廣州地鐵采用TD－LTE構建無線專網探討

熊 楨

城市軌道交通線路復雜，高架與地下區間交錯混合，尤其是長大區間的線路，給城市軌道交通運營維護、人力安排帶來了很大的考驗。目前城市軌道交通廣泛使用窄帶通信系統，如TETRA、PDT等，只能支持語音集群業務，不能支持視頻監控、數據采集等寬帶數據業務，工作效率較低，已很難滿足當下行業用戶對視頻通信、遠程數據采集和多媒體廣播等寬帶專網通信的需求。而基于TD－LTE新型寬帶專用無線通信系統，不僅能提供專用語音調度功能，而且能通過一張網承載多種業務來實現城市軌道交通運營維護、網絡管理的要求，支持視頻集群通話，提供高帶寬的數據傳輸，因此從技術發展、業務應用、標準化情況綜合考慮，采用基于TD－LTE寬帶數字集群系統的無線專網是合理的，也是必要的。

1 廣州地鐵無線頻率配置情況

根據工業和信息化部 《關于擴展1800MHz無線接入系統使用頻率的通知》 （信部無 ［2003］408號）的規定，軌道交通內TD－LTE可申請1．8GHz 頻 段 （1785M ～ 1805MHz）， 共20MHz帶寬。目前廣東電力已申請的頻率為1790M～1795MHz，共5MHz帶寬。廣州地鐵可申請使用的頻率暫定為地面區域為 “5＋3”，即1795M～1800MHz的5MHz和1785M～1790MHz間的3MHz。地下區域為 “10＋3”，即1790M～1800MHz的10MHz和1785M～1790MHz間的3MHz。

為了充分利用有限的頻率資源，高架、地下區域分別采用5MHz、10MHz頻寬的同頻組網方案。高架和地下區域各剩下的3MHz頻率資源預留給其他系統單獨組網使用。

1．1 單列車的車－地傳輸帶寬分配原則

單列車無線帶寬分配原則如表1所示。有效速率6Mb／s。

提供的業務：多路無線語音調度組呼和單呼，10臺多媒體終端實時上傳視頻圖像。

表1 單列車無線帶寬分配原則

1．2 各區域的無線帶寬分配原則

1．地下區間：10MHz同頻組網，TD－LTE上下行子幀配比3：1，上下行區間分別敷設一根漏纜，上下行分設RRU設備，RRU間隔為600m，無線小區邊緣速率上行6Mb／s、下行2Mb／s。

提供的業務：無線語音調度組呼和單呼，多個多媒體終端實時上傳視頻圖像，列車狀態信息上傳，一路車載視頻監控圖像實時上傳，CBTC（預留）。

2．地下車站：10MHz同頻組網，TD－LTE上下行子幀配比3：1，下行有效速率5Mb／s，上行有效速率13Mb／s。

提供的業務：多路無線語音調度組呼和單呼，20多臺多媒體終端實時上傳視頻圖像。

3．高架區間：5MHz同頻組網，TD－LTE上下行子幀配比3：1，上下行區間分別敷設一根漏纜，上下行共用RRU設備，RRU間隔為600m，無線小區邊緣速率上行3Mb／s、下行1Mb／s。

提供的業務：單列車無線語音調度組呼和單呼，單列車一個多媒體終端實時上傳視頻圖像，列車狀態信息上傳，一路車載視頻監控圖像實時上傳，CBTC （預留）。

特殊情況下 （上下行列車在無線小區邊緣同時交匯），可提供兩列車無線語音調度組呼和單呼，兩列車各一個多媒體終端實時上傳視頻圖像，列車狀態信息上傳，CBTC （預留）。

4．高架車站：5MHz同頻組網，TD－LTE上下行子幀配比3：1，下行有效速率2Mb／s，上行

5．車輛段和停車場：5MHz同頻組網，TDLTE上下行子幀配比3：1，單無線小區下行有效速率2Mb／s，上行有效速率6Mb／s。

提供的業務：多路無線語音調度組呼和單呼，約10臺多媒體終端實時上傳視頻圖像，列車狀態信息上傳，CBTC（預留）。

由于車輛段和停車場能形成多個無線小區 （≥3個）。全段場總共能提供：多路無線語音調度組呼和單呼，至少30臺多媒體終端實時上傳視頻圖像，列車狀態信息上傳，CBTC（預留）。

2 共用天饋的方案

廣州地鐵政務網采用800MHz TETRA系統。政務網在站廳、站臺、出入口、設備區、控制中心、車輛段和停車場共用專用無線系統的無線覆蓋系統，在區間共用專用無線系統的區間漏纜。

2．1 車站及段場合路界面

車站及段場合路界面，在車站／段場通信設備室的四進二出合路器的輸入端子側，即合路器及政務網引入至通信設備室的射頻電纜由政務網提供，室內覆蓋等天饋設備由專用無線通信系統提供，如圖1所示。

2．2 區間合路界面

地鐵內，相同發射功率的情況下，800MHz TETRA系統與1．8GHz的TD－LTE系統的無線信號覆蓋半徑不一致，因此存在以下2種合路方案。

方案一，TETRA與TD－LTE無線覆蓋半徑不同。

圖1 車站及段場合路界面

在相同發射功率大小的情況下，地下區間如圖2所示，高架區間如圖3所示。800MHz TETRA系統信號覆蓋半徑為800m，即直放站遠端機的間距為1600m。1．8GHz TD－LTE系統信號覆蓋半徑為600m，即RRU的間距為1200m。地下區間左右線RRU分設，高架區間左右線RRU合設 （避免同頻干擾、節約資源）。

圖2 方案一：地下區間示意圖

圖3 方案一：高架區間示意圖

這樣可以最大化的利用政務網的信號覆蓋距離，減少直放站遠端機的設置數量。但由于TETRA系統與TD－LTE系統的斷點位置不一致，導致區間漏纜斷點較多，增加了信號的傳輸衰耗，同時區間設備比較分散，增加了施工和運營維護及管理的難度。

方案二，TETRA與TD－LTE無線覆蓋半徑相同，通過減小TETRA系統的發射功率，地下區間如圖4所示，高架區間如圖5所示，使TETRA與TD－LTE的信號覆蓋半徑相同，都為600m。

圖4 方案二：地下區間示意圖

圖5 方案二：高架區間示意圖

這樣減少了斷點位置，保證了TD－LTE信號的傳輸質量，設備集中便于施工及運營維護管理。但增加了TETRA系統的直放站遠端機的數量。

從TD－LTE信號的傳輸質量和區間設備的維護管理等方面考慮，推薦采用方案二的合路方案。TETRA與TD－LTE的區間信號覆蓋半徑一致，即直放站遠端機之間、RRU之間的間距都為6 0 0m。在同一斷點位置涉及到的共用設備：漏護管理等方面考慮，推薦采用方案二的合路方案。TETRA與TD－LTE的區間信號覆蓋半徑一致，即直放站遠端機之間、RRU之間的間距都為600m。在同一斷點位置涉及到的共用設備：漏纜、四進二出合路器、隔直器、避雷器 （高架區間）、射頻饋線、接地線等相關件。這些共用設備可全由專用無線通信系統提供。

3 結束語

采用TD－LTE寬帶數字集群系統是符合城市軌道交通無線專網的未來發展趨勢。根據廣州地鐵的無線頻率資源情況、運營使用需求、系統建設特點，分析基于1．8GHz的TD－LTE無線專網的無線帶寬的分配原則和無線專網與廣州地鐵無線政務網的共用天饋的方案，以及基于TD－LTE寬帶數字集群系統作為廣州地鐵無線專網具有可行性。

［1］ 王映民，孫韶輝 等編著．TD－LTE技術原理與系統設計［M］．北京：人民郵電出版社，2010．

［2］ 肖清華 等編著．TD－LTE網絡規劃設計與優化［M］．北京：人民郵電出版社，2013．

［3］ YD／T 2689－2014．基于LTE技術的寬帶集群通信（BTrunC）系統總體技術要求（第一階段）．2014．

［4］ 工業和信息化部．信部無［2003］408號 ．關于擴展1800MHz無線接入系統使用頻率的通知．2003．

［5］ 工業和信息化部．工信部無［2015］65號 ．關于重新發布1785－1805MHz頻段無線接入系統頻率使用事宜的通知．2015．

［6］ 中國城市軌道交通協會．中城軌［2015］008號 ．關于轉發工信部1785－1805MHz頻段使用事宜通知及有關落實工作的意見．2015．

［7］ 廣州市地下鐵道總公司．穗鐵運［2015］149號 ．廣州市地鐵總公司關于申請TD－LTE地鐵無線綜合通信網1．8G頻段的函．．2015．