LTE車地?zé)o線通信傳輸在城市軌道交通中的應(yīng)用

（中鐵十四局集團(tuán)電氣化工程有限公司，山東濟(jì)南 250000）

1 LTE簡介及優(yōu)點(diǎn)

LTE是一種基于大帶寬的高速無線通信技術(shù)，是第3代移動(dòng)通信技術(shù)之后的又一次無線通信技術(shù)革新和演進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無線接入的寬帶化、高速率和低時(shí)延，在全球范圍內(nèi)取得了長足發(fā)展和應(yīng)用，具備完善的產(chǎn)業(yè)鏈。LTE的誕生優(yōu)化了無線通信技術(shù)，滿足了客戶對無線通信的更高要求。

TD-LTE在物理層、協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面做出了重要技術(shù)革新，具備部署靈活性高、傳輸時(shí)延小、業(yè)務(wù)質(zhì)量高、網(wǎng)絡(luò)成本低等特點(diǎn)。

（1）TD-LTE采用了扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和更加簡化的系統(tǒng)協(xié)議，降低整體系統(tǒng)時(shí)延，CP：100 ms，UP：5 ms，滿足關(guān)鍵任務(wù)中指令的上傳和下達(dá)，改善用戶體驗(yàn)，降低了部署和運(yùn)營成本。

（2）頻譜配置靈活多樣，可滿足不同頻率場景下的應(yīng)用需求，支持1.4/3/5/10/15/20 MHz等6種不同系統(tǒng)帶寬選項(xiàng)。

（3）具有較好移動(dòng)性，TD-LTE可實(shí)現(xiàn)終端移動(dòng)速度在15 km/h以內(nèi)時(shí)擁有最佳性能，15～120 km/h時(shí)有較好性能，120～350 km/h時(shí)保持連接，不掉線。

（4）TD-LTE采用基于分組交換的資源分配方式，根據(jù)用戶的情況，快速進(jìn)行最優(yōu)的資源分配，為各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證的同時(shí)，保證系統(tǒng)資源的利用效率，保證不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

（5）分層安全管理機(jī)制，LTE將安全機(jī)制在AS（接入層）和NAS（網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器）信令間分離，無線鏈路、核心網(wǎng)各自單獨(dú)配置密鑰，用戶安全終止于eNB基站，安全協(xié)議保障性能與2G/3G通信技術(shù)相比大幅度提升。

2 子系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 項(xiàng)目簡介

烏魯木齊軌道交通一號線起于三屯碑站，止于國際機(jī)場站。全線共設(shè)置車站21座，燕兒窩停車場和百園路車輛基地各一處，燕兒窩停車場和百園路車輛基地出入段線各一處，全線共設(shè)主變電站兩座，控制中心一處。

2.2 LTE網(wǎng)絡(luò)組成

烏魯木齊軌道交通一號線弱電系統(tǒng)工程TD-LTE系統(tǒng)承載CBTC信號，要求高可靠性和安全性，根據(jù)現(xiàn)場需求，整網(wǎng)部署按照A/B雙網(wǎng)方案實(shí)施。

地鐵正線、停車場及車輛基地出入段線，采用RRU+漏纜輻射方式進(jìn)行場強(qiáng)覆蓋。A網(wǎng)采用15 MHz的系統(tǒng)帶寬同頻組網(wǎng)，B網(wǎng)使用5 MHz的系統(tǒng)帶寬同頻組網(wǎng)。信號覆蓋范圍在軌行區(qū)兩側(cè)各30 m左右。

車輛基地/停車場：A/B網(wǎng)均采用5 MHz系統(tǒng)帶寬同頻組網(wǎng)，互相獨(dú)立，并行工作（系統(tǒng)的前端共用天饋系統(tǒng)）。為確保與站內(nèi)基站無線覆蓋的平滑切換，出入段線及試車線處采用漏纜覆蓋，覆蓋范圍控制在場段周界以外300 m范圍內(nèi)。

系統(tǒng)采用A/B雙網(wǎng)架構(gòu)組網(wǎng)，架構(gòu)如圖1所示。

圖1 A/B雙網(wǎng)架構(gòu)組網(wǎng)架構(gòu)圖

TD-LTE系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)架構(gòu)方案，要考慮采用A/B雙網(wǎng)覆蓋的情況。

由圖1可知，A/B網(wǎng)分別采用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)方式，網(wǎng)內(nèi)各有1套獨(dú)立的核心網(wǎng)和基站系統(tǒng)，完全覆蓋行車區(qū)域，因此A/B雙網(wǎng)要各自獨(dú)立設(shè)置核心網(wǎng)和基站系統(tǒng)設(shè)備，A/B網(wǎng)的基站天饋系統(tǒng)接口通過A/B網(wǎng)合路器與漏纜、車載天線連接，以實(shí)現(xiàn)無線信號的覆蓋。

2.3 車站連接方案

烏魯木齊軌道交通一號線通信系統(tǒng)車站采用上下行線路共用RRU方案，全線各車站通信設(shè)備室內(nèi)設(shè)置2套多頻合路器，選擇中興通訊8通道RRU產(chǎn)品ZXSDR R8968，將A/B網(wǎng)多通道RRU和1路800 MHz專用無線、1路350 MHz公安無線信號的經(jīng)過合路后接入，島式車站連線如圖2所示。

圖2 島式車站連線圖

ZXSDR R8968是8通道RRU設(shè)備，四個(gè)端口接合路器，其余四個(gè)端口接負(fù)載。烏魯木齊軌道交通一號線隧道區(qū)間采用上下行線路獨(dú)立使用RRU，連接如圖3所示。

圖3 上下行線路連接圖

正線：每個(gè)車站均設(shè)置BBU，保證車站處有1個(gè)RRU，車站RRU同時(shí)覆蓋上行和下行線路，區(qū)間超過1.2 km時(shí)在上下行線路各增設(shè)1個(gè)RRU。正線范圍內(nèi)，A網(wǎng)和B網(wǎng)共計(jì)42個(gè)BBU、94個(gè)RRU。停車場：在停車場范圍內(nèi)，根據(jù)建筑物具體情況，A網(wǎng)和B網(wǎng)各設(shè)置1個(gè)BBU和4個(gè)RRU，A網(wǎng)和B網(wǎng)共計(jì)2個(gè)BBU、8個(gè)RRU。車輛基地：在車輛基地范圍內(nèi)，根據(jù)具體情況，A網(wǎng)和B網(wǎng)各設(shè)置1個(gè)BBU和4個(gè)RRU，A網(wǎng)和B網(wǎng)共計(jì)2個(gè)BBU、8個(gè)RRU。試車線：在試車線范圍內(nèi)，根據(jù)具體情況，A網(wǎng)和B網(wǎng)各設(shè)置1個(gè)BBU和1個(gè)RRU，A網(wǎng)和B網(wǎng)共計(jì)2個(gè)BBU、2個(gè)RRU。

3 設(shè)備組成

本系統(tǒng)中A/B網(wǎng)絡(luò)都是獨(dú)立、完整的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。

在實(shí)際安裝中TD-LTE系統(tǒng)包括核心網(wǎng)設(shè)備、基站設(shè)備（分布式基站由BBU+RRU組成）、合路器、車載系統(tǒng)TAU、車載天線等。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)除了傳輸、接地系統(tǒng)外，又根據(jù)場所不同劃分為三個(gè)子系統(tǒng)。

（1）控制中心子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)放置專用系統(tǒng)的核心設(shè)備，包括TD-LTE核心網(wǎng)、列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（CBTC）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）服務(wù)器、閉路電視系統(tǒng)（CCTV）服務(wù)器以及其他系統(tǒng)服務(wù)器。LTE的SGi業(yè)務(wù)接口向上通過控制中心的匯聚交換機(jī)、各應(yīng)用系統(tǒng)及服務(wù)器等連接，核心網(wǎng)向下通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與部署在車站的基站（BBU）建立IP連接，實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的eNodeB（基站）與EPC（分組核心網(wǎng)）之間通信接口（S1接口）。

（2）車站子系統(tǒng)。放置TD-LTE基站設(shè)備，包括BBU和RRU。每個(gè)車站放置的RRU，通過泄漏電纜向線路左右兩個(gè)方向覆蓋，在長區(qū)間通過放置區(qū)間拉遠(yuǎn)RRU實(shí)現(xiàn)覆蓋，區(qū)間RRU也連接到車站BBU上。相鄰車站的基站通過傳輸網(wǎng)絡(luò)建立連接，實(shí)現(xiàn)LTE系統(tǒng)的X2接口（基站間BBU接口）。BBU與RRU之間通過用公共無線接口（CPRI）光纖連接。

（3）車載子系統(tǒng)。TD-LTE車載子系統(tǒng)終端TAU部署在列車編組兩端的司機(jī)車廂，車載天線安裝在司機(jī)車廂外側(cè)。TAU通過網(wǎng)絡(luò)接口與列車內(nèi)交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)與列車數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息交互，各車廂間通過以太網(wǎng)組網(wǎng)，利用車載交換機(jī)互聯(lián)。單列編組的前后兩端司機(jī)車廂各部署一套TAU，TAU連接到車內(nèi)二層交換網(wǎng)絡(luò)，車頭車尾兩臺(tái)TAU構(gòu)成主備關(guān)系，TAU之間通過心跳協(xié)議工作，使用相同的浮動(dòng)IP向車內(nèi)閉路電視系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備提供連接服務(wù)。

4 結(jié)語

烏魯木齊軌道交通一號線弱電系統(tǒng)工程采用的TD-LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)完全滿足列車運(yùn)行要求，對于提升地鐵運(yùn)營管理質(zhì)量、提高服務(wù)水平一樣重大。當(dāng)前，TD-LTE技術(shù)在國內(nèi)軌道交通行業(yè)中的應(yīng)用處于蓬勃發(fā)展階段，應(yīng)加大研發(fā)投入和研究力度，不斷實(shí)踐創(chuàng)新，將更先進(jìn)的技術(shù)理念引入軌道交通無線通信系統(tǒng)建設(shè)中，促進(jìn)軌道交通行業(yè)無線通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。