LTE-M技術在溫州市域鐵路S2線一期工程信號系統的應用方案

鄭儆醒

（溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司運營分公司，浙江溫州 325000）

市域（郊）鐵路是城市中心城區聯接周邊城鎮組團及其城鎮組團之間的通勤化、快速度、大運量的軌道交通系統，提供城市公共交通服務，是城市綜合交通體系的重要組成部分。加快市域（郊）鐵路發展，對擴大交通有效供給，緩解城市交通擁堵，改善城市人居環境，優化城鎮空間布局，促進新型城鎮化建設，具有重要作用。

1 S2線信號系統初步設計方案背景

根據2012 年完成的《浙江省溫州市市域軌道交通線網規劃》，規劃溫州市域軌道交通推薦線網由6 條線組成，如圖1 所示。線路總長361.8 km，設站128 座，其中換乘站14 座。推薦線網中市域線4 條，線路長269.3 km；市區線2 條，線路長92.5 km。

圖1 溫州市域軌道交通線網規劃示意Fig.1 Schematic diagram of network planning of Wenzhou Rail Transit

溫州市域鐵路S2 線初步設計開展于2016 年上半年，于2016 年6 月完成了初步設計評審。但時至2016 年中期，LTE 技術尚未取得在軌道交通信號系統中的應用業績，考慮到S1 線點式ATC 的應用和S2 線的運行能力，S2 線初步設計方案仍采用了點式ATC 系統方案，在車站（含折返線、存車線等）及站臺接近區域（上述區域內列車運行時速較低）布設WLAN 無線通信設備，可實現列車精確停車、站臺門/車門聯動、站臺區域防護、無人自動折返、臨時限速等功能。初步設計審查會期間，各位專家對本線信號系統方案進行了深入探討和分析，相關審查意見認為率先推薦點式ATC 系統，并推薦遠期升級為基于CBTC 的ATC 系統的原則基本可行；基本同意“S2 線預留升級為LTE 的工程條件”的原則。

2 LTE-M技術在軌道交通信號系統的應用

工業與信息化部于2015 年2 月發布了《關于重新發布1785～1 805 MHz 頻段無線接入系統頻率使用事宜的通知》，明確指出1 785～1 805 MHz 頻段可用于城市軌道交通行業，解決了城市軌道交通車地無線通信迫切需要的專用頻段問題。另一方面，“中城協”于2016 年4 月頒布《關于發布＜城市軌道交通車地綜合通信系統（LTE-M）規范＞中7 個子規范的通知》，明確CBTC 信號系統車地無線通信應采用LTE 無線通信技術。

相比較傳統的WLAN 車地無線通信技術，LTE-M 技術具有移動接入性強、傳輸速率高、穩定性和抗干擾能力強等優點。武漢地鐵6 號線作為國內首條采用LTE 承載CBTC 業務的城市軌道交通線路，于2016 年12 月28 日開通運營；南京寧高城際，作為國內首條速度目標值120 km/h，LTE-M綜合承載CBTC、PIS、車載CCTV、TCMS 業務的線路，已于2017 年12 月30 日開通運營；北京大興機場線，作為國內首條交流牽引條件下，速度目標值160 km/h 的市域軌道交通項目，其LTE-M綜合承載了CBTC 和PIS 業務，工程于2019 年9月26 日開通運營。

現階段，LTE-M 已成為了城市軌道交通和市域軌道交通中的主流車地無線通信技術，無論是新建的或是改造的軌道交通項目信號系統車地無線通信均采用LTE-M 方案。

3 LTE技術在溫州S2線信號系統的應用方案研究

針對國家層面對于交通建設互聯互通的發展綱領、溫臺一體化的發展戰略，以及LTE 技術在軌道交通中的應用現狀，S2 線工程正線信號系統采用基于無線通信的CBTC 系統方案，車地無線通信采用LTE-M 技術方案。采用移動閉塞原理，列車從車地無線通信設備獲得的移動授權的目標點總是隨前行列車的移動而變化，可大大縮短運行間隔，具有較強的行車控制和管理能力。

3.1 LTE車地無線通信組網方案

1）LTE 組網方案

目前，采用LTE-M 技術的CBTC 系統傳輸組網方案有以下兩種。

方案一：信號獨立組網，雙網冗余，如圖2 所示。此時車地通信網絡由信號獨立組建，帶寬為信號獨享，實時性、可靠性均可以滿足要求。

圖2 LTE信號獨立組網示意Fig.2 Schematic diagram of independent networking of LTE signals

方案二：采用綜合承載網，即組建A、B 雙網，分別承載CBTC 列控業務與綜合業務（CBTC 列控業務、車載CCTV、車載PIS 及緊急文本信息等業務），如圖3 所示。

圖3 LTE綜合承載組網示意Fig.3 Schematic diagram of networking of LTE comprehensive bearer network

2）綜合承載業務類型

溫州S1 線已采用LTE 承載CCTV、PIS 及寬帶語音集群技術業務，根據總體初步設計方案，S2線仍然沿用寬帶語音集群方案。為了避免同臺換乘和并行段區間的LTE 同頻干擾問題，以及從可實施性和工程造價方面考慮，S2 線工程擬采用LTE-M承載CBTC 的列控數據業務和寬帶語音集群業務，車地傳輸媒介為漏纜。

3.2 項目實際應用將面臨的問題及可選方案探析

根據溫州市域鐵路規劃及工程實施情況，溫州市域鐵路S1 線通信系統現采用1.8 GHz（目前為1 785～1 800 MHz 共15 MHz）頻段 的TD-LTE技術承載CCTV、PIS 及語音集群業務，S2 與S1 在靈昆站、機場站同臺換乘，并且兩條線路于靈昆站、機場站及相應區間存在并行段。針對線路之間的干擾問題，在以上區域的LTE 網絡有如下兩個方案。

1）調整S1 線頻率規劃，獨立組網

S1 線在并行段采用1 785～1 795 MHz 共10 MHz 承載集群、PIS 及CCTV 業務。S2 線的A網采用1.4 MHz 組網，承載CBTC 業務，B 網采用3 MHz 組網，承載集群和CBTC 業務。

2）使用超級小區及RAN-SHARING 技術

S2 線在S1 線并線段相同的位置安裝RRU，S1線與S2 線A/B 網相同位置的RRU 做超級小區，并接入同一個BBU。共線段的BBU 需要同時接入S1線核心網及S2 線B 網核心網。S1 線及S2 線B 網的終端將根據不同的PLMN 號分別接入各自的核心網，完成業務的分離。

考慮到S1 線承載的業務為集群、PIS 和CCTV，需要在10 MHz 組網情況下才能滿足業務需求。同時2 個小區必須在同樣的頻寬情況下才能組成超級小區。為此，S1 線在并線段將使用1785～1795 MHz 組網，S2 線A 網同樣使用1 785～1 795 MHz 組網。B 網使用1 795～1 800 MHz 組網。

溫州市域鐵路S2 線信號系統采用LTE 承載列車控制系統的制式，LTE 同時承載專用無線通信系統。根據地鐵設計規范，專用無線通信系統蓄電池后備供電時間應不少于2 h。針對信號系統內相關設備后備供電時間的不同要求，可選方案有：1）電源系統分時下電方案；2）由信號系統為LTE 的A 網設備提供電源，供電時間不小于30 min，由通信系統為LTE 承載網絡的B 網設備提供電源，供電時間不小于2 h。鑒于市域鐵路站間距較大的特點，設備供電線纜配置方案同樣需要在后續深化設計過程中進一步探究。

以上溫州市域鐵路S2 線信號系統項目實際建設中將面臨的問題，目前城市軌道交通行業暫無相同場景下的成熟應用案例，具體需要在設計聯絡階段確定詳細的解決方案。

4 結語

WLAN 技術已不能完全滿足軌道交通車地無線通信系統的需求。隨著LTE-M 技術的日趨成熟，其應用也更加廣泛。現階段，LTE-M 已成為了城市軌道交通和市域軌道交通中的主流車地無線通信技術，承載的業務也逐步多元化。隨著計算機網絡與通信技術的不斷成熟并推廣應用,必將為軌道交通車地無線通信方案設計提供更多思路與選擇。