市域軌道交通基于TD-LTE技術的多網融合解決方案研究

張正杰

（蘇州市軌道交通集團有限公司，江蘇 蘇州 215004）

1 研究背景

近年來，我國城市軌道交通建設飛速發(fā)展，各地都在加快城市軌道交通建設。其形式逐漸呈現多樣化，從最初的市區(qū)線（M線），擴張到市域快線（R線），又逐漸興起了市域鐵路（S線）。隨著各個城市地鐵線網規(guī)模的逐漸形成，主城核心區(qū)與外圍衛(wèi)星城、組團城市以及沿途城鎮(zhèn)之間的交通建設迫在眉睫。縮短城區(qū)和郊區(qū)之間的距離、促進城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的愿望愈發(fā)強烈，市域鐵路勢必成為未來主流的軌道交通建設模式[1]。

市域鐵路（也稱市域軌道交通）是介于鐵路和城市軌道交通之間的一種新型交通制式。針對這種新型軌道交通模式，目前暫無現行規(guī)范可循，也無任何成功案例參考。其既不同于國鐵，也不同于地鐵，通信系統(tǒng)方案無法完全參照既有的軌道交通形式進行設計。市域鐵路從運營管理模式來講，更偏向于城市軌道交通，無線通信系統(tǒng)所承載的業(yè)務與傳統(tǒng)的城市軌道交通基本相同。但是，目前城市軌道交通中應用的無線通信技術仍存在一定的技術局限性，特別是廣泛采用的車地寬帶技術WLAN已經無法跟上市域鐵路高速發(fā)展的步伐，急需尋求一種新的技術滿足市域鐵路車地寬帶的接入需求。

2 國內主要城市軌道交通無線通信系統(tǒng)的建設現狀

車地無線通信是城市軌道交通安全運營的神經中樞。城市軌道交通采用無線通信技術的系統(tǒng)有很多，包括專用無線調度、乘客信息系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、公安無線系統(tǒng)、消防無線系統(tǒng)、民用無線系統(tǒng)、車輛信息及檢測信息上傳系統(tǒng)和車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。此外，還可能包括無線政務網和為了滿足乘客上網需求的WiFi接入系統(tǒng)。

按照業(yè)務需求劃分，上述系統(tǒng)需求可以分為專用業(yè)務需求和非專用業(yè)務需求。專用業(yè)務需求主要是指軌道交通內部各無線通信系統(tǒng)的業(yè)務需求，如信號、專用無線調度等系統(tǒng)。這些業(yè)務是軌道交通正常運行的保障。非專用業(yè)務需求主要包括公安、消防、政務和民用通信等。由于它的服務主體各有差異，同時需實現與各自業(yè)務系統(tǒng)的對接，因此不建議進行無線通信網絡整合。若條件允許，可考慮無線覆蓋介質共享。本文主要討論了專用無線通信系統(tǒng)進行多網融合的可行性，包括專用無線調度系統(tǒng)、信號系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)（含車載CCTV、車輛狀態(tài)信息的上傳和流媒體的分發(fā)）。

從專用無線通信系統(tǒng)承載的數據類型劃分，主要分為車地語音通信業(yè)務（如專用無線調度系統(tǒng)）和車地寬帶數據通信業(yè)務（如PIS、信號系統(tǒng)CBTC等）。目前，從已開通的線路來看，國內地鐵大多采用TETRA承載車地語音通信，采用WLAN技術承載信號CBTC列控信息，采用工作在開放頻段的WLAN系統(tǒng)承載PIS業(yè)務，但也有個別城市采用雙向DVB-T（地面數字電視廣播，數字視頻的地面?zhèn)鬏敇藴剩┏休d車載PIS業(yè)務，如武漢、長沙、南昌和重慶等。隨著1.8 GHz頻率資源的開放和TD-LTE技術的成熟，新建地鐵線路開始廣泛采用TD-LTE技術承載業(yè)務。

3 系統(tǒng)方案

目前，基于TD-LTE技術的多網融合解決方案主要考慮承載CBTC、專用無線語音調度業(yè)務、PIS業(yè)務、CCTV業(yè)務以及PCA業(yè)務。后五種業(yè)務均可由一張LTE網進行承載，溫州S1線就采用了該實施方案。但是，如果需要承載CBTC網絡時，則需考慮此重新建設專門的LTE網進行承載[2]。

根據信號網絡的設計原則，為保證系統(tǒng)業(yè)務的可靠性和安全性，無線網絡必須冗余設置。此時，LTE網絡架構應按照A、B雙網設計，兩張網絡完全獨立，并行工作，互不影響。每個網絡包括核心網（EPC）、基站（eNodeB）和車載無線設備（TAU）。其中，A網絡單獨用于承載CBTC業(yè)務，B網絡用于承載CBTC業(yè)務備份、集群語音、PIS和CCTV等業(yè)務。LTE網絡邏輯架構如圖1所示[3]。

圖1 多網融合方案邏輯架構

筆者建議A網由信號系統(tǒng)建設，B網由通信系統(tǒng)建設，具體網絡結構如圖2所示。

與單網構成方案一致，LTE網絡需要在控制中心、車站、車輛段/停車場、軌道旁和車輛中部署相關設備。但是，中心設備、基站設備、車載設備和覆蓋系統(tǒng)均按照布置兩套。其中，兩套核心網設備、網管及應用、接口服務器均統(tǒng)一安放在控制中心，兩套車站及區(qū)間設備均按照同址設置考慮，車載設備也按照冗余原則配置。此外，采用多網融合方案覆蓋的區(qū)域主要包括所有車站、上下行正線、折返線、車輛段/停車場和試車線等。

4 結 論

目前，TD-LTE技術非常適應市域軌道交通業(yè)務承載模型。隨著各系統(tǒng)業(yè)務需求的不斷增加，車載CCTV由目前主流的標清視頻上傳逐漸演變?yōu)楦咔逡曨l上傳，從2路視頻變?yōu)檎麄€列車的視頻上傳；PIS系統(tǒng)從標清視頻演變成高清；語音調度通信從單純的語音通話需求變?yōu)槎嗝襟w調度需求等。各系統(tǒng)業(yè)務對無線通信系統(tǒng)的要求越來越高，帶寬需求越來越大。未來，隨著帶寬需求的增加，頻率資源緊張將成為發(fā)展的瓶頸。因此，無線通信技術的發(fā)展要與時俱進，以滿足不斷發(fā)展的業(yè)務承載需求[4-6]。

圖2 LTE多網融合方案系統(tǒng)結構