LTE-M系統運營維護規范的研究

王 巍，葛淑云，申鈺蓉，梅子然，謝衡元，陳盼盼

（中鐵電氣化局集團有限公司設計研究院，北京 100070）

LTE-M系統是針對城市軌道交通綜合業務承載的無線網絡TD-LTE系統，它在保證基于通信的列車控制系統（CBTC）車地信息傳輸基礎上，可同時承載集群調度業務、列車運行狀態監測、視頻監控（IMS）、乘客信息系統（PIS）等信息。目前，LTE-M系統在城市軌道交是一個新技術應用的初期，隨著LTE-M在城市軌道交通中的應用越來越多，為保證系統和設備的可靠性和穩定性，LTE-M系統的運營維護工作顯得越來越重要。因此，對LTE-M系統運營維護規范的研究和標準制定非常必要。

2018年，中國城市軌道交通協會已發布了LTE-M系統的系列規范，包括系統架構、系統需求、設計規范、設備規范和施工驗收規范等，但未涉及到LTE-M系統運營維護的相關內容或規范。因此，為保證LTE-M系統的高效可靠運行，LTE-M系統運營維護規范的研究應運而生。

本項目組在借鑒北京地鐵既有無線網絡維護規程的基礎上，通過了解各設備廠商的LTE-M系統設備組成、設備性能及網管功能，結合已制定的LTE-M系統的系列規范，從運營維護的角度對LTE-M系統的設備進行了分類；同時，對日常維修、定期維修和大修3類運營維護內容進行明確。本文將逐一對各類設備的維護內容及周期，以及對系統維護過程和要求等主要內容進行介紹。

1 LTE-M系統設備運營維護組成

LTE-M通信系統主要由核心網設備、基站（BBU、RRU）設備、 調度服務器、終端設備（調度臺、車載集群終端、車載數據終端、固定臺、手持臺）、網管設備、漏泄電纜、漏泄波導、天饋系統、桿塔及配套附屬設備組成。核心網設備可采用單線獨享或多線共享的方式；根據集群調度通信業務需求設置調度服務器和調度臺，構成調度系統。基站設備（BBU、RRU）作為站點和區間LTE-M信號的發射源，通過漏泄電纜或漏泄波導、車站天線、饋線和鐵塔輻射LTE-M信號，實現車地之間數據、圖像和語音的傳送功能。

LTE-M系統設備運營維護主要分為核心網設備、基站（BBU、RRU）設備、終端設備、調度服務器設備、網管設備、天饋系統設備（包括漏泄電纜、漏泄波導、天饋系統）、桿塔及配套附屬設備，根據各設備的運行環境、設備的性能和功能特點確定維護方式、周期和內容。

2 LTE-M系統運營維護方式

根據對各地鐵公司運營維護體系的調研，參考地鐵TETRA系統運營維護方式，以及電信運營商LTE無線網和鐵路數字移動通信系統運營維護方式，建議將LTE-M系統的設備維護方式分為日常維修、定期維修和大修3種。

2.1 日常維修

日常維修主要是指及時發現問題，消除障礙因素，確保通信暢通的經常性檢修作業，包括周期性的日常巡檢、檢查、測試和維修等。日常維修的維修周期可以根據設備的具體情況分為每日、每月、每季、每半年和每年。一般情況下，每日維護主要是指能夠從網管側直接查看到設備工作狀況的直觀檢查；每月、每季和每半年的維護主要是根據不同的設備類型進行的一些系統檢查、處理、內部清掃等操作維護動作；每年維護主要是數據備份、設備機柜外部清掃等。

2.2 定期維修

定期維修主要是指按一定周期進行的設備檢查測試和修理工作，使其強度、性能滿足維修標準，包括對可倒換設備入維修基地進行維修，以及在設備使用現場組織專業人員進行的測試和修理，部件更換等。定期維修通常根據設備的具體維修情況設定維修周期，一般在兩年以上；定期維修主要包括設備主備板卡切換、設備健康狀態檢查，性能指標檢測等。

2.3 大修

大修主要是根據設備的使用年限和運行狀態，為恢復和提高LTE-M系統的質量和能力，有計劃地對相關設備進行全面整修和更換。大修的維修周期一般為5年以上，主要包括設備易損件的更換等。大修需要由設備維護部門提報大修計劃建議，上報上級主管部門審批后，方可進行。當設備質量狀態良好時，可延期進行大修，但延期大修的年限建議不超過兩年。

3 LTE-M系統的設備維護

LTE-M系統的設備維護包括LTE-M系統的控制中心設備、車站設備、車輛段設備、停車場設備、車載設備、區間設備及附屬設備和設施等各種LTE-M設備的維修維護。維護工作要執行國家、行業、以及企業自身有關網絡安全、通信保密的規定。設備維護單位應配備LTE-M設備及系統運營維護中必需的儀器儀表和工器具，建立相應的使用管理制度，同時應具備運營維護所必須的各類圖紙、竣工驗收資料、設備資料以及相關維護調整及測試記錄等。

在研究LTE-M系統運營維護規范的過程中，通過對各個設備的內部結構、產品特點、性能功能等的調研，按照不同設備的不同維修內容、維修周期進行逐條細化分類；同時，按照中國城市軌道交通協會的LTE-M系統系列規范和其他相關國家標準，以及企業規程、不同運營軌道交通的竣工驗收資料等制定了相應的質量標準，從而能夠切實有效的指導運營維護人員進行詳細的比對檢查，保證實操性，為整個系統的安全運行保駕護航。

3.1 LTE-M系統設備維護架構

設備的維護周期是指為保障設備正常的工作而對其進行檢查的頻率。LTE-M系統運營維護規范的研究中，根據各設備的系統原理、業務類型、內部結構、安裝位置等因素，針對不同設備制定了不同的維護周期，歸納形成LTE-M系統設備的維護架構，如圖1所示。

圖1 LTE-M系統設備維護架構Fig.1 LTE-M system equipment maintenance architecture

3.2 LTE-M系統核心網、調度服務器及網管設備的維護

LTE-M核心網、調度服務器及網管設備在維護的周期和內容上有著很多的相通性和相類似的地方，所以可以將這些設備的維護統一進行識別。

在日常維修中，LTE-M核心網、調度服務器及網管設備均需要每天進行網管側的設備工作狀況檢查，以確保設備運行正常。由于核心網、調度服務器及網管設備在LTE-M系統中的重要性，必須要求每月進行設備的狀態檢查、端口流量檢查、時間同步狀態檢查及校準、系統設備硬盤工作狀態檢查和應用程序運行狀態檢查等；每季進行設備的日志備份、無用數據清理，以及設備及機架外部、各種線纜的檢查和清掃；每年進行設備的日志備份、無用數據清理以及設備及機架外部、各種線纜的檢查和清掃。通過每日、每月、每季和每年的日常維護，保證設備穩定運行。

LTE-M核心網和調度服務器設備的定期維修周期建議為兩年，主要通過軟件維護、設備或板卡的主備切換，以及設備健康狀態檢查幾個方面進行維護，消除未知的安全隱患。網管設備的定期維修周期建議2～3年，主要維護內容包括網管功能的檢查、安全檢查以及網管系統升級等。

LTE-M核心網、調度服務器及網管設備的大修周期一般定義為5～8年，主要包括核心網設備電源模塊、硬盤、散熱單元、內存、光驅、主板和模塊等的更換，調度服務器的更換，以及網管設備插接件等的更換，通過易損件的更換，保證設備整體的安全可靠，無質量風險。

3.3 LTE-M系統基站設備的維護

LTE-M基站設備分為BBU設備和RRU設備。基站RRU設備由于其架設于區間，且設備本身的防護等級較高，故可適當延長其維護周期，簡化維護流程，以便于維護人員的具體維護操作。

基站設備的日常維修包括每日通過網管對設備工作狀況進行的實時監測；每季對BBU設備進行的一系列狀態檢查、同步校準、日志備份、數據清理、外部清掃等。每半年對RRU設備進行的狀態檢查，線纜檢查等；以及每年對RRU設備進行的各種數據備份等。

基站BBU設備的定期維修的周期是3～4年，主要是設備內部清掃、機架穩定度檢查，以及設備主備板卡切換試驗和設備健康狀態檢查。基站RRU設備的定期維修周期建議2～3年，僅需做一些設備的外部清掃即可。

基站設備的大修周期是5～6年，主要是對BBU設備板卡、散熱單元和RRU設備下行功放、電源模塊等的更換。

3.4 LTE-M系統終端設備的維護

LTE-M終端設備主要由調度臺、車載終端、固定臺、手持臺組成。其中，車載終端包括車載集群終端和車載數據終端兩種。LTE-M車載集群終端通過無線方式接入LTE-M網絡，為列車司機提供LTE語音、視頻和數據業務；LTE-M車載數據終端是車載寬帶數據接入終端設備，通過LTE-M網絡連接地面和列車，為列車提供上下行數據傳輸，為CBTC、列車運行狀態監測、PIS及視頻監控等業務提供數據接入服務。二者在維護上的主要區別在于車載數據終端監測信息及接口狀態檢查。

由于終端設備的產品特點相對獨立，維護上應重點關注其外部檢查和功能試驗。同時手持臺、固定臺等終端設備的日常應用頻率較高，數量較大，且較為分散，故在維護內容和維護周期的設定上應考慮到實操性，保證設備運行正常的同時應便于維護人員實際操作。

LTE-M終端設備的日常維修周期一般為每月或每季，主要包括對終端及其附屬設備進行的設備狀態檢查、外部清掃、線路檢查、安裝牢固度檢查等。終端設備的定期維修周期一般為兩年，主要是對設備主要功能或性能的檢測。大修周期一般為5年，主要指終端設備及其附屬設備的更換等。

3.5 LTE-M天饋系統設備的維護

LTE-M天饋系統的維護主要是指對漏泄電纜、漏泄波導、天饋系統、桿塔的維護。

在城市軌道交通建設中，漏泄電纜和漏泄波導的建設更為普遍。日常維護主要針對外觀的檢查，各種轉接頭的清掃和檢查，以及安裝固定支架的檢查進行的。根據調研情況，由于天饋系統數量多，且運行相對穩定，故其日常維修的維修周期一般不易過于頻繁，建議每季或每年進行一次日常維修。

定期維修主要是一些關鍵指標和性能的測試，例如電壓駐波比、耦合損耗等關鍵性技術指標的測試。在調研中，針對北京地鐵漏泄波導雨雪天氣性能指標下降的反饋，做了專業的檢測試驗，并建議風、雨、雪天氣及防洪重點區段應增加漏泄波導清潔次數，當其上表面冰或冰雪混合物在波導漏泄面覆蓋厚度大于5 mm時應進行除冰雪處理等建議。LTE-M天饋系統的大修周期一般在10年以上，主要指一些附件的更換等。

4 LTE-M系統測試

在LTE-M系統運營維護的過程中，除了要關注各個設備的具體維護內容，更要從整個系統的角度來進行周期性的維護，以保證整個系統的指標正常，運行安全穩定。

LTE-M系統的維護是指LTE-M系統的主要指標測試，主要從掃頻測試、場強覆蓋測試、網絡業務性能測試、集群功能測試和可靠性測試幾個方面進行。

LTE-M系統掃頻測試至少要測1個往返，根據系統使用的帶寬頻點的測試，保證LTE覆蓋范圍內無鄰頻干擾。場強覆蓋測試主要是測試信號強度和SINR分布，要求測試的場強值RSRP大于-95 dBm的概率不小于98%，信噪比SINR大于3 dB。

LTE-M網絡業務性能測試是通過對LTE-M的列車運行控制業務、列車緊急文本下發業務、列車運行狀態監測業務、IMS視頻監控業務、PIS視頻業務和集群語音業務的至少2個往返的測試，得到各個業務的時延、丟包率、傳輸速率、越區切換等性能指標，通過對指標的對比分析，制定相應的網絡優化計劃。

LTE-M集群業務包括集群話音、集群數據、集群多媒體和集群補充業務4種類型，在LTE-M系統維護中重點應對集群業務的功能進行測試，包括登陸注冊、語音單呼、語音組呼、視頻單呼、視頻組呼、限時通話、遲后進入、呼叫等待、呼叫保持、緊急呼叫、廣播功能業務、動態重組業務、遙暈功能、復活功能、功能號呼叫、集群區域呼叫、手持臺位置上報等。

LTE-M可靠性測試是在不跑車的情況下進行的，主要包括核心網業務板倒切測試、核心網SGi接口板倒切測試、BBU主控板倒切測試、BBU基帶板倒切測試、基站主備路由倒換測試、車頭車尾倒切測試等，測試一般不少于10次，要求業務中斷的時間小于2 s。

5 結束語

目前，LTE-M系統雖然越來越多的開始在城市軌道交通中應用，但運營維護還屬于起步階段，運營維護的經驗不足。因此，LTE-M的運營維護規范需要結合LTE-M系統承載業務的需求，以及未來運營維護的經驗積累進一步的完善和補充。本文關于所介紹的LTE-M系統的運營維護規范的研究，對LTE-M系統設備的維護內容進行了統一而詳細的劃分，并根據實際情況進行了維修周期的選擇和質量標準的規定，希望能夠指導LTE-M系統的運營維護，為城市軌道交通的安全、高效、平穩運行提供保障。