地鐵綜合車地無線系統建設模式比選

許釗

摘 要：近年來，隨著地鐵車地無線寬帶網絡技術的發展，城市軌道交通信號系統及通信系統所采用的車地通信方式均發展為LTE系統。本文針對地鐵車地無線通信系統的建設規劃做出討論，并進行比較，最后提出解決問題的可能的方向。

關鍵詞：地鐵；車地通信；通信系統；信號系統；LTE

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A

1.地鐵車地無線傳輸需求分析

根據目前軌道交通發展，現階段地鐵車地通信所需傳輸的內容包括如下：集群調度通信、乘客信息系統實時圖像下發、車載視頻監控圖像回傳、緊急文本、列車狀態信息、及信號CBTC業務。各業務需求見表1。

每個小區按照極限情況下容納6列車時的業務見表2。

2.地鐵車地無線通信整體規劃

根據城市軌道交通目前頻率規劃，結合上述帶寬分析表，考慮到地鐵列車運行速度為80km/h～160km/h，需采用LTE技術搭建綜合承載網。由于無法滿足乘客信息系統車載視頻回傳功能（根據上表），推薦乘客信息系統單獨建設車地無線網絡，不納入LTE綜合車地無線綜合承載網。

即車地綜合無線數據業務共包含4個業務：CBTC列控數據業務、無線調度業務、緊急信息業務、列車狀態信息，各業務對車地無線系統傳輸速率的要求分別為：

CBTC單網速率要求不低于0.5 Mbit/s；

無線調度業務單網速率要求不低于2 Mbit/s；

列車運行緊急數據業務單位速率要求不低于100 Kbit/s；

列車狀態信息業務速率要求不低于100Kbit/s；

根據以上對本工程車地無線傳輸業務的需求分析，可實現的LTE無線信息傳輸網絡系統組網方案有以下3種：

（一）某專業單獨建設LTE綜合承載網絡

建設一套硬件完全冗余的LTE綜合承載網絡，考慮到信號CBTC系統對無線數據的可靠性、安全性要求更高，必須采用雙網冗余的設置方式。

此方案有兩種建設模式：通信專業建設或信號專業建設。

使用LTE綜合承載CBTC、無線調度等業務時，與LTE網絡存在接口界面的系統有無線調度子系統、CCTV子系統、時鐘子系統、集中告警子系統、傳輸子系統、地面信號系統、車載信號系統，其中前5個子系統都屬于通信系統，并且LTE網絡與公安無線子系統（TETRA）共用漏纜，通信系統中就有多達6個子系統與LTE網絡存在接口；而信號系統中僅僅有地面信號系統和車載信號系統與LTE網絡存在接口。

以上子系統中，地面CCTV子系統、時鐘子系統、集中告警子系統、傳輸子系統及地面信號子系統都位于控制中心或車輛段；車載無線調度子系統及車載信號子系統則位于車輛上；公安無線子系統則在線路區間存在與LTE網絡的接口。

（1）LTE放入通信（包含信號與通信各建一個核心網方式）的接口界面劃分

由于LTE放入通信系統，LTE網絡與無線調度系統、CCTV系統、時鐘系統、傳輸系統、集中告警系統之間的接口都屬于通信系統內部的接口。

而信號系統與整個通信系統的接口只有兩處，一處是在控制中心地面信號系統與LTE核心網之間的接口；另一處是在車輛上車載信號系統與LTE車載終端TAU之間的接口。

因此，LTE放入通信包中后，信號與通信兩大系統之間的接口非常簡單明了；并且LTE網絡與其他多個子系統之間的接口放在通信系統內部則更加簡單、方便，通信系統人員具備豐富的經驗，處理起來輕車熟路。

（2） LTE放入信號的接口界面劃分

由于LTE放入信號系統，LTE網絡與無線調度系統、CCTV系統、時鐘系統、傳輸系統、集中告警系統之間的接口變成了跨越信號與通信兩大系統的外部接口。

此時信號系統與整個通信系統的接口多達8處，其中5處是在控制中心無線調度系統、CCTV系統、時鐘系統、集中告警系統、傳輸系統與LTE核心網之間的接口；兩處是車輛上車載無線調度系統、車載CCTV與LTE車載終端TAU之間的接口；1處是在整個線路區間公安無線（TETRA）可能與LTE網絡通過合路器共用漏纜，這里還沒有考慮所有LTE基站都與傳輸子系統在各個車站存在接口。

因此，LTE放入信號包后，信號與通信兩大系統之間的接口會異常復雜；并且對于信號系統運營維護人員而言，由于之前從來沒有接觸過通信各子系統，沒有這方面的經驗，處理起來會有一定困難。

（二）通信信號各自獨立建設LTE單網

通信信號專業各自建設一套LTE硬件傳輸網絡，通信專業單網承載無線調度業務和列車運行緊急數據業務。考慮到信號CBTC系統對無線數據的可靠性、安全性要求更高，必須采用雙網冗余的設置方式，則由通信專業為信號專業配置冗余無線數據傳輸通道，以滿足信號系統冗余需求。

優點：該方案同樣整體降低本工程LTE車地無線信息傳輸網絡的造價，實現資源的整合和充分利用，技術上滿足信號系統對車地無線數據傳輸的要求，節約頻帶資源的使用寬度。

缺點：信號系統與通信系統在無線數據傳輸系統增加了接口，同時信號系統的冗余通道的可靠性和安全性需要由通信系統保障。

（三）通信獨立建設單網，信號專業獨立建設冗余雙網

通信專業獨立建設一套LTE硬件傳輸網絡設備，承載無線調度業務和列車運行緊急數據業務。考慮到信號CBTC系統對無線數據的可靠性、安全性要求更高，必須采用雙網冗余的設置方式，信號專業獨立建設一套冗余無線數據傳輸網絡設備。

優點：該方案通信信號兩個系統在無線信息傳輸系統上完全獨立，工程安裝、調試，后期的設備維護都相對獨立，降低了專業之間的依賴，管理上更為便利。

缺點：增加了工程建設的成本，增加了無線頻帶資源的使用寬度。

結論

目前國內地鐵擬申請的頻帶資源寬度為13MHz～20MHz，均能滿足以上3種方案的建設和使用需求。以上各方案均有優缺點，系統應從資源整合，降低工程整體造價，合理配置系統設備的角度出發，建議通信、信號各建一套核心網設備，同時應結合各地無線電管理委員會的頻帶資源批復情況，確定最終方案。

參考文獻

[1]沈嘉，索士強，等.3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計[M].北京：人民郵電出版社，2008.

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

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