的运行可靠性，同时还降低了城市轨道交通项目的建设周期，增加了车地无线通信系统的经济性。

Claims (10)

1.一种融合组网系统，其特征在于，所述系统包括：基于LTE-M的第一网络、基于LTE-U的第二网络以及融合网络；

所述融合网络包括：融合核心网、融合网络交换机；

所述融合核心网通过所述融合网络交换机与所述第一网络和所述第二网络的共用基带处理单元连接，所述融合核心网用于处理所述第一网络的通信业务和所述第二网络的通信业务；

所述共用基带处理单元与所述第一网络和所述融合网络的共用射频拉远单元，以及所述第二网络的专用射频拉远单元分别连接；

其中，所述共用基带处理单元用于处理所述共用射频拉远单元，以及所述专用射频拉远单元发送的数据，所述共用射频拉远单元包括：多个LTE-M射频拉远单元。

2.根据权利要求1所述的融合组网系统，其特征在于，所述融合核心网包括：移动性管理实体、服务网关以及数据网关；

所述移动性管理实体与所述服务网关连接，用于地面的移动性管理、用户上下文和移动状态管理、分配用户临时身份标识、提供用户签约信息管理和用户位置管理；

所述服务网关与所述数据网关连接，用于在不同接入技术之间移动时用户面的数据交换；

所述数据网关用于提供用户的会话管理和承载控制、数据转发、IP地址分配以及非3GPP用户接入。

3.根据权利要求1所述的融合组网系统，其特征在于，所述第一网络包括：第一网络核心网、第一网络核心交换机和多个第一网络普通交换机；

所述第一网络核心网通过所述第一网络核心交换机与CBTC的地面服务器连接；

所述第一网络核心交换机与所述多个第一网络普通交换机分别连接；

每个第一网络普通交换机与多个LTE-M基带处理单元连接；

每个LTE-M基带处理单元与多个LTE-M射频拉远单元连接。

4.根据权利要求1所述的融合组网系统，其特征在于，所述融合网络交换机包括：融合网络核心交换机和多个融合网络普通交换机；

所述融合网络核心交换机与CBTC的地面服务器、控制中心中集群调度、闭路电视、乘客信息系统的地面服务器分别连接；

所述融合网络核心交换机与所述多个融合网络普通交换机分别连接；

每个融合网络普通交换机与多个所述共用的基带处理单元连接；

每个所述共用的基带处理单元与多个所述共用的射频拉远单元，以及多个所述第二网络专用的射频拉远单元连接。

5.根据权利要求4所述的融合组网系统，其特征在于，所述融合网络核心交换机还与所述融合核心网连接，用于所述融合核心网与所述多个融合网络普通交换机、所述CBTC的地面服务器、所述集群调度、所述闭路电视、所述乘客信息系统的地面服务器之间的数据转发。

6.根据权利要求1所述的融合组网系统，其特征在于，所述系统还包括：车载设备；

所述车载设备包括：第一车载接入单元、第二车载接入单元、第三车载接入单元、两套CBTC、通信交换机以及两个信号交换机；

其中，所述第一车载接入单元用于与所述第一网络进行数据交互，所述第二车载接入单元和所述第三车载接入单元用于与所述第二网络进行数据交互；

所述两套CBTC，通过两个信号交换机，与所述第一车载接入单元、所述第二车载接入单元分别连接；

所述第三车载接入单元用于通过所述通信交换机与列车上的闭路电视、乘客信息系统进行通信业务。

7.根据权利要求1所述的融合组网系统，其特征在于，所述共用射频拉远单元为：既承载信号业务，同时承载通信业务的射频拉远单元。

8.根据权利要求1所述的融合组网系统，其特征在于，所述多个LTE-M射频拉远单元为：所述第一网络使用的所有LTE-M射频拉远单元中的部分LTE-M射频拉远单元，该部分LTE-M射频拉远单元同时向所述第一网络使用的LTE-M基带处理单元，和所述共用基带处理单元发送数据。

9.根据权利要求1所述的融合组网系统，其特征在于，所述第一网络核心网和所述融合核心网均设置于控制中心。

10.一种轨道交通系统，其特征在于，所述轨道交通系统包括如权利要求1-9任一所述的融合组网系统。

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