基于LTE技術的車地無線通信傳輸方案在城市軌道交通中的應用

彭顯辰

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安，710043）

基于LTE技術的車地無線通信傳輸方案在城市軌道交通中的應用

彭顯辰

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安，710043）

在無線通信技術高速發展的背景下，基于LTE技術的車地無線通信傳輸方案正廣泛應用于城市軌道交通。王巖和陳序（2014）通過鄭州地鐵1號線工程案例證明了TD-LTE技術在車地無線通信中的應用穩定可靠，為其他地鐵同行提供了可以參考的方案。本文基于工程實例介紹了地下區間選用1785MHz-1805MHz頻段作為城市軌道交通車-地無線通信綜合承載方案的頻率規劃及頻率覆蓋方案。

車地無線通信；LTE；CBTC系統；頻率規劃；頻率覆蓋

0 引言

在城市軌道交通如地鐵行業中，列車與地面之間的通信大都采用無線通信技術，其中主要有三大子系統需要使用車地無線通信系統，分別是：（1）語言行車調度系統；（2）CBTC信號系統；（3）乘客信息系統（PIS）。LTE（Long Term Evolution）技術采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）、自適應調制編碼（Auto Modulation and Coding，AMC）及混合自動重傳（Hybrid ARQ，HARQ）等技術，在20MHZ頻譜帶寬下能夠提供下行150Mbps與上行75Mbps的峰值速率。

1 項目概況及頻率規劃

1.1 包頭市城市軌道交通2號線一期工程項目概況

包頭市軌道交通2號線起于機場站，止于新賢城站，共設21座車站。2號線分二期建設，其中一期工程（沼潭南～新賢城段）線路全長14.92公里，設置11座車站，1座車輛段。

1.2 綜合承載業務需求及頻率規劃

CBTC系統主要作用為列車間距及速度防護、列車自動運行與調度，是城市軌道交通自動化系統中的關鍵部分，是保證列車和乘客安全，實現列車高效運行、指揮管理有序的自動控制系統。作為一個安全苛求系統，CBTC對車地通信的實時性和可靠性有很高的要求，要求冗余雙網傳輸。雙網中A網應用來單獨承載CBTC信息；B網承載信息除CBTC信息（CBTC冗余網絡）外，還可考慮綜合承載PIS、CCTV、其他數傳信息等（見表1）。

表1 無線業務優先級分配

根據中國城市軌道交通協會“關于轉發工信部1785-1805MHz頻段使用適宜通知及有關落實工作的意見”（中城軌 [2015]008號文）和“LTE-M系統需求規范”（CZJS/T 0061—2016），軌道交通車地無線通信業務需求主要有以下幾種。

（1）列車運行狀態監測

列車運行狀態監測系統通過傳感器采集電流、電壓、軸溫、車下轉向架、車輛一/二系懸掛系統、發動機、制動器等設備的關鍵參數，并將數據傳送到地面監測中心，地面監測中心通過對數據進行集中處理和分析，實現對列車運行狀態的實時監測和遠程故障診斷功能（圖2）。

圖1 車地無線通信綜合承載應用方案

圖2 列車的互聯互通

（2）車載CCTV監控圖像回傳

根據軌道交通實際使用需求，采用H.264（D1，4 CIF）格式。圖像分辨率為720*576像素，傳輸帶寬為1Mbit/s，可基本滿足監視器觀看需求。如果要求上大屏，傳輸帶寬需達到2M。一個RRU范圍內，本工程按回傳4路或上大屏2路計算，4M傳輸帶寬預設視頻業務信道帶寬（圖2）。

（3）乘客信息PIS圖像下發播放

PIS系統需將播控中心下發的播放節目，如新聞廣播、旅行指南、換乘信息、在線廣告等便民信息在車載PIS顯示屏上實時顯示。綜合無線傳輸系統需提供匹配PIS專業需求的連續高帶寬、低時延車地無線傳輸通道。PIS圖像質量達到1080P的標準預設業務信道帶寬，正線按組播方式下發PIS信息，業務信息承載帶寬為下行8Mbit/s。

（4）緊急文本下發

緊急文本信息用于城市軌道交通路網異常情況下的乘客通知，可在PIS系統的顯示終端上顯示。緊急文本是數據量小的文本信息。

根據軌道交通協會文件，極端情況下每個RRU小區內的列車數不超過6列車，業務信息承載帶寬為下行各不大于6*100Kbps=0.6Mbps。

2 頻率覆蓋方案

2.1 覆蓋范圍

CBTC、PIS、CCTV、列車運行狀態檢測、緊急文本業務覆蓋范圍為：地鐵沿線車站軌行區、區間、車輛段（含試車線）。

LTE系統在地鐵的典型應用為：設置核心網設備及相關服務器，在各車站、車輛段和停車場設置LTE基站，為適應軌道交通區間鏈狀覆蓋，可配置分布式基站設備，在車站、車輛段和停車場信號設備室配置BBU，在區間配置RRU。在列車/辦公區域上設置車載/手持終端設備。

2.2 正線覆蓋方案

對于正線（含區間和非換乘車站軌行區）隧道、出入段線的高架區域，主要采用RRU+漏泄同軸電纜輻射方式進行場強覆蓋。信號覆蓋范圍控制在軌行區左右各30米內。在正線車站信號設備室設置BBU，在區間設置RRU。

2.3 車輛段覆蓋方案

在車輛段停車列檢庫區域，主要采用RRU+漏泄電纜覆蓋。為了保證和車站基站的平滑切換，靠近車輛段出入口處采用漏泄電纜向外覆蓋。同時車輛段的試車線也通過漏泄電纜覆蓋。信號覆蓋范圍控制在場段周界以外300米范圍內。

2.4 雙網覆蓋方案

對于CBTC系統冗余雙網的傳輸需求，其雙層網絡基站站址方案為同站址雙網冗余方案：本方案A、B網BBU設備同址設置在每個車站弱電設備室內，A、B網的RRU設備也同址設置。

3 結論

目前針對地鐵LTE技術的應用還處在初級階段，需要加大對該方面的研究力度，不斷進行實踐和總結。車地通信系統在提升地鐵運營管理水平，提高服務質量中起著重要的作用，包頭地鐵2號線一期工程擬采用的LTE承載車地無線通信系統滿足項目運行所要求的高移動性和高寬帶性。

[1]邢強強,李新.地鐵通信系統引入TD-LTE系統后的干擾分析研究[J].移動通信.2012,36(18):27-31.

[2]王巖,陳序.地鐵行業車地無線(TD-LTE)技術應用[J].河南科技.2014(21):38-40.

[3]方建文.LTE技術在地鐵無線通信中的應用[J].中國新通信.2015(24):68-68.

[4]王鵬.TD-LTE技術承載地鐵集群通信業務問題研究[J].城市軌道交通研究.2015,18(6):67-70.

Application of wireless communication scheme based on LTE technology in Urban Rail Transit

Peng Xianchen
（China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd.，Xi’an Shaanxi，710043）

Under the background of rapid development of wireless communication technology, the wireless communication scheme of vehicle ground wireless communication based on LTE technology is widely used in urban rail transit. Wang Yan and Chen Xu (2014) through the Zhengzhou Metro Line 1 project case proved that TD-LTE technology in the vehicle ground wireless communication application is stable and reliable,for other subway counterparts to provide a reference program. Based on an engineering example, this paper introduces frequency planning and frequency coverage scheme of 1785MHz-1805MHz frequency band as a comprehensive carrying scheme for Metro ground vehicle wireless communication in underground section.

vehicle ground wireless communication; LTE; CBTC system; frequency planning; frequency coverage