地鐵區(qū)間采用LTE解決車地?zé)o線的方案研究

劉衛(wèi)利（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

地鐵區(qū)間采用LTE解決車地?zé)o線的方案研究

劉衛(wèi)利
（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

摘 要：隨著地鐵區(qū)間無線子系統(tǒng)業(yè)務(wù)越來越多， 民用wifi熱點(diǎn)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(shù)、設(shè)備的研究對比，對搭建LTE技術(shù)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(diǎn)，提出切實(shí)可行的措施。

關(guān)鍵詞：地鐵區(qū)間；LTE技術(shù)；合用漏纜；車地?zé)o線

1 概述

隨著移動通信技術(shù)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(shí)延、更低的系統(tǒng)利用率能力，受到通信系統(tǒng)各界高度關(guān)注及迫切應(yīng)用。在地鐵領(lǐng)域，車地?zé)o線是列車與調(diào)度、列車與安防、列車與乘客信息顯示關(guān)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?zé)o線系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程，LTE技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)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(diào)度使用TETRA系統(tǒng)，而列控、PIS（旅客信息系統(tǒng)）等相關(guān)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用WiFi系統(tǒng)。顯然，多種網(wǎng)絡(luò)共存將使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維相當(dāng)困難，維護(hù)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(wù)，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(wù)。WIFI自身無QoS保障機(jī)制，且采用免費(fèi)開放頻段，干擾源多，極易受到干擾，影響地鐵的安全運(yùn)營，極端情況下會造成整個(gè)地鐵系統(tǒng)停運(yùn)。

2 系統(tǒng)方案分析

（1）融合方案分析

LTE技術(shù)的高帶寬、高速率、高可靠等特性，奠定了LTE技術(shù)高承載能力，一張網(wǎng)可同時(shí)承載多業(yè)務(wù)需求，根據(jù)前面對現(xiàn)有車地?zé)o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(wù)有：集群調(diào)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(wù)，LTE車地?zé)o線承載方案比選如下：

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

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

②方案二：LTE承載集群調(diào)度子系統(tǒng)、PIS業(yè)務(wù)、視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、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(diào)度子系統(tǒng)、CBTC信號子系統(tǒng)、PIS車地?zé)o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(wù)，并支持寬帶調(diào)度業(yè)務(wù)，如調(diào)度視頻對講等。

方案三：LTE承載專用無線子系統(tǒng)業(yè)務(wù)，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(diào)度子系統(tǒng)、CBTC信號子系統(tǒng)、PIS車地?zé)o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(jìn)行合路處理，進(jìn)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(wù)，民用無線通信系統(tǒng)管理部門與地鐵管理運(yùn)營部門是獨(dú)立維護(hù)的，因此為設(shè)備產(chǎn)權(quán)分明及故障維護(hù)方便，民用無線通信系統(tǒng)不考慮合設(shè)漏纜。

根據(jù)目前技術(shù)發(fā)展情況，以上方案均能夠?qū)崿F(xiàn)及滿足地鐵運(yùn)營需求，根據(jù)目前國內(nèi)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(shù)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(diǎn)也很明顯，民用與公安無線系統(tǒng)的加入，勢必造成設(shè)備產(chǎn)權(quán)、管理維護(hù)方面不夠明確，存在一定的管理、維護(hù)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(diǎn)是不承載專用無線關(guān)鍵業(yè)務(wù)，只承載主要數(shù)據(jù)流車地?zé)o線PIS及CCTV業(yè)務(wù)，優(yōu)點(diǎn)是在新技術(shù)的試用階段，安全性更高、與行車安全脫離。缺點(diǎn)是未能發(fā)揮LTE系統(tǒng)應(yīng)有的特色功能，和設(shè)備利用率，適合早期采用LTE技術(shù)方案的地鐵線路，并應(yīng)預(yù)留未來其他業(yè)務(wù)接入能力。方案二承載業(yè)務(wù)適中，是方案一的補(bǔ)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(wù)接入平臺，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單明了，設(shè)備利用率高，投資少，可保證列車高速移動下各項(xiàng)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)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(diào)度子系統(tǒng)、PIS車地?zé)o線業(yè)務(wù)、視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、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(shù)最直接優(yōu)勢在于將原集群調(diào)度子系統(tǒng)、車地?zé)o線子系統(tǒng)、移動閉塞信號子系統(tǒng)，三網(wǎng)獨(dú)立的無線網(wǎng)絡(luò)，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(yùn)營維護(hù)成本40%，提升各系統(tǒng)功能、遠(yuǎn)距離覆蓋、無縫切換、先進(jìn)的空口抗干擾技術(shù)及多級QoS算法等，使得LTE技術(shù)更具安全可靠性。

（2）場強(qiáng)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(diǎn)式覆蓋方案。

區(qū)間車地?zé)o線采用區(qū)間架設(shè)AP天線方式，根據(jù)LTE無線綜合業(yè)務(wù)技術(shù)特點(diǎn)，區(qū)間無線覆蓋比傳統(tǒng)wifi覆蓋干擾小、覆蓋距離遠(yuǎn)、切換迅速，因此采用AP方式比傳統(tǒng)wifi方式天線布點(diǎn)少，。

根據(jù)LTE無線綜合業(yè)務(wù)技術(shù)特點(diǎn)，區(qū)間無線覆蓋比傳統(tǒng)wifi覆蓋干擾小、覆蓋距離遠(yuǎn)、切換迅速，因此而需要采用定向型、小功率大密度場強(qiáng)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。

②方案二：漏泄電纜線性覆蓋方案。

采用漏泄電纜對于場強(qiáng)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(nèi)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(shù)高度融合，使得區(qū)間無線通信系統(tǒng)設(shè)備減少，漏纜敷設(shè)位置也有了更好的選擇，雖漏纜造價(jià)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(shù)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(shè)無線AP進(jìn)行覆蓋，無論列車在車站、車輛段還是區(qū)間內(nèi)，均可通過無線AP設(shè)備實(shí)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?qū)崟r(shí)信息傳遞。

參考文獻(xiàn)

[1]邢強(qiáng)強(qiáng)，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）.

中圖分類號：TN873

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A