LTE車地無線通信系統(tǒng)時鐘同步改造研究

中鐵上海設(shè)計院集團有限公司 王超勝

近年來，我國城市軌道交通行業(yè)取得巨大發(fā)展成就，并且正處于新一輪的快速發(fā)展階段。截至2021年6月30日，我國內(nèi)地累計開通運營城市軌道交通的城市達49個，總運營里程達8448.67km。TD-LTE技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于軌道交通車地無線通信系統(tǒng)，本文針對LTE系統(tǒng)的時鐘同步改造方式進行簡要分析研究。

1 研究背景

9號線車地無線通信系統(tǒng)采用TD-LTE技術(shù)，綜合承載信號、PIS等專業(yè)車地信息。LTE車地通信網(wǎng)絡(luò)采用A/B雙網(wǎng)設(shè)計，A/B雙網(wǎng)相互獨立，并行工作。A網(wǎng)為綜合承載網(wǎng)，B網(wǎng)獨立承載信號CBTC業(yè)務(wù)。在各車站出入口處設(shè)置GPS天線滿足LTE基站時鐘同步要求。

9號線在系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試期間由于車站出入口土建施工滯后，車站出入口GPS天線采用臨時安裝方式，部分車站存在GPS天線在安裝后被人為施工破壞的問題，產(chǎn)生信號不穩(wěn)定現(xiàn)象，對LTE車地無線通信系統(tǒng)造成了影響。運營方提出9號線LTE車地通信系統(tǒng)建議補充基于1588V2協(xié)議的備用時鐘同步措施，以加強信號系統(tǒng)車地通信的穩(wěn)定性。

目前各車站LTE車地通信系統(tǒng)GPS天線基本已按照最終位置完成安裝，基于1588V2協(xié)議的時鐘同步方式通常作為系統(tǒng)調(diào)試階段LTE系統(tǒng)時鐘同步方式，在正常運營期間將作為備用?，F(xiàn)階段車站出入口土建工程基本已經(jīng)穩(wěn)定，各車站出入口GPS天線的信號接收穩(wěn)定、可靠。

2 LTE車地無線通信系統(tǒng)時鐘同步改造方案

2.1 原方案簡介

根據(jù)設(shè)備招標情況，9號線專用通信系統(tǒng)所采購的傳輸設(shè)備不支持1588V2協(xié)議，因此工程實施時對LTE系統(tǒng)基站時鐘同步方案的GPS天線設(shè)置進行了優(yōu)化，目前實施方案中每個車站均設(shè)置了2個GPS天線，并且A/B網(wǎng)BBU與2個GPS為交叉連接。如圖1所示。

圖1 車站GPS天線連接圖

即：當GPS1和GPS2其中一個故障，BBU時鐘不會丟失，不影響業(yè)務(wù)，同時故障時，則BBU時鐘丟失，影響業(yè)務(wù)。GPS1和GPS2互為主備關(guān)系。

目前LTE車地通信系統(tǒng)時鐘同步方案，經(jīng)過設(shè)計聯(lián)絡(luò)階段各方共同討論確定，安全性、穩(wěn)定性可以滿足9號線車地通信需求。

2.2 改造方案分析

針對運營需求，對新增備用1588V2協(xié)議時鐘同步方案進行研究，具體如下：

方案一：全線車站、車輛段、控制中心新建交換機環(huán)網(wǎng)，單獨實現(xiàn)1588V2協(xié)議時鐘同步信號功能，既有LTE系統(tǒng)承載在傳輸系統(tǒng)上的業(yè)務(wù)不變，在車輛段新增1臺1588V2時鐘服務(wù)器通過交換機環(huán)網(wǎng)將1588V2協(xié)議下發(fā)至各車站和車輛段交換機，并且所有節(jié)點交換機需要支持1588V2協(xié)議。每個BBU需新增2個電口與車站交換機對接來單獨接收1588V2協(xié)議，需要占用主干傳輸光纜4芯，增加1588V2時鐘同步設(shè)備1套、交換機32套，改造成本較高。

方案二：全線車站、車輛段、控制中心新建交換機環(huán)網(wǎng)，傳輸系統(tǒng)不再承載LTE系統(tǒng)業(yè)務(wù)，將LTE系統(tǒng)中BBU與核心網(wǎng)之間在傳輸系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)中的業(yè)務(wù)割接至控制中心和車輛段新建的交換機環(huán)網(wǎng)中，1588V2時鐘同步與業(yè)務(wù)共用一套交換機環(huán)網(wǎng)，本方案需占用主干傳輸光纜4芯，增加1588V2時鐘同步設(shè)備1套、交換機33套，改造成本較高。

方案三：由于目前專用通信傳輸系統(tǒng)設(shè)備不支持1588V2協(xié)議，若增加1588V2時鐘同步方式，需更換全線專用通信傳輸系統(tǒng)設(shè)備，采用支持1588V2協(xié)議的傳輸設(shè)備組網(wǎng)，改造成本很高、對既有業(yè)務(wù)影響大、施工復雜。

2.3 方案比較（見表1）

表1 方案分析比較表

2.4 結(jié)論

目前LTE車地通信系統(tǒng)時鐘同步方案，安全穩(wěn)定性可以滿足9號線車地通信需求，同時LTE車地通信系統(tǒng)調(diào)試基本完成，各車站出入口2個GPS天線已經(jīng)互為主備方式，且信號接收穩(wěn)定、可靠，滿足安全運營的條件。根據(jù)運營需求，需新增以1588V2協(xié)議為備用的時鐘同步功能，目前LTE車地通信系統(tǒng)及傳輸系統(tǒng)需要增加相應(yīng)硬件進行調(diào)整，從安全可靠、經(jīng)濟性及目前工期等方面考慮，建議采用方案二。全線車站、車輛段、控制中心新建交換機環(huán)網(wǎng)，傳輸系統(tǒng)不再承載LTE系統(tǒng)業(yè)務(wù)，將LTE系統(tǒng)中BBU與核心網(wǎng)之間在傳輸系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)中的業(yè)務(wù)割接至控制中心和車輛段新建的交換機環(huán)網(wǎng)中，實現(xiàn)BBU中1588V2時鐘同步與業(yè)務(wù)共用一套交換機環(huán)網(wǎng)。

結(jié)語：軌道交通行業(yè)快速發(fā)展，通信系統(tǒng)作為其中重要的設(shè)備系統(tǒng)，車地無線通信系統(tǒng)又為通信中的核心系統(tǒng)，承擔著列車與地面之間的信息溝通橋梁的作用，其安全性、可靠性、穩(wěn)定性非常重要。希望通過對LTE車地通信系統(tǒng)時鐘同步改造方案的介紹，能夠?qū)壍澜煌ㄍㄐ殴こ痰膮⑴c者有幫助。