TD-LTE系統(tǒng)單網(wǎng)共享基站方案研究

傅廣玉，左鴻超，董 超

在某停車場區(qū)域有2 條軌道交通線路L1和L2，其地面部分相鄰，直線距離不超過30 m，僅有2道柵欄相隔。這2條線路均采用TD-LTE系統(tǒng)承載信號CBTC業(yè)務(wù)，以及無線電委員會批準(zhǔn)下的專網(wǎng)頻段A，B網(wǎng)設(shè)置。L1的A網(wǎng)1 790～1 795 MHz，B網(wǎng)1 800～1 805 MHz；L2的 A 網(wǎng) 1 795～1800 MHz，B 網(wǎng) 1 800～1 805 MHz。這 2 條線路的 B 網(wǎng)頻段完全重疊，存在同頻干擾的問題，會造成通信中斷，甚至引起列車緊急制動，因此需要采取措施加以解決。

1 情況分析

線路L1和L2B 網(wǎng)存在同頻干擾的區(qū)域見圖1。圖 中 編 號 230、 232、 246、 248 等 為 2 條 線 路TD-LTE 系統(tǒng)的基站編號。由于基站230 及248 距離太近，通過調(diào)整基站發(fā)射功率及常規(guī)切換參數(shù)均不能有效解決同頻干擾問題［1-2］，經(jīng)過現(xiàn)場勘查，可采取以下解決方案［3-5］。

圖1 線路L1、L2B網(wǎng)存在同頻干擾的區(qū)域

1）物理隔離。在2 條線路中間修建一堵高墻，高于線路的天線立桿，從物理上阻隔2 條線路天線傳輸信號的干擾。顯然成本較高，且不美觀，建設(shè)部門不同意該方案。

2） 頻段拆分。將 B 網(wǎng) 1 800～1 805 MHz 頻段拆分，即基站230及248分別采用1 800～1 802.5 MHz及1 802.6～1 805 MHz 頻段。這樣造成頻段變窄，帶寬容量變低，會影響列車出庫效率，運營部門不同意該方案。

3）局部移頻。在相鄰?fù)＼噲鰠^(qū)域，將其中一條線的B 網(wǎng)頻率調(diào)整為1 785～1 790 MHz，這樣2 條線的B 網(wǎng)為不同頻段，設(shè)備廠商需要將車載接入單元進行切換配置。但這2 條線的設(shè)備廠商均不支持該方案，而且1 785～1 790 MHz頻段需要獲得地方無線電委員批準(zhǔn)，所以該方案也不可行。

4）基站共享。移除L1的B 網(wǎng)基站248，使L1的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)共享L2的B網(wǎng)基站230。該方案僅需對2 條線的TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)及基站進行修改，不影響CBTC 列車的出庫效率，也不會產(chǎn)生太多的費用，故采用該方案。

由于A網(wǎng)不存在干擾，僅對B網(wǎng)進行改造，即為單網(wǎng)共享基站方案。

2 改造方案

2.1 組網(wǎng)改造

1）對L2的B 網(wǎng)核心網(wǎng)及共享基站進行軟件升級，修改L2的B 網(wǎng)基站頻點及列車接入單元頻點，由band 62修改為band 59，使之與L1匹配。

2）在L1和L2B 網(wǎng)停車場設(shè)備機房交換機之間增加1 個防火墻設(shè)備，采用光口與L1、L2交換機和共享基站連接。

利用防火墻設(shè)備，可使L1、L2的核心網(wǎng)和網(wǎng)管服務(wù)器之間無法ping通，而共享基站到L1、L2核心網(wǎng)和網(wǎng)管服務(wù)器之間能正常通信，且共享基站在L1網(wǎng)管服務(wù)器上顯示狀態(tài)正常；共享基站的管理權(quán)（配置及維護）仍然由L2的網(wǎng)管服務(wù)器負責(zé)。

與防火墻連接的1588 交換機端口，需要隔離2 條線路之間的時間同步廣播報文，共享基站依舊使用L2的1588時鐘系統(tǒng)進行同步。

在共享基站覆蓋范圍內(nèi)，L1車輛的CBTC 數(shù)據(jù)由共享基站通過防火墻設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)給L1核心網(wǎng)；L2車輛的CBTC 數(shù)據(jù)由共享基站數(shù)據(jù)鏈路接口通過IP 地址發(fā)給L2核心網(wǎng)，流程不變。共享基站覆蓋范圍外，2條線路車輛保持原有通信路徑不變。

2.2 軟件升級

S1 鏈路是指TD-LTE 基站與核心網(wǎng)之間的通信鏈路。共享基站230要同時建立2條S1鏈路（物理鏈路只有1 條），分別連接L1和L2的核心網(wǎng)，與L1核心網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)均通過防火墻轉(zhuǎn)發(fā)，與L2核心網(wǎng)和其他基站之間的S1 鏈路維持原樣，不受影響。

共享基站需要新增多S1鏈路和用戶設(shè)備身份識別功能［2］。多S1鏈路功能，即共享基站需支持2個以上S1 鏈路，S1 鏈路彼此獨立，相互不影響；用戶設(shè)備身份識別功能，基站從接入信令中提取國際移動用戶識別碼和臨時移動用戶識別碼信息，判定用戶設(shè)備的線路歸屬，選擇相應(yīng)的S1鏈路進行上、下文建立，接入過程信令面分流完成；進行GTP-U（GPRS隧道傳輸協(xié)議）配置時，配置的IP地址信息不需要進行額外處理，支持?jǐn)?shù)據(jù)面分流。

為了對用戶設(shè)備進行身份識別，核心網(wǎng)需要對臨時移動用戶識別碼進行定制化處理，將線路號信息嵌入臨時移動用戶識別碼中，以方便基站對用戶設(shè)備進行身份識別。

2.3 硬件改造

移除L1的B 網(wǎng)基站248，僅保留天線及天線立桿；在L2的B 網(wǎng)基站射頻合路器處為L1新增射頻功分器，并通過基站配套線纜連至L1的天線處，天線安裝位置需滿足L1、L2的無線覆蓋信號需求。L1、L2B網(wǎng)共享基站硬件改造見圖2。

圖2 L1、L2B網(wǎng)共享基站硬件改造

L1、L2與出入段線和庫前區(qū)域都有2 個切換帶，要保持L2原有切換區(qū)域和關(guān)系不變；調(diào)整共享基站附近基站的發(fā)射功率及常規(guī)切換參數(shù)，將庫前切換帶保持在庫外［6-7］。

3 方案驗證

為了驗證上述方案是否有效，在共享基站覆蓋區(qū)域進行動車試驗，測試L1、L2網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)鏈路、時延和抗干擾能力（丟包率等）。測試時，L1只開啟B 網(wǎng)，關(guān)閉周圍A 網(wǎng)基站功放，車上2 個B 網(wǎng)終端正常接入網(wǎng)絡(luò)；而且共享基站到L1、L2核心網(wǎng)鏈路正常ping通后開始測試［6-7］。

注意，各信號廠家CBTC 業(yè)務(wù)對無線通信丟失的容忍度是不同的，線路上、下行最大時延，L1要求不超過150 ms，L2要求不超過1 500 ms；而上、下行最大連續(xù)丟包，L1要求不能超過18 個，L2要求不超過120個。

3.1 單邊動車測試

開啟共享基站模式后，L1、L2列車單獨動車測試正常，無異常事件。但從核心網(wǎng)和基站抓包數(shù)據(jù)分析來看，L1共享基站附近的B網(wǎng)基站與共享基站230之間出現(xiàn)大量乒乓切換和異常重建現(xiàn)象，其中，下行最大時延119 ms，上行最大時延629 ms，因此需對L1共享基站附近的B網(wǎng)基站參數(shù)進行優(yōu)化。

將L1基站238的發(fā)射功率調(diào)低（避免信號越區(qū)覆蓋），并開啟小區(qū)軟頻率復(fù)用后，L1進行動車測試。通過核心網(wǎng)和基站抓包數(shù)據(jù)分析，L1指標(biāo)有明顯改善，下行最大時延32 ms，上行最大時延80 ms，滿足要求。測試期間L2線列車終端一直駐留在共享基站覆蓋范圍內(nèi)［8-10］。

3.2 雙邊單列車動車測試

在單邊動車測試網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，修改L1基站244 和246 網(wǎng)關(guān)IP 地址，使之能與共享基站230 ping通，并降低基站244、246的發(fā)射功率，在開啟小區(qū)軟頻率復(fù)用后，L1、L2各開1 輛動車測試。

開啟共享基站模式后，兩邊列車分別跑了3 趟，都是單B 網(wǎng)跑車，測試核心網(wǎng)和基站抓包數(shù)據(jù)，得到雙邊單列車動車測試性能指標(biāo)見表1。

表1 雙邊單列車動車測試性能指標(biāo)

L1線雖然在第2、3 趟跑車時，上行出現(xiàn)最大連續(xù)丟包數(shù)超過18 個，但行車正常；L2線時延和丟包數(shù)滿足要求，兩邊跑車均未觸發(fā)列車緊急制動，共享基站方案支持雙邊單列車的動車需求。

3.3 雙邊多列車動車測試

開啟共享基站模式進行多列車動車測試。

1）3輛車。L2的2輛車靜態(tài)駐留在共享基站230覆蓋區(qū)域處，L1的另一輛車從車庫出來進入共享基站230 覆蓋區(qū)，L1車輛均無緊急制動，但數(shù)據(jù)顯示L2的2輛車終端均出現(xiàn)1 500 ms以上的下行時延；L1的1 輛車時延及丟包數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)。時延及丟包數(shù)超標(biāo)是多個TD-LTE車載接收單元之間的干擾所致。

2） 4 輛車。L2的 2 輛車、L1的 1 輛車靜態(tài)駐留在共享基站230 覆蓋區(qū)域處，L1的另一輛車從車庫出來進入共享基站230覆蓋區(qū)，雖然L1的行駛車輛無緊急制動，但數(shù)據(jù)顯示L2的2 輛車終端均出現(xiàn)2 000 ms 以上的下行時延；L1的2 輛車時延及丟包數(shù)也嚴(yán)重超標(biāo)。

4 總結(jié)

是否采用共享基站方案，應(yīng)結(jié)合線路無線覆蓋干擾場景、線路列車的運營密度等情況。上述動車測試證明在共享基站覆蓋范圍內(nèi)，該方案能滿足2 條線路各一輛列車的CBTC 業(yè)務(wù)需求；當(dāng)共享基站覆蓋區(qū)域有3 或4 輛車時，雖然列車沒有出現(xiàn)緊急制動現(xiàn)象，但列車時延及丟包數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)。為確保滿足線路CBTC 業(yè)務(wù)需求，在共享基站覆蓋范圍處每條線路最好只有1輛車運行/駐留。