城市轨道交通信号与通信系统（第4版）课件：城市轨道交通传输与支持系统应用

城市轨道交通信号与通信系统

（第4版）城市轨道交通传输与支持系统应用010203通信基本认知传输系统的应用时钟系统的应用CONTENTS目录城市轨道交通通信系统城市轨道交通通信系统是保证列车安全、快速、高效运行的综合通信设备。城市轨道交通设备之间大量的信息传递,需要使用有线或者无线方式迅速、准确、可靠地传送城市轨道交通所需要的信息,同时城市轨道交通通信系统还需要传输系统、时钟系统等其他的支持系统。通信基本认知01通信通信的目的是传递消息中所包含的信息。消息是物质或精神状态的一种反映,例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等。信息是消息中包含的有效内容,通信则是进行信息传递或者消息的传递。实现通信的方式和手段有很多,如旌旗、消息树、烽火等,这属于非电的;还有如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等,这都属于电的。一、通信系统的模型一、通信系统的模型将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。它分为有线信道和无线信道两大类。集中表示分布于通信系统中各处的噪声。把各种消息转换成原始电信号,如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。产生适合于在信道中传输的信号。从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。把原始电信号还原成相应的消息,如扬声器等。信息源(信源)发送设备信道噪声源接收设备收信者(信宿)模拟信号和数字信号电信号的参量取值连续(不可数、无穷多),则称之为模拟信号。例如,话筒送出的输出电压包含有话音信息,并在一定的取值范围内连续变化。如果信号只取有限的几个值,则称之为数字信号，例如电报信号、计算机输入输出信号模拟通信和数字通信模拟通信数字通信二、通信及传输方式(1)单工通信。单工通信是只支持数据在一个方向上传输。单工时每个通信端只占用1个无线频道。(2)半双工通信。半双工通信就是指一个时间段内只有一个动作发生,虽然数据可以在两个方向上传送,但通信双方不能同时收发数据。半双工通信时,每个通信端只占用1个无线频道。(3)全双工通信。全双工通信可以同时进行双向传输,此时收发信道同时打开,双方可以同时讲话。全双工通信时每个通信端同时占用2个无线频道。二、通信及传输方式(1)并行传输。并行传输是将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在2条或2条以上的并行信道上同时传输。其优点是节省传输时间,速度快,不需要字符同步措施,但需要n条通信线路,成本高。(2)串行传输。串行传输是将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。其优点是只需一条通信信道,节省线路铺设费用,但是其传输速度慢且需要外加码组或字符同步等措施三、调制技术调制就是对信号源的信息进行处理然后加到载波上,使其变为适合于信道传输形式的过程,就是使载波随信号的改变而改变的技术。信号源的信息(也称为信源)含有直流分量和频率较低的频率分量,称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号,因此,必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫作已调信号,而基带信号叫作调制信号。调制是通过改变高频载波载体信号的幅度、相位或者频率,使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来,以便预定的接收者(信宿)处理和理解的过程。四、多址复用技术五、无线通信的频率资源传输系统的应用02传输系统0204担负着城市轨道交通几乎所有通信系统信息传输的重任03传输系统是一个基于光纤的宽带综合业务数字传输网络01传输系统在城市轨道交通通信系统中的地位非常重要05为各种业务信息提供多种宽窄带传输通道,构成传送语音、文字、数据和图像等各种信息的综合业务传输网。随着目前CBTC的发展,同时还需要承担信号系统的信息传输一、传输系统结构传输系统由光纤骨干网、网络节点、用户接口卡、网络管理系统组成；光纤骨干网,贯穿整个传输介质,它有光纤、电缆两种传输介质。短距离连接使用电缆或多模光纤,长距离连接使用单模光纤。网络节点是用户访问网络、使用网络的途径,为用户接口卡提供电源,接收用户接口卡信息发送到光纤网络,接收光纤网络信息传送到用户接口卡。用户接口卡,是用户接入系统的硬件工具,它使自身系统无限向外延伸。网络管理系统,基于主流、成熟的操作系统和友好的操作界面,对传输网络进行配置、扩展、管理和维护。二、网络结构星形

环形总线形

网状形

树形五、传输系统与其他系统的接口序号业

务

类

别接

口

类

型传

输

速

率信

道

方

式带宽1公务电话E11Mbit/s点对点4M10/100BASE-T2Mbit/s共线以太网2M2专用电话E11Mbit/s点对点4M10/100BASE-T2Mbit/s共线以太网2M3无线通信系统E11Mbit/s点对点4M10/100BASE-T2Mbit/s共线以太网2M10/100BASE-T2Mbit/s共线以太网2M4广播音频10/100BASE-T2Mbit/s共线以太网2M5时钟信号及网管10/100BASE-T1Mbit/s共线以太网2M6视频监视系统10/100BASE-T1Mbit/s共线以太网2M1000BASE-T100Mbit/s共线以太网100M100BASE-T10Mbit/s共线以太网10M7电源网管100BASE-T1Mbit/s共线以太网2M8信号系统10/100BASE-T10Mbit/s共线以太网10M9自动售检票系统10/100BASE-T2Mbit/s共线以太网2M10综合监控系统1000BASE-T100Mbit/s共线以太网100M六、传输介质双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成。采用这种方式,不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰,也可以降低多对绞线之间的相互干扰。把2根绝缘的导线互相绞在一起,干扰信号作用在这2根相互绞缠在一起的导线上是一致的(这个干扰信号叫作共模信号),在接收信号的差分电路中可以将共模信号消除,从而提取出有用信号双绞线电缆双绞线类型和比较类型带宽最大速率频率有效距离特点Cat10.4MHz模拟语音(电话线路)<1

MHz短距离仅支持语音，无数据能力，已淘汰。Cat24MHz4Mbps(令牌环

网络)4MHz100米早期低速数据网络，已淘汰。Cat316MHz10Mbps(10BASE-T)16MHz100米首个支持以太网的线缆，用于

10M网络，现少见。Cat420MHz16Mbps(令牌环)20MHz100米短暂存在，被Cat5取代。Cat5100

MHz100Mbps

(100BASE-TX)100

MHz100米已淘汰，仅用于旧设备。Cat5e100

MHz1Gbps100

MHz100米改进串扰抑制，主流家用选择。Cat6250

MHz10Gbps250MHz55米

(10Gbps)绞合更密，支持短距离高速传输。Cat6a500

MHz10Gbps500

MHz100米加厚屏蔽，适合数据中心长距离。Cat7600

MHz10Gbps600

MHz100米全屏蔽(S/FTP),需专用GG45接口。Cat82000

MHz25/40Gbps2000

MHz30米超高频，短距离超高速数据中心。双绞线六、传输介质同轴电缆是由相互绝缘的同轴心导体构成的电缆,包括内导体、绝缘层、外导体和护套。电磁场封闭在内外导体之间,故辐射损耗小,受外界干扰影响小。内芯：对信号传输影响最大，材质要求高外导体：回路导体、屏蔽作用绝缘层

：

介电常数低，结构一致，以保证阻抗均匀

护套：机械、化学腐蚀保护同轴电缆六、传输介质光纤是光导纤维的简称,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。微细的光纤封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于断裂。通常,光纤一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤,光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。六、传输介质光纤的全反射六、传输介质光纤的安全使用光学设备标示（半导体激光）请不要尝试调整或修改激光及其控制电路请不要直接看光学端口或者光纤的末端在准备好连接电缆之前请不要移除保护盖小心接触破损的光纤，锐利的光纤可能引起眼睛和皮肤伤害七、

无线传输的应用城市轨道交通运营中的列车控制需要上下行低速数据业务,需要提供双向、连续、高可靠的车-地无线传输通信;乘客PIS业务则以下行数据为主,向乘客提供各类信息及节目播放;车载CCTV业务则以上行数据传输为主,将列车实时监控图像上传到运营控制中心供调度指挥人员查看。所以,目前车-地之间的数据、图像、视频等多种业务的完成需要实时性和高可靠性的无线传输通道。目前比较常用的地铁无线有无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)技术和长期演进(LongTermEvolution,LTE)技术两种。1.WLAN技术的应用名称标准发布年份频段速率Wi-Fi1802.1119972.4GHz2MbpsWi-Fi2802.11b19992.4GHZ11MbpsWi-Fi3802.11a19995GHz54Mbps802.11g20032.4GHz54MbpsWi-Fi4802.11n20092.4GHz/5GHz600MbpsWi-Fi5802.11acWave120135GHz1.3GbpsWi-Fi6802.11acWave220155GHz3.47Gbps802.11ax20192.4GHz/5GHz10GbpsWi-Fi7IEEE802.11be20222.4GHz/5GHz/6GHz30Gbps2.LTE技术的应用LTE是3G的演进,是由3GPP组织制定的全球通用标准。LTE制式分为FDD-LTE和TD-LTE,分别采用频分复用和时分复用技术。LTE与WiMax一起被称作第四代移动宽带(4G)标准,是由2G(GSM,CDMA),2.5G(EDGE/GPRS,CDMA2000),3G(UMTS)演进而来。国内运营商的TD-LTE正式商用是从2013年底开始,2018年,中国城市轨道交通协会发布了《城市轨道交通车地综合通信系统(LTE-M)规范》,正式定义了地铁行业应用的TD-LTE规范,因此TD-LTE开始在地铁行业大规模应用,新建地铁线路信号系统车-地通信开始逐渐用LTE-M方案替代WLAN方案。LTE车-地无线通信方案遵循LTE-M标准协议,采用TD-LTE标准,在1.8GHz专用频段(1785~1805MHz)进行车-地通信。2.LTE技术的应用专有频段，避免公众信号干扰TDLTE采用专有频段，与Wi-Fi、蓝牙、公网等分开避免各类公众无线信号干扰，确保经过干扰区域时车载业务体验和行车安全专有技术，避免系统内部干扰使用IRC、BF等技术避免同频干扰，解决LTE同频组网时邻区干扰ICIC抑制系统内邻区干扰，提高小区边缘信道质量和带宽，确保小区边缘业务平稳4G专有频段ICIC技术长距离覆盖，减少设备、简化维护每RRU远距离覆盖，减少轨旁基站数量隧道内设备大幅度减少，减少安装维护工作BBU部署在车站，RRU部署在车站靠近隧道处，维护检修方便，时间灵活选择隧道内基本“零”设备部署2.LTE技术的应用CBTC实时数据集群调度业务(语音)列车运行状态信息紧急信息文本下发车载闭路电视监控PIS流媒体业务集群调度业务(视频)综合承载LTE-M在保证列控数据的完整性、实时性和可靠性的同时承载以下业务：LTE-M系统应具备承载CBTC列控信息（含列车状态信息）车载视频监控数据回传车载乘客信息下发（含紧急文本）手持终端视频监控和回传等功能系统应支持基于用户和基于业务的优先级保障。在业务拥塞的情况下，应有优先级机制支持高QoS等级用户的业务正常进行，其中，CBTC具有最高的优先级。2.LTE技术的应用TAUTAU车载网络车载控制器车载路由器LTE核心网LTE核心网B网A网接入层终端层定向天线定向天线正线/车站车辆段/停车场合路器合路器GPSGPS核心层CBTC业务系统应用层漏缆中心路由器中心交换机车站交换机BBU+RRU防火墙中心路由器中心交换机骨干网接入网网络结构2.LTE技术的应用序号频率宽度组网方式可承载业务15M网络A：3MHzCBTC网络B：1.4MHzCBTC210M网络A：5MHzCBTC+紧急文本+列车状态监控网络B：3MHz/5MHzCBTC315M网络A：10MHzCBTC+紧急文本+列车状态监控+1路标清PIS+1~2路标清CCTV+集群网络B：3MHz/5MHzCBTC420M网络A：10MHzCBTC+紧急文本+列车状态监控+1路标清PIS+1~2路标清CCTV+集群网络B：5MHz/10MHzCBTC注：在实际组网中应考虑隔离频段。2.LTE技术的应用LTE核心网（A网）LTE核心网（B网）功分器功分器定向天线室分天线正线/车站（双网）车辆段合路器GPSGPSCBTC业务系统PIS业务系统CCTV业务系统ATS信息编辑视频播放视频墙漏缆中心路由器BBU（A网）中心路由器RRUTetraRRUCBTC镜像存储CBTC镜像存储BBU（A网）BBU（B网）BBU（B网）骨干网传输网络RRURRU时钟系统的应用03时钟系统时钟系统为运营控制中心调度员、车站值班员、列车司机、各部门工作人员及乘客提供统一的标准时间信息,为城市轨道交通其他系统的中心设备提供统一的时间信号。时钟系统的设置对保证地铁运行计时准确、提高运营服务质量起到了重要作用。一、时钟系统的构成时钟系统采用运营控制中心与车站/车辆段2级组网方式。由运营控制中心一级母钟、车站/车辆段二级母钟、子钟和网管设备等组成。一、时钟系统的构成时钟系统一般采用卫星定位系统标准时间信息等。运营控制中心一级母钟接收卫星定位系统时钟源信号或者接收来自TCC同步信号的标准时间信号,通过传输设备传送至车站/车辆段二级母钟,同时一级母钟内含主备用高稳晶振提供时间信号。一、时钟系统的构成中心母钟二级母钟子钟一、时钟系统的构成目前城市设有城市轨道交通指挥中心(TCC),运营控制中心一级母钟不再从卫星定位系统接收单元获得时钟源,而是从TCC总母钟接收时钟源,TCC总母钟从卫星定位系统接收单元获得时钟源。二、时钟系统的功能1.中心一级母钟功能中心一级母钟接收单元发送的标准时间信号。中心一级母钟对自身内部时钟进行自动校时,保持同步。中心母钟用以太网与传输子系统相连,向二级母钟发送标准时间信号,统一各二级母钟,向运营控制中心的子钟