淺談TD-LTE技術(shù)在城軌信號(hào)系統(tǒng)中的使用

李海龍

摘要：介紹城軌信號(hào)系統(tǒng)中車(chē)-地?zé)o線通信系統(tǒng)的主要功能，分析WLAN技術(shù)、TD-LTE技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合長(zhǎng)沙地鐵5號(hào)線，對(duì)TD-LTE設(shè)備的安裝、調(diào)試以及關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：TD-LTE、WLAN、車(chē)-地?zé)o線通信系統(tǒng)、CBTC;

一、 概述

隨著人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的出行需求，地鐵出行憑借其運(yùn)行間隔時(shí)間短、無(wú)堵車(chē)風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)成為了國(guó)內(nèi)大部分上班族的首選。城軌CBTC信號(hào)系統(tǒng)作為地鐵安全運(yùn)行最重要系統(tǒng)之一，其功能主要是通過(guò)地面信號(hào)設(shè)備控制地鐵列車(chē)按規(guī)定進(jìn)路、規(guī)定速度運(yùn)行，以確保列車(chē)的運(yùn)行安全。在城軌CBTC信號(hào)系統(tǒng)中，地面信號(hào)設(shè)備與列車(chē)車(chē)載設(shè)備通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)交互，無(wú)線通信系統(tǒng)傳輸著涉及行車(chē)安全的重要數(shù)據(jù)信息。隨著列車(chē)運(yùn)行速度及運(yùn)營(yíng)能力的提升，也對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提出了更高的要求。

二、 車(chē)-地?zé)o線通信系統(tǒng)介紹

目前，國(guó)內(nèi)各城市地鐵線路車(chē)-地?zé)o線通信系統(tǒng)主要采用TD-LTE技術(shù)和WLAN技術(shù)。既有地鐵線路車(chē)-地?zé)o線通信系統(tǒng)大多采用WLAN技術(shù)，而新建線路或改造線路基本采用TD-LTE技術(shù)。在地鐵CBTC信號(hào)系統(tǒng)中，WLAN技術(shù)逐步被TD-LTE技術(shù)所替代，以下對(duì)WLAN技術(shù)的缺點(diǎn)以及TD-LTE技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比、分析：

2.1 WLAN技術(shù)的缺點(diǎn)：（1）每個(gè)150m-200m安裝一個(gè)軌旁AP，成本高;（2）單AP故障率高，運(yùn)營(yíng)維護(hù)壓力大;（3）民用信號(hào)同頻干擾大;（4）不適應(yīng)高速移動(dòng)環(huán)境;（5）QOS服務(wù)質(zhì)量低，僅支持4個(gè)優(yōu)先級(jí);

2.2 TD-LTE技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）抗干擾能力強(qiáng);（2）每1.2km設(shè)置一臺(tái)RRU，維護(hù)簡(jiǎn)單;（3）設(shè)備數(shù)量少，建設(shè)成本低;（4）支持高速移動(dòng)環(huán)境;（5）QOS服務(wù)質(zhì)量高，支持9個(gè)優(yōu)先級(jí)調(diào)度，帶寬充足;

經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)實(shí)踐證明WLAN技術(shù)已能夠?yàn)榈罔F車(chē)-地通信提供穩(wěn)定、可靠的雙向通信通道，但是隨著地鐵列車(chē)運(yùn)行速度的提升以及綜合承載業(yè)務(wù)（PIS、CCTV等）的加入，將不能滿足運(yùn)營(yíng)需求。而TD-LTE技術(shù)恰好彌補(bǔ)了WLAN技術(shù)的不足，成為現(xiàn)階段車(chē)-地?zé)o線通信的主流技術(shù)。

三、TD-LTE技術(shù)在地鐵建設(shè)實(shí)例中的運(yùn)用

3.1 TD-LTE在地鐵CBTC信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)用概述

長(zhǎng)沙地鐵5號(hào)線車(chē)-地?zé)o線通信系統(tǒng)采用基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的TD-LTE無(wú)線通信技術(shù)，主要為軌旁ZC、CI、ATS與車(chē)載ATP/ATO設(shè)備提供通信通道，網(wǎng)絡(luò)均采取冗余雙網(wǎng)設(shè)置，分別為A/B網(wǎng)，兩張網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，并行工作，互不影響。由于信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)關(guān)乎行車(chē)安全，極其重要，所以，A網(wǎng)只承載信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，B網(wǎng)同時(shí)承載信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及CCTV、PIS、列車(chē)狀態(tài)信息、緊急文本等綜合承載數(shù)據(jù)。

3.2 地鐵TD-LTE技術(shù)主要組成設(shè)備

地鐵TD-LTE技術(shù)主要由EPC核心網(wǎng)、BBU、RRU、車(chē)載終端TAU、天線以及同軸漏泄電纜組成。設(shè)備均采用冗余雙套配置，以提高系統(tǒng)的可靠性。其主要組成部分及功能如下：

1）EPC核心網(wǎng)設(shè)備

EPC核心網(wǎng)設(shè)備分別放置在控制中心信號(hào)設(shè)備室和正線集中站信號(hào)設(shè)備室，通過(guò)SGi接口與信號(hào)系統(tǒng)的骨干環(huán)路的交換機(jī)相連，繼而連接到信號(hào)系統(tǒng)的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO等信號(hào)系統(tǒng)各子系統(tǒng)設(shè)備。核心網(wǎng)EPC通過(guò)S1接口與基站系統(tǒng)的BBU相連。

2）BBU（基帶控制單元）

BBU設(shè)備放置在正線集中站及車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備室。向上，連接骨干網(wǎng)交換機(jī)，通過(guò)S1接口與EPC核心網(wǎng)連接。向下，通過(guò)光纜與軌旁RRU設(shè)備相連。

3）RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）

RRU設(shè)備主要安裝在軌旁、車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)、試車(chē)線信號(hào)覆蓋區(qū)域。BBU通過(guò)Ir接口光纖拉遠(yuǎn)與RRU相連接，A/B雙網(wǎng)的基站采用不同的光纜回路。A/B雙網(wǎng)的RRU同站址部署，采用合路器合路，行車(chē)線路區(qū)間（含車(chē)站、區(qū)間及出入場(chǎng)/段線）慮采用雙網(wǎng)單側(cè)區(qū)間單漏纜方案覆蓋;對(duì)站臺(tái)區(qū)無(wú)法敷設(shè)漏纜的車(chē)站（如：側(cè)式站臺(tái)區(qū)）采用定向天線覆蓋;車(chē)輛段敞開(kāi)部分采用定向天線覆蓋;場(chǎng)內(nèi)封閉單體（運(yùn)用庫(kù)等）采用小天線或定向天線覆蓋;試車(chē)線采用雙網(wǎng)單漏纜覆蓋。

4）車(chē)載終端TAU

車(chē)載終端TAU部署在列車(chē)編組的前后司機(jī)車(chē)廂，兩套TAU分別駐留在A/B網(wǎng)上。TAU天線安裝在司機(jī)車(chē)廂車(chē)頭和車(chē)尾，并保持與漏泄同軸電纜盡量短的距離以及視線的無(wú)遮擋，保持良好無(wú)線傳輸。TAU通過(guò)以太網(wǎng)接口與車(chē)載ATP/ATO連接，從而建立了車(chē)載ATP/ATO到信號(hào)系統(tǒng)的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO之間的點(diǎn)到點(diǎn)連接。

3.3 抗干擾方案

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)主要干擾來(lái)源于A/B雙網(wǎng)漏纜間干擾、同頻組網(wǎng)下的臨區(qū)干擾。

3.3.1 A/B雙網(wǎng)漏纜間干擾分析

當(dāng)A/B網(wǎng)漏纜產(chǎn)生干擾時(shí)，主要原因?yàn)閮蓚€(gè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送和接收不同步，則會(huì)由于雜散和外輻射產(chǎn)生互相干擾，所以必須保證A/B網(wǎng)時(shí)隙配比和特殊時(shí)隙配比一致，同時(shí)保持時(shí)鐘同步一致，才能有效消除干擾。

3.3.2 同頻組網(wǎng)下的臨區(qū)干擾

當(dāng)小區(qū)邊緣的下行業(yè)務(wù)受臨區(qū)導(dǎo)頻和業(yè)務(wù)干擾導(dǎo)致信噪比降低，從影響小區(qū)下行吞吐量，出現(xiàn)丟包的情況，導(dǎo)致列車(chē)降級(jí)。可以通過(guò)修改參數(shù)設(shè)置，提前進(jìn)行小區(qū)切換的方式，優(yōu)化小區(qū)邊緣吞吐量，從而解決臨區(qū)干擾。

四、結(jié)論及未來(lái)展望

綜上通過(guò)對(duì)TD-LTE技術(shù)和WLAN技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、組成結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比、分析可以看出，城軌信號(hào)車(chē)-地?zé)o線通信系統(tǒng)采用TD-LTE技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、能適應(yīng)高速環(huán)境、維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在采用綜合承載的網(wǎng)絡(luò)方式，更加節(jié)省了建設(shè)成本，提高了設(shè)備帶寬利用率。目前，5G通信技術(shù)越來(lái)越成熟，隨著深圳地鐵首例車(chē)-地?zé)o線通信采用5G技術(shù)的試行，相信在未來(lái)，更高速、更安全、更可靠的地鐵車(chē)-地?zé)o線通信5G時(shí)代即將來(lái)臨，而地鐵也會(huì)朝著更高速、更便捷、更智能的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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