摘要：軌道交通列車自動化、智能化應(yīng)用和信息服務(wù)離不開列車與地面之間的無線通信條件。當(dāng)前軌交車地通信普遍采用的方案之一為LTE數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)技術(shù)，基于應(yīng)用需求、現(xiàn)場條件的獨(dú)特性，LTE數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)方案也有覆蓋、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)接入等方面的獨(dú)特設(shè)計(jì)。本文針對軌交車地通信LTE數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)、技術(shù)方案設(shè)計(jì)特色進(jìn)行分析歸納，以期反映LTE數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)技術(shù)的這一特定應(yīng)用的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：車地通信、LTE數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)、軌道交通無線通信系統(tǒng)

1車地通信需求分析

1.1業(yè)務(wù)分析

車地?zé)o線通信系統(tǒng)需要承擔(dān)GOA2下列車自動控制系統(tǒng)、乘客信息服務(wù)、列車信息業(yè)務(wù)、車載視頻監(jiān)視、集群調(diào)度等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸。其中車自動控制系統(tǒng)、緊急文本業(yè)務(wù)、列車信息業(yè)務(wù)、集群調(diào)度業(yè)務(wù)屬于生產(chǎn)安全信息網(wǎng)業(yè)務(wù);其他業(yè)務(wù)可屬于非生產(chǎn)安全信息網(wǎng)業(yè)務(wù)。

由于本工程車地?zé)o線需要承載生產(chǎn)安全類業(yè)務(wù)，LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)應(yīng)建設(shè)冗余的A/B網(wǎng)絡(luò)，并按照單小區(qū)同時(shí)6列車考慮LTE容量設(shè)計(jì)。

1）列車自動控制系統(tǒng)需要傳輸列車控制報(bào)文等，控制列車安全牽引，根據(jù)調(diào)度意圖進(jìn)行車站作業(yè)，調(diào)節(jié)運(yùn)行圖時(shí)間。

2）司機(jī)呼叫集群語音業(yè)務(wù)具有現(xiàn)有成熟技術(shù)，基于LTE寬帶可視集群業(yè)務(wù)也在推廣使用。

3）車載乘客信息系統(tǒng)可以為列車內(nèi)的乘客提供各類服務(wù)信息，通過穩(wěn)定無線帶寬可以實(shí)時(shí)組播視頻，以及單播信息報(bào)文。以每列車接收一路以圖像信息為主的下發(fā)信息計(jì)算，保證D1（720*576）的圖像質(zhì)量，采用MPEG-2的編碼方式，下傳數(shù)據(jù)應(yīng)達(dá)到6Mbps帶寬。

4）車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對列車內(nèi)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將列車車廂內(nèi)的視頻監(jiān)控圖像信息上傳至車站和中心。車載監(jiān)控圖像采用MPEG-4或H.264的編碼方式，按每路約1M，每列車向地面上傳多路客室監(jiān)控圖像信息。

新規(guī)范提出監(jiān)控視頻保存90天要求，需要將視頻傳輸?shù)降孛娲鎯Φ男枨?。要?shí)現(xiàn)車載視頻轉(zhuǎn)存，提出更高的帶寬要求。

5）車輛信息等其他需求。根據(jù)需要，可以將車輛運(yùn)行狀態(tài)信息等上傳至相關(guān)的監(jiān)控系統(tǒng)，暫按0.48Mb/s的帶寬計(jì)算。

1.2業(yè)務(wù)帶寬需求

業(yè)務(wù)帶寬需求滿足單小區(qū)6列車（視頻按4列車）的保證帶寬值（表1 ）：

表1 業(yè)務(wù)帶寬

根據(jù)上表可以看出，在GOA2模式下，LTE-M系統(tǒng)A網(wǎng)承載CBTC業(yè)務(wù)時(shí)，上下行業(yè)務(wù)帶寬各為1.5Mbps; B網(wǎng)進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)承載時(shí)，上行業(yè)務(wù)需要帶寬14.98Mbps、下行業(yè)務(wù)需要帶寬8.56Mbps，此時(shí)上行業(yè)務(wù)帶寬需求高于下行業(yè)務(wù)。

1.3頻率需求

考慮安全業(yè)務(wù)的系統(tǒng)冗余要求，建設(shè)A/B雙網(wǎng)，CBTC業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)傳輸，其他業(yè)務(wù)可由單網(wǎng)傳輸。

根據(jù)LTE-M相關(guān)規(guī)范，GOA2模式下LTE一張網(wǎng)絡(luò)承載CBTC業(yè)務(wù)信息時(shí)就需要5MHz頻寬;當(dāng)另一張網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合承載時(shí)，根據(jù)表1可以看出LTE網(wǎng)絡(luò)上行業(yè)務(wù)需要帶寬16.98Mbps、下行業(yè)務(wù)需要帶寬8.56Mbps。由南京地鐵前期工程測試數(shù)據(jù)來看，當(dāng)LTE系統(tǒng)頻率配置15MHz寬帶SA0時(shí)隙配比下，上行平均吞吐率達(dá)到25Mbps， 下行平均吞吐率達(dá)到14Mbps，但小區(qū)邊緣區(qū)域的吞吐率約為平均吞吐率的60%，LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)承載時(shí)需要15MHz頻譜寬帶才能滿足CBTC模式下車地業(yè)務(wù)的傳輸需求。

因此，將1785-1805MHz頻段內(nèi)的5MHz用于LTE A網(wǎng)，15MHz用于LTE B網(wǎng)，LTE系統(tǒng)A/B網(wǎng)絡(luò)共需要20MHz頻譜。兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立運(yùn)行，可以共享資源包括漏纜和工程材料等。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用同頻組網(wǎng)技術(shù)，使用小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)，確保相鄰小區(qū)在小區(qū)邊緣使用不同的頻率資源，避免小區(qū)間干擾，提升小區(qū)邊緣吞吐率。

2網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案

2.1網(wǎng)絡(luò)方案

LTE網(wǎng)絡(luò)按照A、B雙網(wǎng)設(shè)計(jì)。在控制中心設(shè)置兩套LTE無線核心網(wǎng)設(shè)備（EPC）包括MME、S-GW、P-GW、HSS等網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器;在車站、停車場、車輛基地設(shè)置BBU+RRU設(shè)備，線路區(qū)間根據(jù)需要設(shè)置RRU設(shè)備，所有A網(wǎng)BBU+RRU設(shè)備和B網(wǎng)BBU+RRU設(shè)備按照同址設(shè)置;在列車上設(shè)置TAU設(shè)備，每列車的車頭和車尾同時(shí)設(shè)置A網(wǎng)+B網(wǎng)TAU設(shè)備。

1）控制中心子系統(tǒng)：在控制中心設(shè)置2套LTE無線核心網(wǎng)及網(wǎng)管，各類應(yīng)用業(yè)務(wù)的接口服務(wù)器等;核心網(wǎng)通過專用傳輸網(wǎng)與車站子系統(tǒng)的基站BBU設(shè)備連接，通過接口服務(wù)器與各應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)連接。

2）車站、車輛基地子系統(tǒng)：主要提供無線接入服務(wù)。在每個(gè)車站設(shè)置2套無線基站（BBU+RRU）設(shè)備，并根據(jù)覆蓋需要在區(qū)間軌旁設(shè)置RRU設(shè)備，線路區(qū)間采用漏泄電纜覆蓋，站內(nèi)采用室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋;在車輛基地（車輛段/停車場）各設(shè)置2套無線基站（BBU+RRU）設(shè)備實(shí)現(xiàn)場段內(nèi)覆蓋。

3）車載子系統(tǒng)：主要實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)。在每列車的首尾司機(jī)室內(nèi)設(shè)置各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的通信單元及接口應(yīng)用部分，在車體頂部設(shè)置通信天線。

2.2網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級和服務(wù)質(zhì)量

LTE-M系統(tǒng)以IP方式承載所有業(yè)務(wù)，對不同業(yè)務(wù)，分別定義不同的QCI的值來保障各個(gè)業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

將列控CBTC信號承載業(yè)務(wù)和集群調(diào)度業(yè)務(wù)的QCI設(shè)置為1，即系統(tǒng)中的最高等級;由于TCMS信息、緊急信息也要求有較高的優(yōu)先級，其QCI設(shè)置為2;車廂監(jiān)視視頻上傳、PIS視頻業(yè)務(wù)的QCI也在業(yè)務(wù)優(yōu)先級和服務(wù)質(zhì)量劃分為中級。

2.3覆蓋方案

2.3.1場強(qiáng)覆蓋指標(biāo)要求

按照95%時(shí)間及地點(diǎn)概率下，無線覆蓋指標(biāo)RSRP≥-95dBm 且SINR≥3dBm考慮。

2.3.2覆蓋方式

（1） 行車線路區(qū)間（含站屬區(qū)間及出入段線）覆蓋

LTE 系統(tǒng)A+B網(wǎng)在行車線路區(qū)間（含島式車站站屬區(qū)間及出入段線）采用左右隧道各新敷設(shè)1根漏纜進(jìn)行場強(qiáng)覆蓋，同時(shí)接入專用無線通信系統(tǒng)的漏纜來提高場強(qiáng)覆蓋的冗余性。在較長區(qū)間軌旁設(shè)置RRU，以保證覆蓋質(zhì)量。

（2）車輛基地/停車場內(nèi)場強(qiáng)覆蓋

車輛基地/停車場內(nèi)敞開部分室外空曠區(qū)域采用漏泄電纜+小天線的覆蓋方式，場內(nèi)封閉單體，包括列檢庫、檢修庫采用室分小天線覆蓋;

試車線采用采用漏泄電纜覆蓋方式;

2.3.3覆蓋設(shè)備

本工程新設(shè)的RRU設(shè)備主要設(shè)置在沿線車站通信設(shè)備室內(nèi)。同一個(gè)RRU經(jīng)合路配置后需覆蓋4個(gè)不同區(qū)域線路方向。

根據(jù)漏纜及RRU無線技術(shù)指標(biāo)及系統(tǒng)覆蓋要求，每一個(gè)RRU支持漏纜覆蓋的有效長度約為0.6km（最終的覆蓋距離需要根據(jù)所采用的漏纜計(jì)算）。即設(shè)置在相鄰?fù)ㄐ旁O(shè)備室內(nèi)的兩個(gè)RRU只能覆蓋1200米的隧道區(qū)間，超過1200米的區(qū)間需要配置軌旁RRU單元。

3、干擾分析

3.1系統(tǒng)內(nèi)干擾

1）A/B雙網(wǎng)間干擾分析

A/B雙網(wǎng)異頻組網(wǎng)，可能存在鄰頻間干擾。

當(dāng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)頻段相鄰，如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)射和接收不同步，則會由于雜散和阻塞的原因互相產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。為了避免該類干擾的發(fā)生，A/B雙網(wǎng)必須采取嚴(yán)格保證時(shí)隙配比一致，保證時(shí)鐘同步。

2）小區(qū)間同頻干擾

由于每個(gè)單頻網(wǎng)采用同頻組網(wǎng)，小區(qū)邊緣存在同頻干擾。

列車處于小區(qū)邊緣，頭尾移動端天線先后經(jīng)過小區(qū)邊緣的重疊覆蓋區(qū)域，由于受到鄰區(qū)導(dǎo)頻和業(yè)務(wù)的干擾導(dǎo)致信噪比較低，從而影響下行吞吐量。為了緩解同頻干擾的影響，應(yīng)考慮進(jìn)行優(yōu)化：

通過工作參數(shù)優(yōu)化，提升業(yè)務(wù)信道的功率，使處于邊緣用戶的信噪比得到改善;

通過修改切換參數(shù)，使用戶及早切換的目標(biāo)小區(qū)，避免頭尾移動端同時(shí)處于切換進(jìn)程;

通過無線管理算法，使互為鄰區(qū)的兩個(gè)小區(qū)下行頻帶錯(cuò)開。

3.2系統(tǒng)間干擾

1）LTE與運(yùn)營商無線通信系統(tǒng)之間干擾分析

行業(yè)應(yīng)用LTE系統(tǒng)使用的頻段為1785-1805 MHz，與運(yùn)營商的頻段關(guān)系如圖1所示：

根據(jù)上述頻段關(guān)系可以看出主要是LTE系統(tǒng)的頻段下邊緣與電信4G-FDD系統(tǒng)上行頻率1755-1785MHz鄰頻，頻段上邊緣與移動DCS系統(tǒng)下行頻率1755-1785MHz鄰頻，因此主要考慮鄰頻之間的干擾。解決系統(tǒng)間的鄰頻干擾措施包括：

考慮協(xié)議所要求的ACIR，可以根據(jù)公式計(jì)算得到兩個(gè)系統(tǒng)共存所需要的天線隔離距離。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和工程實(shí)施中保證兩者漏纜之間的距離避免干擾。

如果工程現(xiàn)場無法滿足天線隔離距離時(shí)，則考慮額外的隔離度，比如提高濾波器的性能;在兩個(gè)系統(tǒng)之間增加保護(hù)帶寬等。

建議4G-FDD系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)引入地鐵空間時(shí)，考慮分別與LTE系統(tǒng)的邊緣頻率間隔5MHz，以增加系統(tǒng)之間的保護(hù)帶寬。

2）其他行業(yè)同頻段LTE網(wǎng)絡(luò)間的干擾

采取場強(qiáng)限制空間隔離措施，規(guī)定在地鐵沿線1800MHz頻段無線場強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)。

本工程LTE系統(tǒng)采用1-5/8英寸漏泄電纜覆蓋，距離20米處耦合損耗增加，無線信號強(qiáng)度≤-105dBm，不會對其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

對于其他1800MHz LTE系統(tǒng)在地鐵地面線路附近設(shè)站時(shí)，可以要求該站址LTE基站信號強(qiáng)度在地鐵軌道上方時(shí)RSRP≤-105dBm（地鐵LTE的 RSRP≥-95dBm）。

3.3干擾測試

由于1785-1805 MHz頻段非城市軌道交通單一業(yè)務(wù)專用頻段，且該頻段與運(yùn)營商移動通信頻段相鄰。為解決鄰頻干擾問題，應(yīng)與鄰頻段運(yùn)營商溝通協(xié)商，聘請國家權(quán)威無線檢測部門進(jìn)行干擾和被干擾測試，爭取地方無線電管理機(jī)構(gòu)的最大支持。

4總結(jié)及建議

南京地鐵寧高線車地通信采用LTE系統(tǒng)，測試結(jié)果顯示無線通信質(zhì)量和穩(wěn)定性有所提升，滿足乘客信息系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等一些業(yè)務(wù)的綜合承載應(yīng)用。

本工程車地?zé)o線系統(tǒng)的可靠性和安全性至關(guān)重要，建設(shè)LTE系統(tǒng)進(jìn)行車地綜合業(yè)務(wù)承載十分必要。在 GOA2模式下LTE車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)承載時(shí)，需要在1785-1805MHz頻段內(nèi)申請20MHz頻率。

沿線采用漏纜覆蓋，不會干擾其他系統(tǒng)，其他系統(tǒng)對本系統(tǒng)的干擾可采取相關(guān)措施規(guī)避。針對工程存在的地面高架線路，進(jìn)行LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)提高無線信號RSRP值有助于提高系統(tǒng)的整體抗干擾能力。

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作者簡介：謝紅霞、女、出生年月1972.01，1988年畢業(yè)于天津鐵路工程技術(shù)學(xué)校，2010年北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)就職于中移鐵通江蘇分公司從事技術(shù)管理工作崗位，聯(lián)系電話025-85836466。