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          深圳市華夏盛科技有限公司Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd.

          基于MimoMesh寬帶自組網電臺,實現長距離、大容量、精準瞬時操控的城市地鐵軌道星鏈系統

          時間:2022-02-07 13:58:55 來源: 點擊:

          一、前言

              近十多年來,我國城市軌道交通發展,極為迅速,方便、準時的地鐵,成為各大城市的交通保障。

              國內外現有的城市軌道交通控制,以語音對講調度和軌基傳感聲光警示為主,試圖通過分布WiFi等以太網接入或4G/5G基站,結合泄漏電纜/直放站,都不能解決車輛與地面,車輛與車輛,包括地面與對面的長線路、快速移動的實時數據、調度語音和高清視頻傳輸。

              構成無中心、自組織、自適應、自愈合的動態路由/多跳自動中繼通信的自組織網狀網絡(Mesh)的寬帶自組網電臺,是點對點、點對多和多對多的綜合業務通信的更佳選擇,Mesh寬帶自組網電臺實現同一網絡的不同節點之間,在快速移動、遮擋非視距和環境干擾等復雜應用情況下的動態路由、多跳中繼的高清視頻、多路數據和保真通話。

              基于第五代移動通訊(5G)/軟件無線電(SDR)技術的多載波調制OFDM、智能天線MIMO和自組織分組無線網狀網AD-HOC/MESH的MimoMesh寬帶自組網電臺,是目前更強大的自組網電臺,提供100Mbps、50公里以上的實時高清視頻、多路串行數據、雙向對講話音和寬帶以太網絡連接,是關鍵專網無線通訊的理想選擇。

          MimoMesh智能天線寬帶自組網電臺,全IP化設計、安裝使用靈活、操作維護方便,提供視頻擴展和WIFI/4G路由擴展,靈活應用于軍用通信專網、公共安全專網、應急通信專網、行業信息專網、區域寬帶專網、無線監控專網、協同管理專網及智能傳輸專網等,為軍用通信、反恐處突、公安執法、安?;顒?、搶險救援、消防指揮、森林防火、林區監控、人防/地震、電力巡檢、數字油田、無人機群、車隊互通、艦船編隊、海上通信、機場地勤、地鐵應急、軌道交通、公路建設、水文監測、移動采播、醫療等領域,提供穩定可靠、及時高效的高清視頻、多路數據、清晰語音及可視化的指揮調度。

          MimoMesh寬帶自組網電臺,是長距離、大容量、精準瞬時操控的城市地鐵”軌道星鏈”系統的更佳選擇。

          二、關鍵問題一:單信道系統的更大網絡節點數

          基于IP的寬帶自組網電臺,每一個電臺節點,就是一個IP網關。相同的工作頻率、工作帶寬、系統碼、密鑰等參數及波形、協議的電臺,就可以開機構成同一個網絡系統。受限于MAC層網絡,單信道系統的理論更大節點數是256個。實際應用的單信道系統的更大網絡節點數,取決于網絡協議(CSMA/DTDMA/Token-Ring)、鏈路實際帶寬(1-100Mbps)以及外部接入的項目應用的業務數據量(數據/視頻/語音)。

          要求瞬時數據,精準操控的軌道交通控制,采用DTDMA方式的網絡協議,避免自由競爭的CSMA方式的惡性擁堵,和低效率的Token-Ring方式的容量限制。無中心、動態路由、多跳中繼的Mesh自組網系統,網絡內所有節點,實時更新公共網絡信息,網絡規模越大,網絡公共信息越多,占用鏈路帶寬越大。128個節點的單系統網絡,公共信息占用帶寬小于30%。

          根據多次實際測試,工作于L波段、200毫瓦輸出、6dB雙天線的MimoMesh寬帶自組網電臺,在20兆赫茲信道帶寬的情況下,在200~500米的距離范圍內,隧道地面對地面,車輛對車輛,以及車輛對地面,可以達到速率20~50Mbps、延時10-13毫秒的鏈路傳輸。(注:2020年12月26號在16號線國家圖書館地鐵站到萬壽寺地鐵站,地下隧道里,單跳測更遠大概600米,速率應該是52Mbit/s。2021年1月21號在快速路的隧道,單跳應該是800米,速率大概是48-71Mbit/s。2021年3月17號,在地鐵15號線,馬泉營地鐵站,地對地通信,40Mbit/s,延時12-13ms。車地通信,速率20-50Mbit/s。車車通信,速率7-50Mbit/s,延時12ms。)

          項目要求,軌旁Mesh之間、車載Mesh與軌旁Mesh之間、前后車Mesh設備之間通信的數據速率是512kbps以上,數據收發間隔200ms。

          幾公里到數十公里長的地鐵軌道,提供幾公里范圍的一個或多個地面接入,由于隧道內地形復雜,彎曲起伏,為了保證地面節點之間、車輛與地面之間的鏈路的30兆以上的速率,地面節點,以200~500米距離,分布布點。

          假設地面節點間距小到200米,要求完成線路跨度大到2公里,就需要布置10個節點,30兆bps的鏈路速率,經過10次中繼以后的實際帶寬,不考慮波分復用和空時編碼,是30/10=3Mbps,這是極限的情況,遠高于項目的更低要求的512kbps。

          假設2公里的范圍內分布了10臺車輛(200米一輛),10臺車輛,512kbps以上的數據,都需要分別通過10個節點,經同一個路由,匯入到同一個地面接入點,不考慮波分復用和空時編碼,接入點鏈路需要的更低速率是512k×10+512k×9+512k×8+...+512kx1=28.16Mbps,小于更低鏈路速率30Mbps。

          上述假設的單信道系統的節點數量為,10個地面+10輛車=20個,遠小于目前成熟使用方案的128個。

          三、關鍵問題二:超長地鐵線的多區域無縫自動切換

          采用多信道的多線路的自動切換漫游,是解決長距離、大容量組網的關鍵。根據線路的地形,接入點的位置,機車數量,優化線路分段及布點,用雙信道交叉分配,達到30Mbps以上鏈路速率。

          超長地鐵線的多區域無縫自動切換,是提供全線路無盲區的瞬時響應、精準操控的重要保障。簡單的來講,就是,第一,地面切換的區域,A到B之間,B到A之間,進行重疊覆蓋,第二,移動車輛,雙信道,同時工作。這樣,車輛在行進過程中,在不同的覆蓋區域,提前切換入網,確保數據不丟失,延時時間,控制到更小。

          基于MimoMesh寬帶自組網電臺,實現長距離、大容量、精準瞬時操控的城市地鐵軌道星鏈系統(圖1)

          1. 網絡:

          1)不同區域采用不同頻率固定臺進行覆蓋,提升網絡整體規模、容量以及業務吞吐率;

          2)在網絡覆蓋邊緣區域,有2個左右點位布置雙頻段固定臺,保證相鄰網絡有一定充分交疊區域;

          2. 車輛:采用雙頻段車載臺,保證雙頻同時接入能力

          3. 數據:

          1)在車輛移動過程當中,始終保持1~2個網絡的接入,并有相應傳輸能力;

          2)通過雙頻車載臺與匯聚服務器的配合,保證業務應用終端與后臺網絡之間數據傳輸的連續流暢,同時與雙頻網絡結合,實現無縫(無損)切換;