淺談TD-LTE技術在城軌信號系統中的使用

李海龍

摘要：介紹城軌信號系統中車-地無線通信系統的主要功能，分析WLAN技術、TD-LTE技術的優缺點，同時結合長沙地鐵5號線，對TD-LTE設備的安裝、調試以及關鍵性能指標進行分析。

關鍵詞：TD-LTE、WLAN、車-地無線通信系統、CBTC;

一、 概述

隨著人們日益增長的出行需求，地鐵出行憑借其運行間隔時間短、無堵車風險等優勢成為了國內大部分上班族的首選。城軌CBTC信號系統作為地鐵安全運行最重要系統之一，其功能主要是通過地面信號設備控制地鐵列車按規定進路、規定速度運行，以確保列車的運行安全。在城軌CBTC信號系統中，地面信號設備與列車車載設備通過無線通信系統進行雙向的數據交互，無線通信系統傳輸著涉及行車安全的重要數據信息。隨著列車運行速度及運營能力的提升，也對無線通信系統的穩定性、可靠性提出了更高的要求。

二、 車-地無線通信系統介紹

目前，國內各城市地鐵線路車-地無線通信系統主要采用TD-LTE技術和WLAN技術。既有地鐵線路車-地無線通信系統大多采用WLAN技術，而新建線路或改造線路基本采用TD-LTE技術。在地鐵CBTC信號系統中，WLAN技術逐步被TD-LTE技術所替代，以下對WLAN技術的缺點以及TD-LTE技術的優點進行對比、分析：

2.1 WLAN技術的缺點：（1）每個150m-200m安裝一個軌旁AP，成本高;（2）單AP故障率高，運營維護壓力大;（3）民用信號同頻干擾大;（4）不適應高速移動環境;（5）QOS服務質量低，僅支持4個優先級;

2.2 TD-LTE技術的優點：（1）抗干擾能力強;（2）每1.2km設置一臺RRU，維護簡單;（3）設備數量少，建設成本低;（4）支持高速移動環境;（5）QOS服務質量高，支持9個優先級調度，帶寬充足;

經過運營實踐證明WLAN技術已能夠為地鐵車-地通信提供穩定、可靠的雙向通信通道，但是隨著地鐵列車運行速度的提升以及綜合承載業務（PIS、CCTV等）的加入，將不能滿足運營需求。而TD-LTE技術恰好彌補了WLAN技術的不足，成為現階段車-地無線通信的主流技術。

三、TD-LTE技術在地鐵建設實例中的運用

3.1 TD-LTE在地鐵CBTC信號系統的運用概述

長沙地鐵5號線車-地無線通信系統采用基于3GPP標準的TD-LTE無線通信技術，主要為軌旁ZC、CI、ATS與車載ATP/ATO設備提供通信通道，網絡均采取冗余雙網設置，分別為A/B網，兩張網絡相互獨立，并行工作，互不影響。由于信號系統數據關乎行車安全，極其重要，所以，A網只承載信號系統數據，B網同時承載信號系統數據及CCTV、PIS、列車狀態信息、緊急文本等綜合承載數據。

3.2 地鐵TD-LTE技術主要組成設備

地鐵TD-LTE技術主要由EPC核心網、BBU、RRU、車載終端TAU、天線以及同軸漏泄電纜組成。設備均采用冗余雙套配置，以提高系統的可靠性。其主要組成部分及功能如下：

1）EPC核心網設備

EPC核心網設備分別放置在控制中心信號設備室和正線集中站信號設備室，通過SGi接口與信號系統的骨干環路的交換機相連，繼而連接到信號系統的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO等信號系統各子系統設備。核心網EPC通過S1接口與基站系統的BBU相連。

2）BBU（基帶控制單元）

BBU設備放置在正線集中站及車輛段/停車場信號設備室。向上，連接骨干網交換機，通過S1接口與EPC核心網連接。向下，通過光纜與軌旁RRU設備相連。

3）RRU（射頻拉遠單元）

RRU設備主要安裝在軌旁、車輛段/停車場、試車線信號覆蓋區域。BBU通過Ir接口光纖拉遠與RRU相連接，A/B雙網的基站采用不同的光纜回路。A/B雙網的RRU同站址部署，采用合路器合路，行車線路區間（含車站、區間及出入場/段線）慮采用雙網單側區間單漏纜方案覆蓋;對站臺區無法敷設漏纜的車站（如：側式站臺區）采用定向天線覆蓋;車輛段敞開部分采用定向天線覆蓋;場內封閉單體（運用庫等）采用小天線或定向天線覆蓋;試車線采用雙網單漏纜覆蓋。

4）車載終端TAU

車載終端TAU部署在列車編組的前后司機車廂，兩套TAU分別駐留在A/B網上。TAU天線安裝在司機車廂車頭和車尾，并保持與漏泄同軸電纜盡量短的距離以及視線的無遮擋，保持良好無線傳輸。TAU通過以太網接口與車載ATP/ATO連接，從而建立了車載ATP/ATO到信號系統的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO之間的點到點連接。

3.3 抗干擾方案

TD-LTE網絡主要干擾來源于A/B雙網漏纜間干擾、同頻組網下的臨區干擾。

3.3.1 A/B雙網漏纜間干擾分析

當A/B網漏纜產生干擾時，主要原因為兩個網絡的發送和接收不同步，則會由于雜散和外輻射產生互相干擾，所以必須保證A/B網時隙配比和特殊時隙配比一致，同時保持時鐘同步一致，才能有效消除干擾。

3.3.2 同頻組網下的臨區干擾

當小區邊緣的下行業務受臨區導頻和業務干擾導致信噪比降低，從影響小區下行吞吐量，出現丟包的情況，導致列車降級。可以通過修改參數設置，提前進行小區切換的方式，優化小區邊緣吞吐量，從而解決臨區干擾。

四、結論及未來展望

綜上通過對TD-LTE技術和WLAN技術的應用現狀、組成結構和性能指標進行對比、分析可以看出，城軌信號車-地無線通信系統采用TD-LTE技術具有抗干擾能力強、能適應高速環境、維護簡單的優勢。同時，在采用綜合承載的網絡方式，更加節省了建設成本，提高了設備帶寬利用率。目前，5G通信技術越來越成熟，隨著深圳地鐵首例車-地無線通信采用5G技術的試行，相信在未來，更高速、更安全、更可靠的地鐵車-地無線通信5G時代即將來臨，而地鐵也會朝著更高速、更便捷、更智能的方向發展。

參考文獻：

[1] 《地鐵設計規范》（GB/T 50153-2017）

[2] 《3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計》 沈佳，索士強等

[3]《TD-LTE數字蜂窩移動通信網Uu接口物理層技術要求（第一階段）》（YD/T2560/2561/2562—2013）