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目前,世界上已有100 多个城市轨道交通系统,而且许多大城市如伦敦、巴黎、柏林、慕尼黑、纽约、东京、莫斯科等已形成网络. 上海市轨道交通网已经建成和即将建成1 号线 号线、明珠线一期工程都是放射线,明珠线二期工程建成后将与一期共同组成环线,初步构成放射线-环线轨道交通网络. 世界上许多大城市均采用放射线-环线的轨道网络.
上海轨道交通明珠线一期工程线路和二期工程线路接轨后并不是一个完好的圆环形,圆环上存在着一期工程线路的向北和向南的延伸段. 可以看作是放射线和环线部分线路重合的情形,不同线路的列车在线路重合的区段部分共线运营. 这种独特的轨道交通共线运营在国内外的轨道交通网络中是罕见的,其运输组织具有一定的难度,同时提出了要进行深入探讨研究的问题.
世界上有很多城市都采用连通型城市轨道交通网络[1 ] ,如德国的柏林、慕尼黑,美国的亚特兰大,以及我国的上海等城市. 连通型轨道交通网络与一般轨道交通网络相比具有以下几个方面的特点:
(1) 各轨道交通线路之间接轨点多. 连通型轨道交通网络各轨道交通线路相交时尽可能地相互接轨,使得接轨点较多. 以德国慕尼黑城市轨道交通网络为例(如图1 所示),其轨道交通网络仅由6 条线 处,这为列车跨线运营提供了条件,使线路客运功能得到最大程度的发挥,也能最大限度地满足旅客出行需求. (2) 线路辅助线设施配置完备. 连通型轨道交通网络中各线辅助线配置完备,这些辅助线包括渡线、存车线、折返线以及联络线等,这不仅为提高线路通过能力奠定了基础,更为列车跨线共线 慕尼黑城市轨道网络示意图
(3) 车辆基地集中. 连通型轨道交通网中,多条轨fig. 1 sketch map of munich urban transit system net work 道交通线甚至全网共用同一车辆基地,如慕尼黑轨道 交通网只设一个车辆基地和一个小型的停车场. 由于各轨道交通线相互接轨,列车可以方便地通过与车辆基地直接相接的线路出入车辆基地,从而达到共享设施和资源的目的.
(4) 车辆及机电设备制式相同或相容. 轨道交通网络要成为连通型,不仅要求各线路设施相互连接, 而且要求车辆及机电设备系统具备统一性. 因此,连通型轨道交通网络中各轨道交通线的车辆及机电设备制式必须相同或相容.
(5) 全网共用同一控制中心,由同一管理机构管理. 连通型轨道交通网中相互联轨的轨道交通线甚至全网线路共用同一控制中心,并由同一运营机构管理. 网络运营组织要求统一调度指挥.
(6) 网络运营车底减少. 连通型轨道交通网络不仅有利于车辆基地集中设置、共用控制中心,以及车辆及机电设备等系统日常维修共享资源和设施,而且由于线路相互连通,车辆可以统一调配,备用车辆可以大大减少,从而有利于节省车底.
对于连通型城市轨道交通网络,相邻线路在交汇站接轨,相互线路间存在着直接联系. 因此不同线路上运营的列车可跨线运营. 此时列车运营组织可采用分线独立运营、共线运营和独立-共线运营相结合的方法. 城市轨道交通系统的独立运营是指列车在各自的线路上运行,列车在交汇站折返,旅客在交汇站换乘其它线路的列车. 城市轨道交通系统的共线运营则是指在连通型城市轨道交通网络中,组织不同线路上的列车通过交汇站运行,形成不同线路运营的列车跨线运行,并在部分线路的部分区段共线运营.
共线运营的运输组织方法与独立运营相比具有以下优点: ① 最大限度地方便了旅客的出行,旅客不需换乘即可到达旅行目的地; ② 充分地利用通过能力,采用共线运营的方式,可使得共线区段的线路通过能力得到充分发挥; ③ 有效地利用列车车底,减少车底折返作业. 但是,共线运营也存在着以下的缺点: ① 由于共线运营时,该轨道交通网络系统的能力将主要取决于共线区段线路的通过能力,因此会造成线路列车运营不均衡; ② 非共线区段列车运营间隔较长,将影响到非共线客流的出行; ③ 列车运营组织复杂,列车在交汇站存在较多的交叉干扰,相邻线路的列车运营相互影响较大. 城市轨道交通网络各线所衔接的城市小区旅客出行需求上存在差别,客流在不同时段、不同区段上的分布不同,为最大限度地满足客流需求,采用合理、灵活的运输组织方式十分重要. 因此,应根据各轨道交通线路的客流量、旅客出行特点、交汇站的线路连接方式等条件,确定列车运营组织方式.
明珠线一期工程是上海城市轨道交通网中的南北向直径线,是联系南北辅城的城市轨道交通骨架线路. 线路走向南起闵行,经吴泾、沪杭铁路内环线、上海火车站、铁路客技站、凇沪铁路、逸仙路、吴淞镇、北止于宝钢,全长约60 km. 明珠线一期工程充分利用了经过市区内的沪杭铁路内环线及松沪铁路线,在原有铁路用地范围内修建高架轨道交通,彻底解决了既有市内铁路与城市道路的42 处平交道口严重阻塞交通的局面,给城市道路交通带来了通畅,沿线土地得到了开发.
明珠线二期工程起自老北站地区,经浦东新区至徐汇区虹桥路,所经地区有多个大型客流集散点,如宝山路、长阳路、张杨路、南浦大桥、上海体育场等. 明珠线二期工程与明珠线一期工程接轨成环,从而与运营中的地铁1 号线 号线及明珠线一期工程构成“ 申”字形的轨道交通基本网络. 明珠二期与一期西部线路相接成环是上海地铁系统中的唯一城市环线. 它是联系其他线路的纽带,也是城市各个副中心之间联系的交通干道. 因此,其主要功能是将其他轨道交通线联系起来,使整个轨道交通网络成为一个有机的系统,加强城市区域间的联系,使城市土地得到合理、高效的开发利用,促进城市健康发展.
明珠线二期工程和明珠线一期工程接轨,利用明珠线一期西部区段(中段) 构成城市环线. 共线区段为虹桥路站至宝山路站(远期可能为上海火车站站) 的线 座共线车站. 国外的轨道交通网络也存在着共线区段,但那是树枝状的线网,共线区段在枝状线路的末端,像明珠线射线与环形线 座之多的情况并不多见. 在明珠线这样的连通型城市轨道交通网络中,具备了组织不同线路上的列车通过交汇站运营,形成不同线路的列车跨线运营,并在部分线 上海轨道交通明珠线客流特点
明珠线一期上行客流方向为上海南站站至江湾镇站(远期至宝钢站). 下行客流方向为江湾镇站(远期为宝钢站) 至上海南站站. 根据明珠线二期与一期连接形成环形网络的特点,本文把线 段:虹桥站以南为南段,虹桥站—宝山站为中段,宝山站以北为北段.
根据文献 提供的明珠线一期和二期线路各车站上下车预测客流量,利用线d 矩阵推算方法,计算出明珠线d 客流量,然后根据线路分段情况进行客流量统计,得出了明珠线一期和共线运营环线 明珠线一、二期全线下行方向全日客流量
分析表1 可以看出明珠线一期上行客流集中在中段和北段,南段、中段和北段的客流比例大致为1∶20 , 说明上行客流主要是中段到北段的客流量. 下行方向每段客流量有着明显的年份变化,北段客流量基本稳定,中段和南段客流量急剧增加,反映出了中段客流到南段客流的增加. 可以看出明珠线一期工程主要服务线路南北端区域通学通勤进入市中心的交通需求.
明珠线二期工程和明珠线一期工程在一期线路宝山路站至虹桥路站共线. 明珠线二期线路为东半环, 明珠线 座车站线路为西半环,东、西半环组成一个整环. 定义共线上行方向为从宝山路站顺时针经虹桥路站再回到宝山路站. 共线下行方向为从宝山路站逆时针经虹桥路站再回到宝山路站. 分析表2 和表3 可知,明珠线二期工程上行方向东半环客流量大于西半环,东半环到西半环的客流量占了东半环客流量50 % 以上的份额,且还有增长的趋势. 下行方向西半环到东半环客流量是逐年增加的, 这说明了环线的功能在不断地加强. 总之,从明珠线一期工程和明珠线二期工程的客流分析来看,虽然两线 座车站的线路是重复的, 但两线都具有各自的客流服务对象,即都有各自客流的主流向需求量,因此共线运营的方案既能满足客流需求,也能节省工程投资.
轨道交通工程建设投资巨大,每公里的轨道线 亿多元,难以一次性建成投入使用,一般是采取边建设边运营的方法. 轨道交通促进了沿线区域的发展,运输需求也不断变化. 因此,轨道交通运营方案需要不断地调整以适应客流的变化. 根据线路技术设备和客流特点,明珠线网络存在多种运营方案,下面对几个有代表性的运营方案进行分析.
3. 1 共线) 明珠线一期按现在南北向运营(上海南站站—江湾镇站),明珠线二期线 座车站(宝山路站—虹桥路站),按环线运营. 运营方案示意图如图2 所示. 本方案特点是在明珠线 座共线车站,按连通型网络共线运营. 本方案要求明珠线南北向的客流较大,东西向的客流次之,在共线 个车站中客流最大. 为了采用此方案,在宝山路、虹桥路站需设换乘站(平面或立体换乘),在虹桥路站设停车场和折返线. 本方案对一期的运营组织不会产生太大的干扰,二期的运营方案也很易实施,使环线和一期线路上任意两车站旅客乘车方便. 本方案既节省了明珠线二期工程在西段工程建设投资,也实现了明珠线环线功能. 但共线车站运输组织较为繁忙, 图2 共线 示意图
行车间隔的不同会造成输送能力的不均衡,非共线段能力利用率较 低. 一期南北段到东半环旅客要换乘两共线车站的客运组织工作要加mingzhu line 强,提供列车导向信息,组织好旅客换乘.
(2) 一期全线运营,二期环线运营和东半环运营相结合. 运营方案的示意图如图3 所示. 本方案特点是明珠线二期长短交路结合,共线运营. 此方案的客流特点是南北客流各区段均匀,中段客流较大,且东西环的客流相差不大,东西向的客流与南北向的客流相当. 方案要求一期的信号系统必须可以保证二期车辆在共线区段的运行. 本方案各段发车密度均匀,衔接方式多,可大大方便旅客. 但本方案组织不便,对车站 的组织工作增大了难度,其中列车的导向服务应加强. 应采取加强运营组织和导向系统等措施配合. 在上述方案基础上,还能形成多种共线运营方案,在此不再赘述.
明珠线一期在南北分段运营(上海南站站—虹桥路站,宝山路站—江湾镇站),明珠线二期按环线运营. 运营方案示意图如图4 所示. 本方案特点是不产生共线运营. 此方案要求明珠线一期南北两端之间直达客流较小且均匀,环线到一期两端的客流较小,环线 条交路上的客流比较均匀. 本方案要求在宝山站和虹桥路站都应设换乘站,在上海南站站、江湾镇站、宝山站、虹桥站都要设折返线,一、二期信号及车辆系统要能相互兼容. 方案不产生共线运营,二期的运营方案也很易实施. 但是,虹桥路站以南的旅客到其他车站必须换乘,尤其是到宝山站以北的旅客要换乘两次;同样宝山站以北的旅客到其他车站也必须换乘,到虹桥站以南的旅客要换乘两次;环线上的旅客到一期南北两端也必须换乘. 这样会增加旅客的旅行时间,给这部分旅客带来不便. 如果采用此方案,应加强运营组织,认真设计好换乘站.
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3.6.2 设计内容引人的关键—线 发送邮件不只是一按了之—控制频率,到达为王
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然而,传统的室内覆盖方式在4G时代难以为继,无法满足运营商建设精品网络的需求。而小基站则成为运营商深度覆盖的不二选择。小基站具有频谱利用率高、成本低、部署简单等优点,与宏基站配合,为用户提供更好的移动宽带体验。
在小基站领域,华为无疑已经走在了市场前列,其LampSite产品已经成功帮助多家运营商解决了室内深度覆盖挑战。“华为LampSite凭借端到端数字化架构、弹性超大容量、快速部署、可视运维等优势,已成为运营商破解室内覆盖等移动通信老大难问题的一把利器天博。”华为Small Cell产品线总裁周跃峰在接受《通信产业报》(网)采访时表示。
根据华为的预计,未来80%的流量将发生在室内,2017年,室内的投资回报比将超过室外。然而,4G/5G网络工作在高频段之上,覆盖弱,天博特别是在室内区域,更容易产生覆盖盲区。因此,如何弥补室内外覆盖不足,成为运营商迫切解决的挑战。
2G/3G时代,运营商通过直放站、室内分布式天线系统等方式来完成深度覆盖。然而,这些解决方案具有网络结构复杂,施工繁琐、质量参差不齐等多种弊端,同时无法满足4G网络大容量的承载需求。
种种迹象表明,随着4G网络建设的深入推进,直放站和室内分布式天线系统将逐步退出市场,取而代之的是小基站产品。
周跃峰告诉记者,不同于传统室分解决方案,华为LampSite由pRRU、RHUB和基带单元BBU组成,每个pRRU可以裂分成2个单独成为一个小区,从而提供更大的网络容量,能够轻松应对大话务量的冲击。
华为LampSite解决方案承建之初,单载波部署了近50多个4G小区,随着网络容量的急剧上升,双载波的规划和开通刻不容缓。目前,北京工人体育场已部署了100多个4G小区,能够满足未来3-5年的容量诉求。最新数据显示,单场比赛即可释放流量396GB,这是传统室分建设难以实现的。
一旦室内深度覆盖做好,相应的,用户使用移动网络的频率也会提高,运营商的网络产生更多的流量价值。在北京首都国际机场,部署华为LampSite解决方案十个月,流量增长了22倍。在中国最大的交通枢纽郑州火车站,部署华为LampSite后,月均流量增长了3倍,预计2年之内即可收回全部投资。
周跃峰告诉记者,截至目前,华为LampSite已在全球超过100家运营商实现规模部署,覆盖超过500个黄金热点,包括体育馆、车站、机场、商场等大型建筑的室内覆盖场景。在全球多个地标建筑,如北京首都国际机场、鸟巢、人民大会堂、国家大剧院、印尼机场、泰国最大商场帕拉贡、卡塔尔最豪华购物中心维拉吉奥、新加坡高端商务综合体金沙酒店等。
在2014年的巴塞罗那世界移动通信大会上,华为提出了Small Cell的创新建网模式――众包,旨在解决运营商部署微基站所遇到的站点获取难题,
众所周知,华为Small Cell不同于悬挂于数十米铁塔上的庞大的宏基站设备,它是一种可以安装在商场、车站、办公楼室内等场所的一种小型装置,能够为用户提供2G、3G、4G室内移动通信信号。
因此,Small Cell可以将运营商、商场、企业、电信设备商、互联网企业和开发者一起“众包”,从最初的单一建设到最终的灵活运营,探索出了一种新的商业合作模式。“在这一新事物的实际建设中,Small Cell已经不再局限于原先‘小基站’的概念和范畴,掀起了一场‘众包革命’。”周跃峰表示。
其中,华为“站址众包”解决方案,充分利用分布广泛的灯杆、广告牌、电话亭等资源,使之成为可供运营商使用的小站站址,从而帮助运营商降低站址获取难度及成本,改善运营商的网络覆盖,也能帮助业主实现固定资产增值,多方共赢。
这种众包模式最早在海外运营商得到了实践。加拿大运营商TELUS与电力企业置换股份,将小基站成批量地安装在后者拥有的电线杆等基础设施上;沃达丰则与荷兰一家拥有公交站广告发放权的公司合作,利用公交站的空间安装Small Cell;巴西VIVA与公交公司合作,批量获取热点站址资源,改善网络覆盖,提升用户体验,进而提升品牌竞争力与盈利能力。
而就在刚刚过去的9月30日,华为与上海飞乐音响股份有限公司合作的内置微型基站“微基站灯”系统解决方案,并接入上海联通商用网络正式启用。“微基站灯”就是结合华为小站的“众包”理念,将小站系统内嵌至灯杆中,不仅使灯杆成为室外小站绝佳站址,而且小站的无线网络可以赋予灯杆信息交互和视频监控的功能,成为真正的智慧灯杆。
周跃峰告诉记者,在微基站灯的建设中,由传统的运营商主导站点获取、租赁模式,扩展到由路灯集成商、站址业主共同参与网络建设、整合资源模式,大幅提升了站址获取和网络部署的效率。
而“施工众包”模式下,华为从设备商转变为总集成商,帮助运营商管理零散施工方的同时,对室内室外的网络做到端到端的拉通。使运营商建设更好的网络,责任主体更单一,管理更有效率。
引用格式:曹亘,李佳俊,李轶群,等. 5G网络架构的标准研究进展[J]. 移动通信, 2017,41(2): 32-37.
3GPP于2016年初启动5G标准立项研究,5G标准划分为两个阶段:2016年至2018年9月完成R15标准制定,满足5G初期的韩国等地区迫切的商业部署需求;2020年3月,3GPP将完成R16标准制定,满足全部IMT2020提出的5G网络发展目标和应用用例需求。5G标准制定需要满足4G系统的前向兼容性要求,特别是在5G网络部署初期,4G核心网必须要支持5G基站接入。
全球运营商对5G试商用/商用网络部署有强烈诉求,韩国计划于2018年平昌冬奥会,日本计划于2020年东京奥运会分别开通5G试商用/商用网络。国内由工信部牵头,三大运营商和主设备厂商推动成立了IMT2020推进组,共同推动国内5G关键技术研究和验证、产业合作等工作,加快国内5G商用进程。
2015年12月3GPP RAN70次全会,通过了下一代无线接入技术的场景及需求的研究立项[1]。ITU-R IMT 2020 and beyond定义三种5G应用场景,分别是移动宽带增强(eMBB,enhanced Mobile Broadband)、大连接的机器类型通信(mMTC,massive Machine Type Communications)、低时延高可靠通信(URLLC,Ultra-Reliable and Low Latency Communications)。上述三种业务不仅是现有移动蜂窝网络业务的延续发展,也考虑了未来5G新业务需求。经过大量讨论和论证,5G系统重点关注如下典型部署场景:室内热点、密集城区、郊区、城区、高铁、超远覆盖、大连接、高速公路、空地通信等。5G基站由于部署场景的差别,站间距考虑从20 m至5 km的覆盖范围,支持用户移动速率范围从3 km/h至500 km/h。
5G部署l段需要考虑低频段(低于4 GHz)和高频段(20 GHz)混合组网场景。为满足不同传输带宽、时延、移动性等各典型场景的业务需求,5G候选频谱资源需要继续挖掘低频段频谱资源的潜力,同时,向高频段寻找更多可用频谱资源,以支持高达200 MHz甚至1 GHz的频带需求。5G高频段有利于多天线技术应用,高频段在多天线根天线)方面比低频段有更大的传播特性优势。
与4G相比,5G业务指标要求有很大的提高。5G系统设计为了满足三大未来业务方向需求,数据峰值速率、频谱效率、频带宽度、移动性、业务能力等关键性能指标都有大幅提高。同时,为了满足mMTC、URLLC等新业务需求,制定了单位面积连接数、终端能耗、控制面/用户面时延等新指标要求。
为了满足5G网络各种典型场景的需求,3GPP定义了相对完善的关键系统性能指标。主要性能指标如表1所示:
5G网络架构总体需求明确规定了支持多系统制式、统一鉴权架构、终端多系统同时接入能力、无线与核心网独立演进、控制面和用户面功能分离、IP/非IP/以太网传输、NFV/SDN等新技术,以提供更好的移动业务体验、降低终端功耗、业务灵活配置等更高的业务服务能力[3]。5G网络高层的参考设计架构包括下一代终端(NG UE)、下一代无线接入网(NG RAN)、下一代核心网(NR Core)以及相应的参考节点,具体如图1所示:
(4)NG6:NG Core与数据网络(Data network)之间的参考节点,数据网络可是公有或者专有数据网络或者运营商自营的数据网络。
5G核心网与接入网参考架构如图2所示[4],5G核心网支持LTE演进基站(eLTE eNB)和5G基站(gNB)接入,5G核心网和无线接入网之间的接口需要支持控制面和用户面功能。eLTE eNB与gNB之间支持Xn接口,该接口也支持控制面和用户面相关功能。
3.2 5G无线G作为下一代通信技术标准,需要考虑与现有无线通信系统(如LTE系统等)的共存与融合。3GPP根据5G与LTE网络部署关系,提出了四种5G无线)场景一:独立部署场景
下一代基站(定义为gNB),LTE及其演进的基站(定义为LTE/eLTE eNB)都可以连接至核心网。gNB与LTE/eLTE eNB采用独立部署方式,其中gNB可以是宏基站或者室内热点部署方式。gNB和LTE/eLTE eNB通过RAN-CN接口连接至核心网。gNB与gNB之间需要定义基站间接口。该部署场景,gNB基站具备完整的协议栈功能,具备独立的组网能力。
此部署场景,5G基站(定义为NR)与LTE基站是共站址部署或者采用共基站设备的部署方式。在该部署场景下,5G和LTE系统可通过系统间负载均衡或者多系统连接等实现方式,实现更高效的频谱利用率。
集中式部署场景,中心单元(CU,Central Unit)具备协议栈高层功能,如图3所示。而协议栈底层功能在分布单元(DU,Distributed Unit),即gNB基站具备协议栈的部分底层功能。由于CU和DU之间传输链路的差异性,集中式部署方案需要考虑高层协议栈分离和底层协议栈分离两种实现方案[6]。例如:当CU和DU之间传输性能较好时(如时延较小),可应用CoMP增强等实现方案,从而优化调度算法,提高系统容量。当CU和DU之间传输链路时延较大时,集中式部署方式需要考虑高层协议栈分离方案(如PDCP或RLC层等),从而降低对传输链路的时延要求。
在共建共享部署场景,主要支持RAN侧运营商共享部署场景。该场景中,两个运营商可分别建设核心网,共享RAN侧基站。共享基站可以使用共享频谱或者使用每个运营商分配的频谱资源。
四种组网场景对基站设备功能、接口等产品设计有不同要求。独立部署场景,gNB是独立的基站设备,通过相应接口连接至核心网和相邻基站。在与LTE共站部署场景,gNB可以与现有LTE基站设备共享硬件、传输等资源进行快速部署。而集中式部署场景与现有LTE网元功能差别较大,特别是无线接入网协议栈功能进行切分,高层功能向中心节点集中以及底层功能下移至基站侧,对现有网络架构和基站设备均有一定影响。而共建共享部署场景,5G基站必须具备接入不同运营商核心网的能力。
5G无线接入网功能主要参考LTE系统设计,并考虑未来5G核心网关键技术。与LTE系统类似的功能主要包括:用户数据转发、无线信道加密与解密、完整性保护等功能。5G新增功能主要包括支持网络切片能力、与E-UTRAN系统紧耦合的互操作、与非3GPP系统互操作、系统间移动性管理等功能。而多连接、终端非激活态等功能还在技术方案讨论中[8]。
5G系统在无线接入网控制面和用户面协议栈设计方面借鉴4G协议栈设计结构,控制面沿用IP层和SCTP协议,保证控制面数据传输的可靠性。在用户面协议栈设计方面,已确定支持PDU分段隧道功能,用户面协议栈可以复用GTP-U/UDP/IP协议,也可考虑GRE/IP[9]和隐藏协议封装(Protocol Oblivious Encapsulation,POE)[10]两种实现方案。5G系统基站间接口(Xn)功能及协议栈设计参考LTE系统X2接口的设计思想。为了支持5G与LTE紧耦合的部署方式,5G系统需要标准化基站间的开放接口。
5G无线G与LTE紧耦合技术方案的协议栈设计[11]。5G与LTE紧耦合技术方案主要沿用3GPP R12 LTE无线双连接(DC,Dual Connectivity)设计思想[12-13]。核心网为EPC或者NR Core,基站包含LTE基站和NR基站。3GPP主要制定用户面协议栈,集中讨论承载分离相关三个技术方案实现,包括主小区组(MCG,Master Cell Group)承载分离、辅小区组(SCG,Secondary Cell Group)独立承载、辅小区组承载分离方案。方案一和方案三的主要区别在于承载分离是由主小区(方案一)或辅小区(方案三)完成,而方案二主要是核心W侧实现主小区和辅小区承载分离。
由于5G标准制定需要考虑兼容E-UTRAN系统,运营商要根据无线接入网和核心网技术演进和升级需求,选择灵活的5G和4G组网方案。3GPP确定如下8种可能的组网方案[11]。其中4种方案为LTE或者5G基站独立组网方案,另外4种为LTE与5G基站紧耦合组网方案。
方案一(Option 1)为现有LTE系统部署方式,LTE基站连接至EPC核心网。这是从4G向5G演进的一种初期部署场景。方案二(Option 2)是5G系统独立部署方式,5G基站(定义为NR)连接到5G核心网(定义为NR Core)。方案五(Option 5)为LTE基站连接到5G核心网的组网方案,而方案六(Option 6)为5G基站连接到EPC核心网的组网方案。
LTE与5G基站紧耦合组网方案参考3GPP R12无线双连接(DC,Dual Connectivity)设计方案[12-13]。图4(Option 3/3a)和图5(Option 7/7a)是以LTE基站为锚点的紧耦合部署方案,核心网分别连接LTE核心网EPC或者5G核心网。由于LTE基站作为与核心网控制面连接的锚点,全部控制面信令通过LTE基站下发,而用户面数据可以通过LTE基站进行承载分离(图5方案)转发给5G基站,或者核心网将LTE和5G基站的承载分离。若图4和图5中锚点改为5G基站,则分别对应方案Option 4/4a和Option 8/8a。
上述8种LTE和5G(同NR)组网场景涵盖了未来全球运营商部署5G商用网络在不同阶段的组网需求。根据核心网和无线接入网不同的演进策略,制定不同的组网方案。
全球运营商根据网络现状,提出了多种5G网络部署演进路线。按照无线接入网和核心网演进归纳总结运营商5G网络部署策略如下所示。
运营商面临尽快开通5G试商用/商用网络的竞争压力,利用现有LTE EPC核心网设备采用无线双连接的组网架构,快速开通5G试商用/商用网络。典型组网演进策略如图4所示(Option 3/3a)。采用Option 3/3a方案需要考虑LTE基站升级成本,Option 3需要考虑LTE基站升级支持5G用户面大数据量的转发,Option 3a需要核心网支持两个系统之间用户承载的有效管理。
在5G部署第二阶段,随着5G无线网络开通范围增加,可将4G核心网逐步升级至5G核心网。此时,组网架构将演变为图5(Option 7/7a)。4G基站和5G基站都可以连接至5G核心网。采用该升级方案,运营商的4G核心网和5G核心网将共存。此时,5G基站需具备连接到4G核心网和5G核心网的能力。
随着5G网络扩大部署至全网,在此阶段,基于无线双连接方式的网络架构将逐步转变为5G基站独立建站的部署方式。Option 2和Option 5部署方式将成为主要的组网形式。随着5G网络扩大部署和升级扩容,4G网络也将面临减频减配,部署规模逐步缩小的局面。
5G试商用/商用网络部署也会存在比较激进的部署方式,即同时部署5G核心网和无线G商用能力。该部署策略,核心网将率先从4G升级支持5G。在核心网能力提高的同时,逐步建设5G基站,在组网方面还可以采用如下组网策略。
在此阶段,核心网全面升级支持5G核心网,5G基站作为辅基站连接至5G核心网。而4G基站需要完成相应升级支持连接5G核心网。在此阶段将面临核心网和无线侧的软硬件升级压力。
随着5G网络扩大部署规模,4G网络逐步退网,5G网络将作为主要的承载网络。
为了实现5G系统快速部署,部分运营商也提出基于LTE EPC架构的5G快速部署策略,5G基站仅作为新增无线空口资源传输渠道,而协议栈设计等完全使用LTE协议栈。
在5G网络建设初期,5G基站作为LTE网络的辅基站部署,主要用于提高网络容量。
随着5G网络建设规模的扩大,5G基站可以独立连接至LTE核心网,具备独立组网能力。
基于LTE EPC核心网组网方案,在5G初期快速组网阶段,具备升级相对简单,网络部署快的优点。但是,随着5G业务的开展,LTE EPC在5G新业务方面支持能力不足的劣势将逐步显现。
2020年将是5G正式商用的元年,5G将成为全球瞩目的通信技术的一次变革。全球运营商、设备商等通信产业界各方都在努力推进5G关键技术研发和标准制定。本文介绍5G系统典型部署场景、关键系统指标、网络架构及协议栈等5G系统设计研究进展。最后分析了国内外运营商在5G网络部署和LTE系统演进在无线接入网和核心网的技术演进策略。
3GPP将在R15完成第一阶段的5G系列标准,预计2018年将具备初期试商用/商用网络部署能力,后续需要密切跟进5G关键技术研究,并根据5G设备成熟能力,适时开展关键技术验证及内外场试验,加快推进国内5G试商用/商用网络部署。
随着我国城市地铁建设的不断推进,地铁通信系统也进入了大规模发展阶段;地铁商用通信系统为移动通信运营商、传媒运营商提供移动通信、多媒体信号的地铁空间内的延伸覆盖。信号覆盖范围包括地铁(包括地下、高架站)站厅、站台、地铁商业街,区间隧道等公共活动区域。
地铁商用通信系统一般由基站部分、分布系统部分、传输部分和电源部分等共同组成。其中基站、分布系统包括bbu、rru、功分器、耦合器、馈线、天线等无源器件以及功放等有源器件,实现无线信号的有效分布。传输部分包括传输设备、传输线缆等。地铁内部的建设必须考虑建筑环境空间狭窄的特点以及安全级别的限定要求,不可能满足每个通信运营商分别建设一套通信系统。各类公众通信系统的建设应采用集中建设、避免重复建设的原则。因此,各运营商地铁线路的信号覆盖一般采用共建共享方式,即基站设备以及传输配套设备、电源和接地系统等统一安装在地铁隧道车站公共通信中心机房内,多家运营商的信源信号通过poi 设备合路后进入共享的分布系统实现信号覆盖。各通信运营商可以共同使用的机房、电力、空调、管孔、后备电源、光(电缆)、天线、泄漏电缆、直放站设备、传输电路等由轨道交通公司协同商用通信建设方统一建设。
在我国,目前地铁商用通信的建设模式主要有二种:即非运营商方建设模式和运营商共建模式(地铁方一般仅提供土建配套租用)。
对于运营商共建模式其优点在于:轨道交通公司将公众无线引入系统的建设和运营全部交由通信运营商来进行实施,轨道交通公司无需参与该系统的建设运营,可节省大量精力和资金集中于其主营方向——轨道交通的建设和运营中;同时还可以每年向通信运营商收取一定的资源租用费。该模式的缺点在于由于轨道交通公司不参与公众无线引入系统的建设和运营,轨道交通对于该系统的所有权以及经营权将全部转移给通信运营商,无法对运营商进行管控;而且由于各通信运营商之间存在的利益矛盾,容易在建设和运营过程中产生互相推诿的可能;另外选择哪家运营商作为主体牵头方对轨道交通公司也是十分困难的,可能产生许多后续问题。
对于非运营商方建设模式其优点在于:轨道交通公司将公众无线引入系统的建设和运营全部交由具备一定通信建设运营经验和资金实力的非运营商方来进行实施,轨道交通公司无需参与该系统的建设运营,可节省大量精力和资金集中于其主营方向——轨道交通的建设和运营中;同时还可以每年向运营方收取一定的资源租用费;由于是非运营商方介入,无论对于轨道交通公司,还是三家运营商,都能做到相对公平,尤其避免了三家运营商之间的矛盾;相对于运营商共建模式,该模式轨道交通公司只需对口非运营商方进行管理,管理成本较小。
该模式的缺点在于由于不参与公众无线引入系统的建设和运营,轨道交通对于该系统的所有权以及经营权将全部转移给投资方和运营方。
当前各运营商的无线网络覆盖普遍采用bbu+rru方式,即把传统的宏基站的基带处理和射频部分分离,分成基带单元(bbu)和射频远端模块(rru)两个设备,bbu可以通过光纤连接一个或多个rru。这种方式主要可用于增加室外热点覆盖及容量,为室内分布系统提供信号源,通过光纤为公路、地铁、高架道路等建设区域和不规则区域提供灵活的覆盖,并可应用于机房空间紧张、条件不理想的站址。地铁商用通信移动网络建设中,各运营商一般均优先选择bbu+rru模式无线主设备;为了确保网络运行稳定性,rru组网采取星型连接方式,而bbu的设置方式则需兼顾机房、传输资源及gps天线安装条件等,在商用通信建设主要采用bbu站站放置或bbu集中放置两套方案。
站站放置方案为常规性建设方案,每个运营商在需要覆盖的站点都配置覆盖所需的bbu设备。每个覆盖站点的rru设备只需上联到本站点机房内的bbu处即可,对站间的贯通光缆需求较小。但每个站都需要安装gps天线)组网方式较为灵活;(2)光缆芯数需求相对较
缺点:(1)每个站点都需要安装gps天线,对于地下站难度很高;(2)每个站点的机房需求相对较大。
集中放置方案主要针对需要安装gps天线的系统,包括各运营商lte系统、移动的td系统和电信的cdma系统,将这多套系统的bbu设备统一放置在高架站点或天面条件较好的机房内,可有效解决gps天线的安装问题;但覆盖站点内这多套系统的rru设备需上联到汇聚高架站点机房内的bbu处,对站间贯通光缆芯数需求较大。而其他系统的设备建设方案与站站放置方案一致。
缺点:(1)组网方式受高架站位置限制;(2)光缆芯数需求相对较大;(3)对高架站的机房需求较大。
地铁商用移动通信系统的规划、设计、安装、调试和维护在很大程度上受到地铁建筑环境的限制,受到地铁设计规范以及地铁运营特点的限制,各通信运营商需要与地铁公司紧密联系,也要求各通信运营商步调统一。因此,在不同建设模式下,无线主设备(bbu)的设置方案也应随之进行调整,以期在地铁建设中尽量减少运营商之间、运营商和地铁建设方之间存在的矛盾和利益纠葛;降低工程建设难度和建设成本。两种不同建设模式下,bbu设置方案的比较如下:
通过上文的比较可以看出,对于bbu站站放置方案在运营商建设模式下使用较为合适,包括无线主设备、poi合路系统、gps天馈系统、电源系统、光纤线路、机房配套和传输系统都由运营商建设,地铁方只需提供相应的机房、管线和井道等资源。而对于bbu集中放置方案,建议采取非运营商方建设模式,包括poi合路系统、gps馈线、电源系统、光纤线路和机房配套都由非运营商方建设,无线主设备、gps天线由运营商建设,地铁方只需提供相应的机房、管线井道和传输端口等资源,运营商需向地铁方租用传输端口。
随着国内城市地铁大规模建设的展开,地铁商用通信的信号覆盖需求也日趋繁多,而地铁商用通信系统建设中出现的各方相互推诿、利益纠葛问题已经不是个案。因此,有必要对商用通信设备的设置方式进行探讨、研究和梳理,以期有效降低地铁施工难度和建设成本,兼顾各方利益,保护地铁资源开发的合理利益和可持续性,同时确保商用移动通信与地铁工程同步建成开通。
得用户者得天下。“从话音时代进入数据时代,用户体验已经成为运营商赢得市场的核心竞争力。”中兴通讯副总裁张建国在接受《通信产业报》(网)采访时表示,三大运营商明确表示将加强4G网络的深度覆盖建设。
中国移动原董事长在今年7月举行的GTI大会上表示,中国移动的4G要确保在广覆盖的适度领先、连续覆盖的相对领先、深度覆盖的绝对领先,即“三个领先”。其中,深度覆盖特别强调要绝对领先。
无独有偶,中国电信副总经理高同庆表示,2016年将完成4G全国深度覆盖和4G+网络全国覆盖,2016年下半年要实现全国4G网络质量达到3G水平的目标。
同样,在中国联通新一代网络架构白皮书会上,中国联通总经理陆益民表示,4G网络建设的重点是,在市区、县城、发达乡镇连续覆盖的基础上,继续完善深度覆盖,加快推进农村4G网络广覆盖建设,全力打造优质的高速移动互联网服务体验。
“移动宽带的发展对无线网络提出了新的要求,覆盖质量、系统容量、业务支持能力都有可能成为影响网络性能、制约网络发展的瓶颈。”张建国向记者表示,他向记者具体阐述了运营商将面临的三个方面的挑战。
第一,覆盖不均衡。由于天面资源有限、城市高层建筑密集、高频电波穿透损耗高、工程成本有限、居民环保意识提升等多方面原因,传统宏基站解决方案无法解决城市深度覆盖盲点问题。
第二,量不均衡。据预测,未来10年,移动数据流量增长将超过500倍,有调研表明近20%的站点承担了80%的网络流量,在热点区域现有的以宏站为主的网络部署已经很难满足容量需求。
2G/3G时代,运营商通过直放站、室内分布式天线系统等方式来完成深度覆盖。然而,这些解决方案具有网络结构复杂,施工繁琐、质量参差不齐等多种弊端,同时无法满足4G网络大容量的承载需求。
种种迹象表明,随着4G网络建设的深入推进,直放站和室内分布式天线系统将逐步退出江湖,取而代之的是小基站产品。
“小基站深度覆盖方案可解决密集城区楼宇、街道等热点场所的空间、机房及天面等资源匮乏、工程难度大和噪音污染等一系列问题。该方案部署灵活,通过精确覆盖、补充盲点、吸收热点、延伸业务等功能,与宏站共同构成宏微立体覆盖网络,提升网络质量,带给用户更好的业务体验。”张建国表示。
顺应市场发展潮流,中兴推出了多样化的小基站产品。“城市深度覆盖所面临的场景复杂多样,不可能靠一款小基站解决所有问题。中兴通讯通过多样化的小基站产品形态和深度覆盖方案来应对复杂的城市环境。”张建国告诉记者。
其中,中兴通讯Qcell室内覆盖解决方案可以应用在各类高价值的室内覆盖场景,包括火车站、飞机场、高级酒店、体育场、写字楼等场景,提供高速的数据业务体验。
据介绍,该方案具有高集成、大容量、无缝覆盖、快速部署和平滑演进,可管可控等优势,能帮助运营商快速构建一张低成本、高性能的2G/3G/4G多模融合室内覆盖网络。Qcell方案简化的组网结构不但降低了工程复杂度和部署、维护成本,还可节省60%的部署时间。
近日,重庆联通采用中兴通讯4G Qcell创新方案打造的新一代数字室分系统,在重庆渝北新区高端商业中心SM广场顺利落成。经测试,SM广场室内峰值速率达到了149.6Mbps,上行速率达到49.2Mbps。
张建国表示:“中兴通讯4G Qcell创新方案旨在为运营商提供最快、最有效的室内深度覆盖解决方案,为人流密集、业务量大、高端用户集中的室内场景提供4G高速上网体验。”
同时,中兴通讯推出4G iMacro新概念基站和GUL深度覆盖解决方案和产品。
4G iMacro集成射频单元与天线单元,外形紧凑、高性能,解决了热点站址获取难等问题,助力运营商灵活快速部署网络,轻松完成密集城区宏覆盖。iMacro基站全室外安装,外形时尚小巧,站点易获取,特别适合安装在城市交通沿线的灯杆上,公交站台的遮阳篷上,甚至还可以放置在车站灯箱、广告箱上,在无新增站址的情况下,对人口密集区域实现深度覆盖,有效解决了运营商在城市道路交通沿线站址选择困难的部署难题。
GUL系列产品具备外形小巧、轻便、美观,便于伪装部署、易施工维护,且覆盖容量大,是解决目前移动网络深度覆盖的利器。
值得一提的是,中兴通讯在MWC2015期间,正式了系列创新的深度覆盖解决方案,包括ZXSDR BS8922一体化基站和分布式架构的Pad系列无线创新方案等,以简约小巧的体积实现“见缝插针、大隐于市”的灵活部署,快速实现补盲吸热,达到网络业务均衡。
北京市轨道交通进入飞速发展时期,路网规模迅速扩充,近年来已经形成了多运营主体经营、网络化运营的格局。由于轨道交通网络化运营模式复杂多变,路网中运营要害节点以及运营企业间需协调的事项大大增多;突发事件发生次数增多,易对路网运营产生连锁影响;客流、车流、设备之间的关系更加紧密并且复杂等原因,北京轨道交通网络化运营管理将需面临更多新挑战。
本文以北京市轨道交通网络化运营管理者―北京市轨道交通指挥中心为例,结合该中心职责以及现阶段的路网管理经验,分析得出了为满足北京市轨道交通网络化运营发展的需求,轨道交通网络化运营管理系统需具备的核心功能。
CCTV监视是路网调度员监视路网客流和突发事件现场最直接、最直观有效的手段,由于路网扩大,需要路网调度员监视的节点迅速增多,依靠人工发现异常情况将面临不及时、不准确、不全面的困难。实现CCTV监视智能化的监视功能如下:
1)通过按时间段、运营日特征、监视地点类型划分,合理编组CCTV监视画面,对路网中海量监视点进行有针对性的监视。
2)使用视频监视检测计数技术,对重点位置的客流进行实时监视,当某位置的监视内容达到系统设定阀值时,实现自动报警,经人工确认后启动相应的应急预案。监视内容为:客流量数据、客流密度或拥挤度、客流速度。
3)限流措施是地铁运营企业现场使用最为频繁的客运组织措施,但运营企业对现场限流条件没有统一的量化标准。指挥中心可利用视频监视计数技术量化现场限流标准,为路网采取限流措施提供统一、标准的规范。
量化内容有:当客流集中到达,达到出入口通过能力70%时启动限流;在通道内客流步行速度低于0.75米/秒且后续客流仍在进入通道时启动限流;同方向连续两列列车发出后岛式站台滞留乘客数达到或超过站台宽度1/4,侧式站台滞留乘客数达到或超过站台宽度1/3时启动限流;发出列车满载率100%及以上的区段,区段内车站启动限流预案。
网络化运营管理系统对车站的综合信息进行监视,既可为事发车站的应急处置提供决策依据,又可为减小事发点对路网的影响提供参考。监视的车站综合信息内容有:
车站平面图中包括的内容有:换乘关系、设备设施位置及状态信息、客流疏散仿真。其中,设备设施位置要按类别分层显示,类别按环控BAS、消防FAS、乘客信息终端、CCTV探头、售检票机划分。
车站平面图的底图是站外GIS信息图,信息包括车站出入口周边地理信息、公交情况以及实时路面交通情况。GIS信息图中还需标注应急信息,内容包括:医疗机构、消防单位、抢险资源位置、公交场站、避难场所等。
路网规模不断扩大后,路网调度员在处置突发事件时需要大量的信息支撑,现有的文本预案难以满足要求,突发事件数字化应急处置系统可解决上述问题。数字化应急处置系统建设方法为:将轨道交通各种文本预案(包括车站现场、线路OCC、运营企业、指挥中心级)的关键节点进行关键字的设定,提取处置要点,并将文本预案与数据库、案例库、预案库和现场监测监控等信息,通过特定方式进行关联、链接或嵌入,形成基于计算机信息系统的数字化处置系统。当启动突发事件数字化处置系统时,系统自动提示指挥中心处置人员处置操作,指挥中心处置人员通过系统完成处置操作。同时,该系统可展示车站现场、线路OCC等级的应急处置操作内容,实现指挥中心处置人员对对处置过程的监视。
4)展示四级(车站现场、线路OCC、企业调度、指挥中心级)处置内容,监视各级处置过程;
突发事件影响预测主要依靠突发事件客流预测来实现。通过OD分析,利用配流模型,计算得出突发事件对客流的影响范围以及受影响的乘客数量。根据此结果可界定路网突发事件乘客信息范围以及为公交支援工作提供所需的滞留乘客数量。本文以示意图介绍突发事件影响预测功能,如图1所示。
输出信息为:影响范围、车站滞留乘客数、车站进站量、车站出站量、车站换乘量。
1)在此界面中,红色圆圈车站为受影响的车站,黄色代表受影响的换乘站,黑叉代表停运的车站,该影响范围即可作为乘客信息范围的依据。
2)通过选择图1中车站、时间和客流类型可以得到选择车站的客流随时间变化趋势图,图2为复兴门站客流随时间变化趋势图:
突发事件应急处置中需对车站滞留人数重点关注。图2中针对滞留乘客数,标出复兴门站短时限流、限流、封站的警戒值。该警戒值根据评估平台车站客流与设备设施能力评估结果而来。当预测的滞留乘客数量随时间的增长达到警戒值时,将提示采取相应的措施。
3)通过选择时间、客流类型可以得出在选定时间内受影响的车站及客流趋势图,如图3所示。在客流趋势图中,针对车站滞留乘客数标出短时限流、限流、封站的警戒值,当超过警戒值时,将提示采取相应的措施。
5)在协调公交支援工作中,路网调度员可将此功能预测出的滞留乘客数提供给公交部门,支持其做出准确支援决策。
本文提出了轨道交通网络化运营管理系统所需要实现的核心功能。这些核心功能的实现提升路网指挥协调能力具有积极意义。突发事件数字化应急处置系统等功能涉及车站现场、线路OCC、企业调度和指挥中心四级单位的工作内容。该系统的建设过程中需轨道交通各单位统一思想、加强合作,使系统建成后满足实际工作需求。
蓝海互联指出,升级后的全网名址将采用全新的“全网的专属域名指向,可以用“全网.net”为后缀应用于任何浏览器,一键直达企业的WAP网站、PC网站。在顶级域名层出不穷的市场环境下,“.net”的发展不再局限于域名本身,实现域名直达之后的网站和移动应用,会带来更好的使用体验,提升域名的价值。中小企业注册全网名址之后,还可以得到名址天下、会员尊享等服务,同时还可进入古德斯搜索引擎、行业营销联盟中进行广告位展示。全网名址每年还将结合企业自身的产品与品牌,帮助企业在知名网媒中投放软文广告。
根据主办方提供的资料,全网易云是由多方合作推出的新产品:可提供PC网站、手机网站、微网站、APP云端建设服务,能够自适应所有平台,让企业无需再购买其他建站产品;为所有服务提供管理后台,企业可实时观测站点访问流量、订单情况,进行照片素材管理、云端共享操作等;打通了包括百度、微信公众号、微博、搜狗等在内的各种渠道,并可对接支付宝钱包、微信支付,实现一处建站,全网营销。
全网易云由搜狐快站提供建站技术支持,由阿里云提供云服务支持,由蓝海互联负责开拓市场和运营。“全网易云”可为众多企业提供全网建站解决方案,帮助企业实现云端管理、一站多用等功能,可为企业拓展市场份额提供长期、高效的技术支持。全网易云产品免费启动后,已有PC网站的企业将获赠相对应的移动端网站,而还没有网站的企业,将获得为其量身定制的、富有企业特色的全网产品,包括PC端、WAP、APP和微网站,让企业实现多通道全网营销。