軌道交通LTE車地無線綜合通信網絡方案設計與研究

鄭繼平 曹美閣 劉曉磊 范禮乾

1. 鄭州地鐵集團有限公司 河南 鄭州 450000

2.洛陽市軌道交通集團有限責任公司 河南 洛陽 471000

3.中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北 武漢 430063

1 建設車地無線綜合通信網的必要性

本工程擬采用FAO全自動運行模式，需要建設車地無線通信網絡來傳輸車地綜合業務信息，由于列車運營時車輛上沒有司機，車地無線通信系統的可靠性和安全性至關重要。全國城市軌道交通前期既有運營線路CBTC業務承載及車地寬帶業務承載均采用了WLAN技術，由于工作在ISM開放頻段，通過理論分析和工程實踐證明，這種技術存在一些局限性。

隨著城市軌道交通、市域鐵路的快速發展，列車將達到更高的運行速度，傳統的WLAN技術不滿足高速和綜合承載的要求，不能適應將來城市軌道交通、市域鐵路的發展需要。目前國內已有十多個城市幾十條地鐵線路采用LTE技術進行車地通信無線業務的承載，城市軌道交通建設LTE無線網絡已成為一種技術趨勢和發展方向。

2 綜合承載業務需求

本工程擬采用FAO全自動運行模式，車地無線通信系統需要承擔GOA4下CBTC業務、PIS緊急文本業務、TCMS業務、IMS視頻監視業務（包括乘客緊急呼叫視頻、行車軌道路況視頻）、PIS視頻業務等數據的傳輸，其中CBTC業務、PIS緊急文本業務、TCMS業務、乘客緊急呼叫視頻、行車軌道路況視頻屬于生產安全信息網業務；其他業務可屬于非生產安全信息網業務。

根據LTE-M相關規范，FAO模式下LTE A網絡單獨承載CBTC業務信息時就需要5MHz頻寬。對于B網最少需要LTE系統配置為15M小區。此時B網平均上行帶寬可以滿足相關要求，但其上行帶寬的最小值不能滿足，考慮到車載視頻監控是非安全信息，可以通過短暫減少調看圖像的路數進行讓步；對于B網最少需要LTE系統配置為5M小區，才能在小區邊緣滿足速率要求。當LTE系統頻率配置15MHz寬帶SA0時隙配比下，下行平均吞吐率達到21Mbps,上行平均吞吐率達到13Mbps，因此當LTE網絡進行綜合業務承載時需要15MHz頻譜寬帶才能滿足FAO模式下（全自動運行）車地業務的傳輸需求。

3 LTE車地無線綜合通信網絡方案

3.1 組網方案

CBTC系統的車地無線通信采用LTE技術的傳輸組網方案有以下兩種：

方案一是信號獨立組網，雙網冗余。該方案的優點是車地通信網絡由信號獨立組建，帶寬為信號獨享，實時性、可靠性均可以滿足要求。缺點是信號專網占用的頻帶資源較寬，如果PIS同樣采用LTE技術，PIS的帶寬有限，同時申請2個專用頻段用于車地傳輸較為困難。且在狹窄的地鐵隧道里同時敷設信號和PIS傳輸漏泄電纜較為困難。

方案二是采用綜合承載網，即組建A、B雙網，其中A網承載信號系統業務（CBTC業務信息和列車狀態信息），B網綜合承載信號系統業務（CBTC業務信息、列車狀態信息）、車載CCTV監控圖像信息和PIS圖像信息及緊急文本信息等業務。

推薦采用方案二，信號、PIS、CCTV采用基于LTE的共建綜合無線傳輸平臺，綜合承載信號、PIS、CCTV系統的生產業務。

3.2 干擾分析

3.2.1 系統內干擾

LTE系統內的干擾主要是分析1800MHz A/B雙網間干擾及小區間同頻干擾。

1) A/B雙網間干擾分析 A/B雙網異頻組網，當兩個網絡頻段相鄰，如果兩個網絡發射和接收不同步，則會由于雜散和阻塞的原因互相產生干擾，導致網絡性能下降。為了避免該類干擾的發生，A/B雙網必須采取嚴格保證時隙配比和特殊時隙配比保持一致的措施；同時，雙網必須嚴格保證時鐘同步。

2) 小區間同頻干擾 由于采用同頻組網，處于小區邊緣的用戶下行業務受到鄰區導頻和業務的干擾導致信噪比較低，從而影響下行吞吐量。可通過一些處理措施進行優化：通過參數優化的方式提高業務信道的功率，以改善處于邊緣用戶的信噪比，從而提升數據吞吐量；通過修改切換參數的方式，使用戶及時切換目標小區，以優化邊緣用戶在切換時的吞吐量。

3.2.2 系統間干擾

1) LTE系統與專用、公安無線系統之間干擾分析

a) LTE系統干擾800MHz頻段TETRA和350MHz頻段公安無線系統：

LTE基站存在雜散和互調干擾，干擾信號協議規定由于頻率間隔達1GHz左右，落入800MHz、350MHz的UL帶內的干擾電平可以忽略。

b) 800MHz頻段TETRA和350MHz頻段公安無線系統干擾LTE系統：

800MHz基站可能存在雜散干擾LTE基站接收的情況，800MHz基站下行發送，雜散信號落入LTE的頻帶內，造成LTE基站的帶內噪聲抬升。1.8GHz LTE與800MHz TETRA、350MHz PDT有較大的頻率隔離度，頻率間相差大約1.0GHz以上，有充足的頻率隔離，因此彼此不會產生干擾。

2) LTE系統與運營商無線通信系統之間干擾分析

為了規避和解決兩系統間的干擾，可以采用以下措施：

a) 考慮協議所要求的ACIR，可以根據公式計算得到兩個系統共存所需要的天線隔離距離。在網絡規劃和工程實施中保證兩者漏泄電纜之間的距離避免干擾。

b) 如果工程實施時，無法滿足天線隔離距離的話，則考慮額外的隔離度，比如提高濾波器的性能；在兩個系統之間增加保護帶寬等。

c) 同頻段與LTE網絡間的干擾

本工程LTE系統采用漏泄電纜覆蓋，1-5/8英寸漏泄電纜在1800MHz頻段距離20米處耦合損耗增加,無線信號強度將≤-105dBm,不會對其他系統產生干擾。

4 結束語

本文提出了能夠滿足本工程運營需求的高帶寬、無縫漫游的多業務統一承載的解決方案，可用于承載CBTC、PIS、CCTV等多種業務。同時采取必要措施，合理規劃技術方案，避免與信號系統無線通信發生干擾。本文研究為軌道交通類似項目提供有效的技術支撐與參考。