基于LTE技術的信號CBTC系統承載技術探究

潘思丞

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基于LTE技術的信號CBTC系統承載技術探究

潘思丞

中鐵三局集團電務工程有限公司，山西 晉中 030600

CBTC是一種基于通信的列車控制系統，通過通信媒體來實現列車和地面設備的雙向通信，從而代替軌道電路作為媒體來實現列車運行控制。應用較為廣泛的通信技術是WLAN技術。WLAN技術雖然有自身較為明顯的優勢，不過由于其抗干擾能力差以及穩定性難以保證等原因使得其并不是最理想的通信技術。LTE在穩定性與安全性方面的表現都較為突出，因此應用LTE技術對CBTC系統進行承載就成為當前軌道交通行業重點技術。對LTE技術方案進行了分析。

軌道交通；CBTC系統；LTE技術；時鐘同步

1 系統架構

信號DCS系統采用的LTE系統采用A、B雙網冗余組網，為CBTC車地傳輸提供可靠的雙向通道。

如圖1所示，主要組成部分包括以下幾個部分。

（1）LTE核心網設備（EPC）

EPC是各種業務在LTE網絡側傳輸的總出入口，是LTE網絡核心部分，對全網運維至關重要。為了保證CBTC系統運行安全穩定，整個LTE網絡采用A、B雙網配置，各部署一套EPC設備，保證A、B兩個網絡數據傳輸通道的獨立性。在單臺EPC設備發生故障時，另一臺EPC可以保證另一套網絡正常運行、不受影響。

（2）LTE網管系統

LTE網管系統是LTE系統的管理中樞，負責管理無線覆蓋的所有LTE基站設備，包含設備參數配置、告警、日志、用戶管理、性能管理和系統更新等功能。

（3）1588時鐘服務器

基于1588v2的時鐘源，為LTE網絡中的TD-LTE基站提供高精度的時鐘同步保證，使相鄰小區空口上下行傳輸嚴格同步，減小相互干擾影響。為了保證LTE系統時鐘同步的穩定性，在全線應至少部署兩套時鐘服務器、外接GPS天線，保證單點設備故障不影響A、B網時鐘同步；兩套GPS站址應在地域上保持較大的隔離，降低GPS信號接收同時受到影響的風險。

（4）LTE軌旁基站

負責LTE無線網絡信號在軌道交通線路的無縫覆蓋，為車載終端設備提供穩定的接入保障，確保CBTC和其他業務的可靠傳輸。A、B網基站一般采用共址、異頻、同覆蓋方式，配合泄漏電纜（或定向天線）發無線信號，根據信號發射功率、傳播環境特性、無線頻段、終端接收靈敏度等參數合理規劃小區分布[1]。

圖1 LTE網絡架構

（5）車載LTE接入設備及車載天線

上、下行線路大致按相同里程獨立部署A、B網基站，連接漏纜覆蓋。地下軌旁紅、藍雙網LTE基站采用同址覆蓋方式，漏纜連接方式如圖2所示。

在相鄰一對紅、藍網基站的小區覆蓋范圍之間，雙漏纜形成一段重疊覆蓋區，保證相鄰小區信號能無縫、可靠切換。

用于CBTC系統的LTE漏纜，通常安裝在墻壁靠頂的行車方向右側，達到或稍超過車頂天線的安裝高度，為避免干擾，與其他系統（如TETRA、電信運營商等）的漏纜保持一定間距。

3 時鐘同步

TD-LTE組網要求嚴格的空口同步，室外基站通常配置GPS獲取同步；而地下軌道交通環境無法保證每臺軌旁基站都能直接獲取GPS信號，一般采用IEEE 1588v2（PTP）協議的網絡同步方式來保障全網同步精度。

一般可設置兩處GPS站址（一主一備），分別配置高精度的時鐘服務器，分別作為LTE骨干A、B網的主同步時鐘源，通過硬件上支持1588v2協議的骨干交換機節點，分別與軌旁LTE網絡的A、B網基站連接，為全網LTE基站提供精確的時鐘參考。如果一臺同步時鐘源的單個模塊或整機發生故障，可以自動切換到備用另一個模塊或者另一臺時鐘源，從而保證全網同步的穩定性[2]。

4 冗余設計

基于LTE的信號系統總體上采用A、B雙網冗余設計，從多個維度保障信號數據可靠傳輸和運行安全。

（1）雙網基站設備冗余：A、B雙網基于同頻段中兩個不同帶寬進行冗余覆蓋，保證全線信號傳輸互不干擾，當其中單個基站設備發生故障時，同址的另一張網的基站設備能保證信號業務正常可靠傳輸。

（2）LTE核心網設備冗余：A、B網基站分別連接至獨立的EPC設備，互不影響；當其中一臺EPC發生故障時，另一臺EPC正常工作，至少保證一個網正常通信。

（3）車載終端冗余：在車頭、車尾各部署一臺TAU設備（連接到車載天線），兩臺TAU分別工作在A、B網頻段，互為備份，并且由于車體長度間隔，一般不會同時處于信號覆蓋相對較差的區域，保證至少有一臺TAU工作在良好無線傳輸狀態下。

（4）時鐘源冗余：在1588v2時鐘同步方案中，全線配置兩套時鐘源每套都配置雙時鐘模塊，分別保證A、B兩網基站的空口精確同步；當單個時鐘模塊或時鐘源發生故障時，能自動切換到另一時鐘模塊或時鐘源，保證全網同步穩定可靠[3]。

圖2 漏纜與基站組成A、B網

5 結語

在軌道交通迅猛發展的高態勢下，作為整個軌道交通的核心協調與指揮中心的CBTC如何提高自身的穩定性與安全性，從而確保軌道交通信號的正常，避免意外發生就成為了一個重要的命題。相比于目前的WLAN的3G技術，從移動通信引入的LTE系統，無論是在速率上還是在穩定性、可靠性以及抗干擾能力方面都有著較為明顯的優勢，大大提高了CBTC系統的穩定性及可靠性，為我國軌道交通事業做出一定的貢獻。

[1]陳琦. 基于LTE技術的CBTC綜合承載網絡方案設計與研究[J]. 城市軌道交通研究，2015，18（11）：35-39.

[2]王軍平，盧曉宇. 城市軌道交通LTE綜合承載CBTC與專用無線集群業務[J]. 城市軌道交通研究，2017，20（s1）：1-7.

[3]張婧. TD-LTE寬帶集群技術在城市軌道交通中的應用[J]. 電子科技，2016，29（7）：120-123.

Research on Bearer Technology of Signal CBTC System Based on LTE Technology

Pan Sicheng

China Railway Third Bureau Group Electric Power Engineering Co., Ltd., Shanxi Jinzhong 030600

CBTC is a communication-based train control system that realizes two-way communication between trains and ground equipment through communication media, thus replacing the track circuit as a medium to realize train operation control. The widely used communication technology is WLAN technology. Although WLAN technology has its own obvious advantages, it is not the most ideal communication technology because of its poor anti-interference ability and stability. LTE has outstanding performance in terms of stability and security. Therefore, the application of LTE technology to bear the CBTC system has become the key technology of the current rail transit industry. The LTE technical solution is analyzed.

rail transit; CBTC system; LTE technology; clock same

U284.48

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