２０１７年２月 铁道通信信号 ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＩＧＮＡＬＬＩＮＧ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２Ｏ１７ ＶｏＬ ５３ Ｎｏ．２ 第５３卷第２期 基于ＥＵＨＴ的铁路站车 ＷｉＦ ｉ车一地通信系统测试方案设计 姜摘博 李辉 梁轶群 要：互联网的迅速发展让人们对上网的需求大大增加，而ＥＵＨＴ的技术特点使其存在解决 列车旅客上网服务的可能。为此，论述ＥＵＨＴ的技术特点和原理，对ＥＵＨＴ在铁路系统的应用 进行可行性分析，并设计测试方案。 关键词：超高速移动通信技术；互联网；测试方案 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｕｒｆｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｒｏｗｎ ｒａｐｉｄｌｙ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ．Ｉｔ ｉｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｕｓｅ ＥＵＨＴ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｏｆｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｆｏｒ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｉｎ ｔｒａｉｎｓ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉ— ｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ＥＵＨＴａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｉｔ ｉｎ ｒａｉｌｗａｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ａ ｔｅｓｔ ｐｌａｎ ｉｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ；Ｉｎｔｅｒｎｅｔ；Ｔｅｓｔ ｐｌａｎ ＤＯＩ：１０．１３８７９／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－７４５８．２０１７ ０２．１６５４６ 近年来，随着互联网的迅速发展和移动终端的 普及，网络已成为人们的一项基本需求。而高铁上 无线技术是解决旅客上网需求的关键。 超高速移动通信技术（ＥＵＨＴ）是一种具有 自主知识产权的无线高速通信技术，相比 ８０２．１ｌａｃ（高速局域网），支持全双工通信；相比 ＬＴＥ，支持高速移动下的切换功能；相比卫星通 信，支持更多场景下的网络覆盖。ＥＵＨＴ具有如 此多的优点，因此需要研究它在高速条件下的表现 以及在铁路系统应用的可行性。 移动运营商的信号覆盖问题困扰了很多乘客，因 此，解决列车ｗｉＦｉ车一地通信系统的需求，为乘客 提供良好的网络环境迫在眉睫。 当前移动通信存在多种无线技术，包括ＴＥＴ— ＲＡ、２Ｇ、３Ｇ、ＬＴＥ和卫星通信等。在过去的 １Ｏ年中，商业无线技术从低速的２Ｇ系统进化到了 ４Ｇ高带宽系统（ＬＴＥ），并提供高达几十Ｍｂ／ｓ的 传输速率。卫星通信接人、运营商３Ｇ／４Ｇ接人、 １ ＥＵＨＴ技术 ＥＵＨＴ是新岸线公司主导开发的无线高速通 ＥＵＨＴ接人等方案均为列车ＷｉＦｉ系统的部署提供 了技术制式的参考，在众多方案中选择一个合适的 信技术，合作方包括清华大学、北京大学等１Ｏ所 著名高校；联通、电信与移动等国内三大运营商； 华为、中兴等移动通信解决方案提供商；工信部电 信研究院、中科院微电子所与微系统所、江苏物联 姜李博：中国铁道科学研究院通信信号研究所１０００８１北京 研究实习员 研究员 １０００８１ 助理研究员 辉：中国铁道科学研究院通信信号研究所北京 网研究院和电子标准化四所等机构和单位。在多方 共同努力下，ＥＵＨＴ技术最终于２０１４年由新岸线 完成了产业化研发。 梁轶群：中国铁道科学研究院通信信号研究所１０００８１北京 基金项目：铁道科学技术研究发展中心科研项目：超宽带无线局 域网技术在铁路行业应用可行性研究Ｊ２ｏ１５ｘｏｏ６ 收稿日期：２０１６一ｌ１一ｌ８ ７Ｏ一 —ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＩＧＮＡＬＬＩＮＧ＆ＣｏＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ Ｖｏ１．５３ Ｎｏ．２ ２０１７ ＥＵＨＴ技术在２０１２年被工信部颁布为通信 行业标准，标准号ＹＤ／Ｔ２３９４．１—２０１２和ＹＤ／Ｔ ２３９４．２—２０１２；在２０１４年被国家标准委员会颁布为 智能交通国家标准，标准号ＧＢ－Ｔ ３１０２４．２—２０１４。 基于ＥＵＨＴ的智能交通原型系统，于２０１３年 太网光接口，并采用多链路聚合的形式实现传输的 保护；接口协议采用基于ＩＰ的寻址和传输协议。 传输内容包括：设备的位置数据、状态数据、软件 版本数据、日志数据、设备状态查询命令、设备通 信参数配置命令、设备系统配置命令，以及设备的 硬件和软件更新数据等。 ２．２ 有线网络 至今，在位于北京市马驹桥的交通部公路测试场持 续进行测试，测试带宽２０ ＭＨｚ、速度１６０ ｋｍ／ｈ 的情况下，最高吞吐率可以达到１００ Ｍｂ／ｓ，在小 有线网络实现所在区域的无线系统接入，实现 区边缘（越区切换前后）可以达到３０ Ｍｂ／ｓ，切换 成功率接近１００ ，切换延时小于４０ ｍｓ。 对所在区域无线系统的接人管理、认证和控制等。 ＥＤＵ（室内单元）设备内含交换机，各节点ＥＤＵ 通过光纤连接，环形组网，构成ＥＵＨＴ有线网络， ２ 系统组成 ＥＵＨＴ系统由ＥＵＨＴ中心、有线网络、无线 网络和车载网络４个部分构成，见图１。 并将相关信息传至中心。 ＥＤＵ之间、ＥＤＵ与中心之间进行双向数据传 输，负责管理本站管辖区域内ＥＢＵ（基站单元） 的接人及认证；监测本站管辖区 域内所有ＥＢＵ的状态，并实时 将本站设备的状态信息上报给中 心ＥＣＣ；同时接收来自中心的命 令，对本站管辖区域内所有的 一 一 ＥＢＵ进行诊断、维护和升级操 作，并将操作结果报告给中心 ＥＣＣ设备。 ２．３无线网络 无线网络由ＥＢＵ和区间内 的ＥＡＴ（天线单元）组成。每 个ＥＢＵ通过２芯光纤与ＥＤＵ星 形组网连接，ＥＢＵ及ＥＡＴ实现 车载网络 线路的ＥＵＨＴ信号覆盖，完成 车一地之间双向数据流的无线传输 图１ ＥＵＨＴ系统组成示意图 功能。 ２．４车载网络 ２．１ ＥＵＨＴ中心 车载设备包括ＥＡＵ（接入单元）和ＥＡＴ。 ＥＡＵ、ＥＡＴ设置在车头（１号车厢）和车尾（８ ＥＵＨＴ中心设备包括ＥＣＣ（控制中心）和 ＥＤＣ（数据中心）。 号车厢）司机驾驶室，进行无线信号的收发和控 制，完成与地面的无线通信；ＥＡＵ和ＥＡＴ通过射 频电缆连接，ＥＡＵ与车载无线覆盖系统设置的交 换机连接。 ＥＣＣ接收来自网内各设备的状态信息，对全 线所有设备进行状态监控；接收来自中心终端的查 询命令，显示线路上的状态，可对全线所有设备进 行诊断、维护和升级操作。 ＥＤＣ与承载业务的地面设备连接。 车载ＥＡＵ通过车厢内交换设备，实现负载均 衡和业务分级，提高整车数据带宽，同时实现车厢 内业务的承载。 ＥＣＣ与ＥＤＣ之间的物理接口采用标准千兆以 ７１一 铁道通信信号２０１７年第５３卷第２期 ３切换原理 ＥＵＨＴ系统工作频率划分为２个频段，本方 案采用异频组网方式，相邻ＥＢＵ设置为不同的 频段。 当列车驶离原先服务的小区，进入新的服务小 区时，基站与列车移动台之间的链路将由新基站与 移动台之间的链路来取代，运行列车依次在各个基 站中进行链路切换。以ＥＡＵ触发切换为例的切换 流程如图２所示。 ＥＡＵ ＥＢＵ－Ｓ ＥＢ 一Ｄ Ｉ 测量请求（ｃｍ＿ｒｅｑ） 测量响应（ｃｍ＿ｒｓｐ） ｒ 测量报告（ｃｍ ｒｅ ｐ） 切换请求（ｈｏ＿ｒｅｇ） Ｌ 切换判决 『 切换命令（ｈｏ＿ｃｍｄ） Ｌ 发送 ＰＮ码 分配ＣＣＨ Ｉ认ＲＥＯ ＲＡ ＲＳＰ ＳＢＣ ＲＥ０ ｒ ＳＢＣ ＲＳＰ 切 、 图２由ＥＡＵ触发的空口切换流程 １．在一段时间内，当前小区的信号质量（平 均ＲＳＳＩ）低于测量阈值，ＥＡＵ向当前服务小区 （ＥＢＵ－Ｓ）发送测量请求消息。 ２．ＥＢＵ＿Ｓ返回测量响应消息，并为ＥＡＵ分配 信道测量时间和携带候选列表信息。 ３．ＥＡＵ根据信道测量结果进行切换触发判 断，如果在一段时间内接收到的信号质量（平均 ＲＳＳＩ）超过切换阈值，向ＥＢＵ—Ｓ发送切换请求触 发切换。 ４．ＥＢＵ－Ｓ根据切换请求所携带的推荐候选 ＥＢＵ进行切换判决，并确定目标ＥＢＵ＿Ｄ。 ５．ＥＢＵ—Ｓ向ＥＡＵ发送切换命令消息。 ６．收到切换命令后，ＥＡｕ根据切换命令所携 带的相关参数，向ＥＢＵ—Ｄ发起切换过程。 ７．ＥＡＵ在ＥＢＵ－Ｄ的ＲＡＣＨ信道发送ＰＮ码， 象新的ＥＡＵ一样采用竞争接入模式。 一７２— ８．ＥＢＵ－Ｄ收到ＰＮ码之后，发送传输ＲＡ— ＲＥＱ的上行资源分配ＣＣＨ，并携带功率和上行 ＴＡ信息。 ９．ＥＡＵ在所分配的资源上发送ＲＡ－ＲＥＱ，携 带ＥＡＵ ＭＡＣ地址。 １０．收到ＲＡ－ＲＥＱ后，ＥＢＵ－Ｄ发送ＲＡ－ＲＳＰ， 并分配唯一的ＥＡＵＩＤ。 １１．ＥＢＵ－Ｄ需要提前为该用户分配ＥＡＵＩＤ， 并在切换命令中通知ＥＡＵ，由ＥＢＵ—Ｄ分配临时 ＥＡＵＩＤ等信息。 １２．ＥＡＵ通过发送终端基本能力协商请求帧 （ＳＢＣ—ＲＥＱ）来通知ＥＢＵ，ＥＢＵ收到ＳＢＣ— ＲＥＱ后，进行能力参数对比，根据双方都支持的 能力参数为ＥＡＵ分配ＥＡＵＩＤ，并将调度机制信 息封装在终端基本能力协商响应帧（ＳＢＣ—ＲＳＰ） 中通知给ＥＡＵ，ＥＡＵ成功切换到ＥＢＵ—Ｄ上，切 换过程完成。 ４测试设计 为避免其他系统对基于ＥＵＨＴ的铁路站车 ＷｉＦｉ车一地通信系统的测试造成干扰，在测试之前 需要进行电磁环境的摸底测试，了解测试地点的电 磁环境，便于对测试结果进行分析。 除了技术制式，影响无线通信系统指标最大的 因素是无线覆盖情况。在无线覆盖情况较差的地 区，终端难以正常进行无线通信。由于无线电磁波 传输时会发生衰落，噪声干扰也会影响通信系统， 无线覆盖情况仅通过理论分析并不能很好地验证和 解决，因此无线覆盖测试是进行车一地通信系统测 试的一个必要的内容。 对于ＷｉＦｉ车一地通信系统，数据传输相关指标 是系统能否得到应用的重要因素。数据传输的指标 包括上下行数据吞吐量、端到端传输延时和切换性 能，这３部分内容归为网络服务质量测试。其中， 上下行数据吞吐量测试可验证网络带宽，确定吞吐 量的最大值、平均值等指标，测试网络承载能力； 端到端传输延时测试，可验证网络响应时间及传送 数据包的准确率；切换性能测试可验证系统的稳定 性，如果系统切换失败率较高，则掉话、断网情况 将频繁发生，直接影响系统稳定和用户体验。 ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＩＧＮＡＬＬＩＮＧ＆ＣＯＭＩＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ Ｖｏｌ，．５３ Ｎｏ．２ ２０１７ 为测试系统对故障的应对能力，了解基站的覆 盖情况和边缘速率等重要指标，为规划和布设基站 提供参考，测试设计中应包含传输距离测试，对某 个基站失效时相邻基站所能覆盖的范围进行验证。 ５测试方法 ５．１ 电磁环境摸底测试 电磁环境测试，应在锁闭测试区段的ＥＢＵ载 频和对测试区段有影响的其他ＥＢＵ载频条件下进 行。使用频谱扫描仪ＥＳＰＩ，采用频谱扫频方式扫 描５７２５～５８５０ ＭＨｚ频段，扫描周期１００ ｍｓ，进 行最大峰值检波，分别记录频谱扫描范围内接收电 平的最大值、最小值和当前值；同时，启动ＧＰＳ 定位子系统，存储定位信息，包括经纬度、行驶速 度等，并计算行驶距离。 频谱测试与路径测试绑定，利用ＧＰＳ定位系 统，使每个时段的频谱扫描数据与动态检测列车行 经地点相对应。 频谱扫描最大值，用于表征在测试区间被测频 带内出现过的电平最大值，可以反映被测区间频段 内电磁信号的分布和强度。 ５．２无线覆盖测试 无线覆盖测试仪采用ＦＳＶ７，在检测列车上完 成。使用ＦＳＶ７通过一条频率平坦度较好的射频线 （或转接头）连接到车内天线馈线。由于ＦＳＶ７代 替了ＥＡＵ，所以不必考虑空口损耗与线损等外部 因素。车辆在行驶过程中，开启全部ＥＢＵ，使用 ＦＥＳＡＭＡＳ测试系统和ＦＳＶ７扫描场强覆盖情况。 试验段ＥＢＵ在正常工作覆盖下，按９５ 时 间、地点概率统计沿线系统无线覆盖情况。 ５．３网络服务质量测试 １．上、下行数据吞吐量。地面测试服务器设 置为ＦＴＰ服务器，通过３０ ｍｉｎ下载、上传文件， 分别统计上、下行的峰值吞吐量和均值吞吐量。 ２．端到端数据传输延时。采用检测车动态检 测，分别检测上、下行运行区间。每小区分别发送 １２８字节和１０２４字节的数据包不少于２０个，总数 不小于１０００个；测试终端连接到车顶天线，在测 试终端和地面测试服务器之间周期性传送数据包， 根据发送和返回数据包的时间间隔计算传输延时。 ３．切换性能。采用检测车动态检测，分别检 测上、下行运行区间；检测总次数不小于１００次。 ＥＡＵ在线上进行切换时，按照步骤输出相应的日 志信息，从日志信息中得到对应的切换性能参数。 在综合检测车移动过程中跟踪切换信令，根据切换 信令计算切换执行时间和切换成功率，判断切换 性能。 ５．４传输距离测试 关闭被测ＥＢＵ附近的其他ＥＢＵ，如图３所 示，计算测试车从接收到该ＥＢＵ信号并可满足通 信质量要求，到无法满足通信质量要求所走行的位 置间距离。 套 套 表 ≮ 、ｌ１ １－＿国—－・－ 检测列车 图３传输距离测试示意图 ６结论及建议 电磁环境摸底测试、无线覆盖测试、网络服务 质量测试和传输距离测试，可以概括ＥＵＨＴ的技 术特点，可以对ＥＵＨＴ技术在高铁环境下的指标 进行较为全面的涵盖，也可对ＥＵＨＴ设备在测试 环境下的应用情况进行一定程度的了解。建议在实 验室测试后，尽快规划ＥＵＨＴ试验段，对该项技 术进行现场测试，以验证ＥＵＨＴ技术车一地无线通 信性能指标，取得ＥＵＨＴ通信技术在高铁应用环 境下全面、准确的技术数据。 参考文献 ［１］ＹＤＴ ２３９４．２－２０１２．高频谱利用率和高数据吞吐的无线 局域网技术要求——第２部分．增强型超高速无线局 域网媒体接入控制层（ＭＡＣ）和物理层（ＰＨＹ）ＩＳ］． ２０１２． １－２］中华人民共和国．ＧＢ／Ｔ ３１０２４．１－２０１４．合作式智能运 输系统专用短程通信［ｓ］．２０１４． ［３］倪小龙．新一代高速宽带无线移动通信系统（ＥＵＨＴ） 技术介绍及产业化应用［Ｊ］．世界轨道交通，２０］６（６）： ６４——６５ （责任编辑：诸红） ７３—
