地鐵區(qū)間采用LTE解決車地無線的方案研究

劉衛(wèi)利

摘 要：隨著地鐵區(qū)間無線子系統(tǒng)業(yè)務越來越多， 民用wifi熱點的不斷涌入，地鐵區(qū)間帶寬不足和干擾問題面臨著行車安全的挑戰(zhàn)。通過對新技術、設備的研究對比，對搭建LTE技術的地鐵區(qū)間無線子系統(tǒng)闡述各種解決方案，分析各自優(yōu)缺點，提出切實可行的措施。

關鍵詞：地鐵區(qū)間；LTE技術；合用漏纜；車地無線

中圖分類號：TN873 文獻標識碼：A

1 概述

隨著移動通信技術的迅猛發(fā)展，第四代移動通信系統(tǒng)LTE以更高的寬帶、更高的容量、更高的傳輸速率、更低的傳輸時延、更低的系統(tǒng)利用率能力，受到通信系統(tǒng)各界高度關注及迫切應用。在地鐵領域，車地無線是列車與調度、列車與安防、列車與乘客信息顯示關鍵的傳輸通道，但因帶寬有限、抗干擾差等諸多因素，一直困擾車地無線系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展進程，LTE技術的發(fā)展及應用，使得這一問題得到解決。以下為利用LTE方案的優(yōu)勢分析與比選。

目前地鐵語音調度使用TETRA系統(tǒng)，而列控、PIS（旅客信息系統(tǒng)）等相關的數(shù)據(jù)業(yè)務使用WiFi系統(tǒng)。顯然，多種網(wǎng)絡共存將使網(wǎng)絡運維相當困難，維護成本較高，且TETRA屬于窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)，只能支持語音集群業(yè)務，不能支持視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務。WIFI自身無QoS保障機制，且采用免費開放頻段，干擾源多，極易受到干擾，影響地鐵的安全運營，極端情況下會造成整個地鐵系統(tǒng)停運。

2 系統(tǒng)方案分析

（1）融合方案分析

LTE技術的高帶寬、高速率、高可靠等特性，奠定了LTE技術高承載能力，一張網(wǎng)可同時承載多業(yè)務需求，根據(jù)前面對現(xiàn)有車地無線及區(qū)間無線系統(tǒng)的分析情況，目前可直接被LTE一體化系統(tǒng)所承載的業(yè)務有：集群調度子系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、移動閉塞信號子系統(tǒng)、車載視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等增值業(yè)務，LTE車地無線承載方案比選如下：

①方案一：LTE承載PIS業(yè)務及車載視頻監(jiān)控業(yè)務，集群調度子系統(tǒng)及CBTC依然采用原單獨組網(wǎng)方案。

通過LTE集群核心網(wǎng)，承載PIS車地無線子系統(tǒng)、車載視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，放棄已被廣泛應用，但病害頗多的Wi-Fi等無線網(wǎng)絡技術，集群調度子系統(tǒng)及CBTC信號閉塞系統(tǒng)依然單獨組網(wǎng)，采用現(xiàn)有技術。此方案國內鄭州地鐵1號線已投入使用。

②方案二：LTE承載集群調度子系統(tǒng)、PIS業(yè)務、視頻監(jiān)控業(yè)務、CBTC信號子系統(tǒng)。

通過LTE一體化集群核心網(wǎng)，承載無線集群調度子系統(tǒng)、CBTC信號子系統(tǒng)、PIS車地無線子系統(tǒng)、車載視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，一網(wǎng)即可承載目前專用無線各系統(tǒng)所有業(yè)務，并支持寬帶調度業(yè)務，如調度視頻對講等。

方案三：LTE承載專用無線子系統(tǒng)業(yè)務，區(qū)間與公安合用漏纜

通過LTE一體化集群核心網(wǎng)，承載無線集群調度子系統(tǒng)、CBTC信號子系統(tǒng)、PIS車地無線子系統(tǒng)、車載視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，利用合路器將公安無線通信系統(tǒng)信號進行合路處理，進行區(qū)間覆蓋，由于民用無線通信系統(tǒng)本身區(qū)間漏纜合路了電信、聯(lián)通、移動的各頻段各系統(tǒng)業(yè)務，民用無線通信系統(tǒng)管理部門與地鐵管理運營部門是獨立維護的，因此為設備產(chǎn)權分明及故障維護方便，民用無線通信系統(tǒng)不考慮合設漏纜。

根據(jù)目前技術發(fā)展情況，以上方案均能夠實現(xiàn)及滿足地鐵運營需求，根據(jù)目前國內外地鐵區(qū)間無線覆蓋情況，LTE承載方案依然處于試水階段，隨著在建線路LTE承載方案的陸續(xù)投入使用，LTE承載方案優(yōu)勢明顯，技術成熟，因此，從投資及系統(tǒng)利用率方面考慮，方案三無疑是最理想、最節(jié)省投資的方案，但缺點也很明顯，民用與公安無線系統(tǒng)的加入，勢必造成設備產(chǎn)權、管理維護方面不夠明確，存在一定的管理、維護配合難問題。方案一為目前已成功投入使用方案之一，其特點是不承載專用無線關鍵業(yè)務，只承載主要數(shù)據(jù)流車地無線PIS及CCTV業(yè)務，優(yōu)點是在新技術的試用階段，安全性更高、與行車安全脫離。缺點是未能發(fā)揮LTE系統(tǒng)應有的特色功能，和設備利用率，適合早期采用LTE技術方案的地鐵線路，并應預留未來其他業(yè)務接入能力。方案二承載業(yè)務適中，是方案一的補充和完善，可將各專用無線通信系統(tǒng)合并為一套一體化綜合業(yè)務接入平臺，系統(tǒng)結構更加簡單明了，設備利用率高，投資少，可保證列車高速移動下各項業(yè)務實時性和可靠性滿足QoS要求。本系統(tǒng)推薦采用方案二：LTE承載集群調度子系統(tǒng)、PIS車地無線業(yè)務、視頻監(jiān)控業(yè)務、CBTC信號子系統(tǒng)作為LTE主要區(qū)間無線覆蓋方案。

采用LTE技術最直接優(yōu)勢在于將原集群調度子系統(tǒng)、車地無線子系統(tǒng)、移動閉塞信號子系統(tǒng)，三網(wǎng)獨立的無線網(wǎng)絡，合三為一，直接提高擁擠狹小的區(qū)間環(huán)境，降低無線頻率的干擾源2/3以上，降低投資及運營維護成本40%，提升各系統(tǒng)功能、遠距離覆蓋、無縫切換、先進的空口抗干擾技術及多級QoS算法等，使得LTE技術更具安全可靠性。

（2）場強覆蓋分析

由于軌道交通呈線性分布，不適合蜂窩狀的覆蓋方式，可以采用的覆蓋方式有無線AP（Access Point）方式和漏泄同軸電纜方式。

①方案一：傳統(tǒng)AP點式覆蓋方案。

區(qū)間車地無線采用區(qū)間架設AP天線方式，根據(jù)LTE無線綜合業(yè)務技術特點，區(qū)間無線覆蓋比傳統(tǒng)wifi覆蓋干擾小、覆蓋距離遠、切換迅速，因此采用AP方式比傳統(tǒng)wifi方式天線布點少，。

根據(jù)LTE無線綜合業(yè)務技術特點，區(qū)間無線覆蓋比傳統(tǒng)wifi覆蓋干擾小、覆蓋距離遠、切換迅速，因此而需要采用定向型、小功率大密度場強覆蓋方式?？梢圆捎玫母采w方式有無線AP（Access Point）方式和漏泄同軸電纜方式。

②方案二：漏泄電纜線性覆蓋方案。

采用漏泄電纜對于場強覆蓋有著良好的方向性和控制性，但是軌道交通區(qū)間中限界以內的空間位置已經(jīng)非常擁擠，合用漏纜方案無疑將解決這種問題，并可節(jié)約投資。

由于LTE技術高度融合，使得區(qū)間無線通信系統(tǒng)設備減少，漏纜敷設位置也有了更好的選擇，雖漏纜造價很高，但其平滑穩(wěn)定的信號覆蓋及采用區(qū)間合用漏纜方式，較好的中和了投資高的問題，因此，本系統(tǒng)將采用漏纜作為LTE技術區(qū)間覆蓋方案。

在車站、車輛段/停車場、地下區(qū)間、高架區(qū)間等固定的地方設無線AP進行覆蓋，無論列車在車站、車輛段還是區(qū)間內，均可通過無線AP設備實現(xiàn)控制中心、各站及車輛段/停車場與列車之間的車地雙向實時信息傳遞。

參考文獻

[1]邢強強，李新.地鐵通信系統(tǒng)引入TD-LTE系統(tǒng)后的干擾分析研究[J].移動通信，2012（18）.