基于LTE技術(shù)的軌道交通信號CBTC綜合承載網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計與研究

習(xí)潔

LTE技術(shù)即長期演進技術(shù)是一種較為成熟的通信技術(shù)，這種通訊技術(shù)與WLAN技術(shù)相比其應(yīng)用范圍較小但是卻也有著自身的優(yōu)勢。CBTC是一種基于通信的列車控制，其需要一種網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)對其進行支持才能夠被使用，目前來看大部分CBTC采用的都是WLAN通信技術(shù)作為基礎(chǔ)支持，WLAN技術(shù)雖然有自身較為明顯的優(yōu)勢不過由于其穩(wěn)定性以及安全性的原因使得其盡管廣泛地應(yīng)用于CBTC當(dāng)中去卻并不是最為理想的通信技術(shù)。LTE在穩(wěn)定性與安全性方面的表現(xiàn)都較為突出因此采用LTE技術(shù)來對CBTC進行綜合承載就成為了一個較為受到關(guān)注的話題，本文將對給予LET技術(shù)的軌道交通信號CBTC綜合承載網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計與研究進行分析。

【關(guān)鍵詞】LTE技術(shù) CBTC 方案設(shè)計 研究

1 WLAN技術(shù)存在的問題

1.1 抗干擾能力較差

首先WLAN的信號系統(tǒng)采用的是IEEE 802.11系列協(xié)議的2.4GHz頻段。這一頻段不僅只有WLAN網(wǎng)絡(luò)同樣還有著許多其他民用設(shè)備，目前來看使用這個頻段的設(shè)備在抗干擾技術(shù)方面都僅僅能保證在其系統(tǒng)內(nèi)部不會產(chǎn)生干擾但是卻無法保證與其他設(shè)備或者受到外部干擾時依舊不受到干擾。對于CBTC系統(tǒng)而言DCS網(wǎng)絡(luò)要求的是雙網(wǎng)冗余，在這樣的去情況下雙網(wǎng)需要采用不同的頻率，而其子系統(tǒng)內(nèi)可能會因此存在干擾，在乘客信息系統(tǒng)PIS當(dāng)中其采用的同樣是2.4GHzWLAN技術(shù)，這同樣可能會對信號系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)造成干擾。而在外部無論是電信的4G網(wǎng)絡(luò)還是各類無線路由器以及智能手機等發(fā)出的熱點都會對WLAN網(wǎng)絡(luò)造成影響。

1.2 切換過于頻繁無法保證穩(wěn)定性

WLAN的發(fā)生功率是較低的在這樣的情況下其作用于CBTC的時候，發(fā)射功率同樣沒有提升，而如果想要保持WLAN的穩(wěn)定性就必須建立極多的無線接入點即AP這種無線接入點一方面可能會造成功率的衰竭，另一方面在列車高速移動時WLA網(wǎng)絡(luò)需要不斷地進行切換而這種切換有著接近500ms的延遲，從而使得通信數(shù)據(jù)延遲也丟失狀況時有發(fā)生。

2 LTE技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 高抗干擾性

LTE技術(shù)在抗干擾性方面要明顯優(yōu)于WLAN系統(tǒng)，其采用的是一種小區(qū)間干擾系統(tǒng)，這種方式是對整個小區(qū)內(nèi)無線資源的使用進行一定的限制，這種限制可以甄選控制時頻資源并且還能對其資源的發(fā)射功率進行限制。LTE所采用的干擾抑制組合技術(shù)IRC對很多不同功能的干擾都予以了預(yù)防，其中包括了造影的影響，從而使得其在軌道交通中更加適用。而且LTE本身的租房是極為靈活的，其頻段極多包括了1.4HMz、3HMz、5MHz、10HMz等等不同的頻段，這些頻段目前還沒有被國家進行劃分因此軌道交通可以根據(jù)自身不同的需要來選擇頻段從而減少了因為與民用設(shè)備以及各類設(shè)備的頻道雷同所造成的干擾。不僅如此，LTE技術(shù)所采用的ICIC以及IRC技術(shù)可以對系統(tǒng)內(nèi)部的干擾進行最為有效的避免從而對整體抗干擾效果進行改善。

2.2 高速移動支持

LTE技術(shù)本身具有自動頻率控制的功能，通過這一功能可以降低由于時速達到200公里以上時所出現(xiàn)的多普勒頻移效應(yīng)。這種自動頻率控制功能的實現(xiàn)主要是通過在基站側(cè)記手機上使用了AFC頻率糾偏功能，從而使得其在快速狀態(tài)下能夠保持較為穩(wěn)定的頻率而不會因此而產(chǎn)生大量的延遲效應(yīng)，保證CBTC的系統(tǒng)信息接收正常。

2.3 CBTC信號系統(tǒng)

CBTC-基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)，CBTC系統(tǒng)（Communication Based Train Control System）：隨著通信技術(shù)特別是無線電技術(shù)飛速發(fā)展，人們開始研究以通信技術(shù)為基礎(chǔ)的列車運行控制系統(tǒng)。

CBTC可以使用的雙向無線通信系統(tǒng)種類很多，例如歐洲使用的是GSM-R系統(tǒng)，美國使用擴頻通信等其他多種無線通信系統(tǒng)，中國使用無線自由波、波導(dǎo)管、漏波電纜或三種互相組合的地車信息傳輸方式。目前應(yīng)用CBTC系統(tǒng)的有美國的紐約地鐵、臺灣的臺北捷運文湖線等，中國大陸也有部分城市軌道交通使用了CBTC系統(tǒng)，如武漢地鐵1號線，上海軌道交通的8號線，北京地鐵（除1號線、5號線、13號線、八通線），廣州地鐵（除1、2、8號線），昆明地鐵等。其中，北京地鐵亦莊線的順利開通標志中國成為繼德國西門子、法國阿爾斯通、加拿大龐巴迪后第四個成功掌握CBTC核心技術(shù)并順利開通應(yīng)用實際工程的國家，實現(xiàn)了全生命周期性價比最高的目標，比引進系統(tǒng)低20%左右。在建項目包括：北京地鐵9號線、北京地鐵10號線（二期）、廣州6號線等。

2.4 LTE技術(shù)承載CBTC綜合業(yè)務(wù)

本方案所涉及的系統(tǒng)，他在城市軌道交通的控制中心內(nèi)，一兩套核心設(shè)備并行，兩套設(shè)備，是以網(wǎng)絡(luò)相連，接分為a b雙網(wǎng)，承載頻寬為5到15赫茲，，用于承載c b d c控制的信息。另外一套在承載c b d c控制的信息的同時預(yù)測在CCTV，數(shù)字集群和其他行業(yè)業(yè)務(wù)信息相結(jié)合，而流行的系統(tǒng)和高安全性的要求，對于c b d c等于無限網(wǎng)絡(luò)調(diào)度系統(tǒng)之間的信息技術(shù)，在調(diào)度室要時刻注重其技術(shù)特性。

3 LTE技術(shù)承載CBTC綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的方案設(shè)計

首先我們需要考慮的是方案設(shè)計中核心網(wǎng)設(shè)備的套數(shù)，即布置幾套核心網(wǎng)設(shè)備，通常情況下我們都會部署兩套核心網(wǎng)設(shè)備，并在車站部署兩套基帶處理單元設(shè)備，這兩套設(shè)備的頻段都是完全獨立的。這兩套網(wǎng)絡(luò)我們成為A網(wǎng)與B網(wǎng)，這兩套網(wǎng)絡(luò)的工恩能夠有著一定的不同，首先A網(wǎng)主要是用于信號系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其承載的只有單獨的CBTC控制系統(tǒng)，使用的頻段是較為穩(wěn)定的5MHz頻寬。B網(wǎng)則承載的信息較多，其包括了備用的CBTC控制類信息，以及PIS車載CCTV和數(shù)字集群等各類其他業(yè)務(wù)信息，在這樣的情況下其采用的是頻寬更好的15MHMz。在這里值得注意的是如果對于安全性能的要求較高可以考慮將A網(wǎng)與車站的GPS系統(tǒng)天線進行單獨設(shè)置，這樣可以大幅度提高安全性能但是最大的問題在于其無論是建設(shè)成本還是維護成本都相對較高。不過如果車站本身存在的兩個基帶處理單元設(shè)備同時使用一個GPS天線，則會使得GPS天線在安裝的時候?qū)τ谄湮恢玫倪x擇以及性能的要求都有所提升，并且在這種情況下必須在對整個方案系統(tǒng)進行設(shè)計時有限考慮GPS預(yù)留安裝的位置以及其走線的位置，并且如果位置較高或者周圍較為空曠則必須考慮安裝相應(yīng)的避雷裝置，并且也需要考慮到信號的范圍問題，在信號較弱的情況下應(yīng)當(dāng)安裝信號放大器從而確保時鐘信號的傳輸。

4 結(jié)束語

我國的軌道交通發(fā)展十分迅速并且隨著地鐵、輕軌等城市軌道交通工具的不斷出現(xiàn)使得軌道交通在我國城市內(nèi)部也較為普遍，在這樣的情況下作為整個軌道交通的核心協(xié)調(diào)與指揮中心的CBTC如何提高自身的穩(wěn)定性與安全性從而確保軌道交通信號的正常避免意外發(fā)生就成為了一個較為重要的命題。LTE技術(shù)實際上是一種4G技術(shù)，其與目前的WLAN的3G技術(shù)相比無論是在速率上還是在穩(wěn)定性、可靠性以及抗干擾能力方面都有著較為明顯的優(yōu)勢，因此在我國的城市軌道交通當(dāng)中大量地對這種技術(shù)進行應(yīng)用是較為有必要的，這不僅可以使得CBTC的穩(wěn)定性與安全性更高也可以對我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展做出一定的貢獻。

參考文獻

[1]陳琦.基于LTE技術(shù)的CBTC綜合承載網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計與研究[J].城市軌道交通研究，2015，18（11）：35-39.

作者單位

中鐵一局集團電務(wù)工程有限公司 陜西省西安市 710038