LTE-M技術(shù)在溫州市域鐵路S2線一期工程信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用方案

鄭儆醒

（溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，浙江溫州 325000）

市域（郊）鐵路是城市中心城區(qū)聯(lián)接周邊城鎮(zhèn)組團(tuán)及其城鎮(zhèn)組團(tuán)之間的通勤化、快速度、大運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)，提供城市公共交通服務(wù)，是城市綜合交通體系的重要組成部分。加快市域（郊）鐵路發(fā)展，對(duì)擴(kuò)大交通有效供給，緩解城市交通擁堵，改善城市人居環(huán)境，優(yōu)化城鎮(zhèn)空間布局，促進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，具有重要作用。

1 S2線信號(hào)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案背景

根據(jù)2012 年完成的《浙江省溫州市市域軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》，規(guī)劃溫州市域軌道交通推薦線網(wǎng)由6 條線組成，如圖1 所示。線路總長(zhǎng)361.8 km，設(shè)站128 座，其中換乘站14 座。推薦線網(wǎng)中市域線4 條，線路長(zhǎng)269.3 km；市區(qū)線2 條，線路長(zhǎng)92.5 km。

圖1 溫州市域軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃示意Fig.1 Schematic diagram of network planning of Wenzhou Rail Transit

溫州市域鐵路S2 線初步設(shè)計(jì)開展于2016 年上半年，于2016 年6 月完成了初步設(shè)計(jì)評(píng)審。但時(shí)至2016 年中期，LTE 技術(shù)尚未取得在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用業(yè)績(jī)，考慮到S1 線點(diǎn)式ATC 的應(yīng)用和S2 線的運(yùn)行能力，S2 線初步設(shè)計(jì)方案仍采用了點(diǎn)式ATC 系統(tǒng)方案，在車站（含折返線、存車線等）及站臺(tái)接近區(qū)域（上述區(qū)域內(nèi)列車運(yùn)行時(shí)速較低）布設(shè)WLAN 無(wú)線通信設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)列車精確停車、站臺(tái)門/車門聯(lián)動(dòng)、站臺(tái)區(qū)域防護(hù)、無(wú)人自動(dòng)折返、臨時(shí)限速等功能。初步設(shè)計(jì)審查會(huì)期間，各位專家對(duì)本線信號(hào)系統(tǒng)方案進(jìn)行了深入探討和分析，相關(guān)審查意見認(rèn)為率先推薦點(diǎn)式ATC 系統(tǒng)，并推薦遠(yuǎn)期升級(jí)為基于CBTC 的ATC 系統(tǒng)的原則基本可行；基本同意“S2 線預(yù)留升級(jí)為L(zhǎng)TE 的工程條件”的原則。

2 LTE-M技術(shù)在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用

工業(yè)與信息化部于2015 年2 月發(fā)布了《關(guān)于重新發(fā)布1785～1 805 MHz 頻段無(wú)線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知》，明確指出1 785～1 805 MHz 頻段可用于城市軌道交通行業(yè)，解決了城市軌道交通車地?zé)o線通信迫切需要的專用頻段問題。另一方面，“中城協(xié)”于2016 年4 月頒布《關(guān)于發(fā)布＜城市軌道交通車地綜合通信系統(tǒng)（LTE-M）規(guī)范＞中7 個(gè)子規(guī)范的通知》，明確CBTC 信號(hào)系統(tǒng)車地?zé)o線通信應(yīng)采用LTE 無(wú)線通信技術(shù)。

相比較傳統(tǒng)的WLAN 車地?zé)o線通信技術(shù)，LTE-M 技術(shù)具有移動(dòng)接入性強(qiáng)、傳輸速率高、穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。武漢地鐵6 號(hào)線作為國(guó)內(nèi)首條采用LTE 承載CBTC 業(yè)務(wù)的城市軌道交通線路，于2016 年12 月28 日開通運(yùn)營(yíng)；南京寧高城際，作為國(guó)內(nèi)首條速度目標(biāo)值120 km/h，LTE-M綜合承載CBTC、PIS、車載CCTV、TCMS 業(yè)務(wù)的線路，已于2017 年12 月30 日開通運(yùn)營(yíng)；北京大興機(jī)場(chǎng)線，作為國(guó)內(nèi)首條交流牽引條件下，速度目標(biāo)值160 km/h 的市域軌道交通項(xiàng)目，其LTE-M綜合承載了CBTC 和PIS 業(yè)務(wù)，工程于2019 年9月26 日開通運(yùn)營(yíng)。

現(xiàn)階段，LTE-M 已成為了城市軌道交通和市域軌道交通中的主流車地?zé)o線通信技術(shù)，無(wú)論是新建的或是改造的軌道交通項(xiàng)目信號(hào)系統(tǒng)車地?zé)o線通信均采用LTE-M 方案。

3 LTE技術(shù)在溫州S2線信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用方案研究

針對(duì)國(guó)家層面對(duì)于交通建設(shè)互聯(lián)互通的發(fā)展綱領(lǐng)、溫臺(tái)一體化的發(fā)展戰(zhàn)略，以及LTE 技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用現(xiàn)狀，S2 線工程正線信號(hào)系統(tǒng)采用基于無(wú)線通信的CBTC 系統(tǒng)方案，車地?zé)o線通信采用LTE-M 技術(shù)方案。采用移動(dòng)閉塞原理，列車從車地?zé)o線通信設(shè)備獲得的移動(dòng)授權(quán)的目標(biāo)點(diǎn)總是隨前行列車的移動(dòng)而變化，可大大縮短運(yùn)行間隔，具有較強(qiáng)的行車控制和管理能力。

3.1 LTE車地?zé)o線通信組網(wǎng)方案

1）LTE 組網(wǎng)方案

目前，采用LTE-M 技術(shù)的CBTC 系統(tǒng)傳輸組網(wǎng)方案有以下兩種。

方案一：信號(hào)獨(dú)立組網(wǎng)，雙網(wǎng)冗余，如圖2 所示。此時(shí)車地通信網(wǎng)絡(luò)由信號(hào)獨(dú)立組建，帶寬為信號(hào)獨(dú)享，實(shí)時(shí)性、可靠性均可以滿足要求。

圖2 LTE信號(hào)獨(dú)立組網(wǎng)示意Fig.2 Schematic diagram of independent networking of LTE signals

方案二：采用綜合承載網(wǎng)，即組建A、B 雙網(wǎng)，分別承載CBTC 列控業(yè)務(wù)與綜合業(yè)務(wù)（CBTC 列控業(yè)務(wù)、車載CCTV、車載PIS 及緊急文本信息等業(yè)務(wù)），如圖3 所示。

圖3 LTE綜合承載組網(wǎng)示意Fig.3 Schematic diagram of networking of LTE comprehensive bearer network

2）綜合承載業(yè)務(wù)類型

溫州S1 線已采用LTE 承載CCTV、PIS 及寬帶語(yǔ)音集群技術(shù)業(yè)務(wù)，根據(jù)總體初步設(shè)計(jì)方案，S2線仍然沿用寬帶語(yǔ)音集群方案。為了避免同臺(tái)換乘和并行段區(qū)間的LTE 同頻干擾問題，以及從可實(shí)施性和工程造價(jià)方面考慮，S2 線工程擬采用LTE-M承載CBTC 的列控?cái)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)和寬帶語(yǔ)音集群業(yè)務(wù)，車地傳輸媒介為漏纜。

3.2 項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用將面臨的問題及可選方案探析

根據(jù)溫州市域鐵路規(guī)劃及工程實(shí)施情況，溫州市域鐵路S1 線通信系統(tǒng)現(xiàn)采用1.8 GHz（目前為1 785～1 800 MHz 共15 MHz）頻段 的TD-LTE技術(shù)承載CCTV、PIS 及語(yǔ)音集群業(yè)務(wù)，S2 與S1 在靈昆站、機(jī)場(chǎng)站同臺(tái)換乘，并且兩條線路于靈昆站、機(jī)場(chǎng)站及相應(yīng)區(qū)間存在并行段。針對(duì)線路之間的干擾問題，在以上區(qū)域的LTE 網(wǎng)絡(luò)有如下兩個(gè)方案。

1）調(diào)整S1 線頻率規(guī)劃，獨(dú)立組網(wǎng)

S1 線在并行段采用1 785～1 795 MHz 共10 MHz 承載集群、PIS 及CCTV 業(yè)務(wù)。S2 線的A網(wǎng)采用1.4 MHz 組網(wǎng)，承載CBTC 業(yè)務(wù)，B 網(wǎng)采用3 MHz 組網(wǎng)，承載集群和CBTC 業(yè)務(wù)。

2）使用超級(jí)小區(qū)及RAN-SHARING 技術(shù)

S2 線在S1 線并線段相同的位置安裝RRU，S1線與S2 線A/B 網(wǎng)相同位置的RRU 做超級(jí)小區(qū)，并接入同一個(gè)BBU。共線段的BBU 需要同時(shí)接入S1線核心網(wǎng)及S2 線B 網(wǎng)核心網(wǎng)。S1 線及S2 線B 網(wǎng)的終端將根據(jù)不同的PLMN 號(hào)分別接入各自的核心網(wǎng)，完成業(yè)務(wù)的分離。

考慮到S1 線承載的業(yè)務(wù)為集群、PIS 和CCTV，需要在10 MHz 組網(wǎng)情況下才能滿足業(yè)務(wù)需求。同時(shí)2 個(gè)小區(qū)必須在同樣的頻寬情況下才能組成超級(jí)小區(qū)。為此，S1 線在并線段將使用1785～1795 MHz 組網(wǎng)，S2 線A 網(wǎng)同樣使用1 785～1 795 MHz 組網(wǎng)。B 網(wǎng)使用1 795～1 800 MHz 組網(wǎng)。

溫州市域鐵路S2 線信號(hào)系統(tǒng)采用LTE 承載列車控制系統(tǒng)的制式，LTE 同時(shí)承載專用無(wú)線通信系統(tǒng)。根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范，專用無(wú)線通信系統(tǒng)蓄電池后備供電時(shí)間應(yīng)不少于2 h。針對(duì)信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)設(shè)備后備供電時(shí)間的不同要求，可選方案有：1）電源系統(tǒng)分時(shí)下電方案；2）由信號(hào)系統(tǒng)為L(zhǎng)TE 的A 網(wǎng)設(shè)備提供電源，供電時(shí)間不小于30 min，由通信系統(tǒng)為L(zhǎng)TE 承載網(wǎng)絡(luò)的B 網(wǎng)設(shè)備提供電源，供電時(shí)間不小于2 h。鑒于市域鐵路站間距較大的特點(diǎn)，設(shè)備供電線纜配置方案同樣需要在后續(xù)深化設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)一步探究。

以上溫州市域鐵路S2 線信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)中將面臨的問題，目前城市軌道交通行業(yè)暫無(wú)相同場(chǎng)景下的成熟應(yīng)用案例，具體需要在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)階段確定詳細(xì)的解決方案。

4 結(jié)語(yǔ)

WLAN 技術(shù)已不能完全滿足軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)的需求。隨著LTE-M 技術(shù)的日趨成熟，其應(yīng)用也更加廣泛。現(xiàn)階段，LTE-M 已成為了城市軌道交通和市域軌道交通中的主流車地?zé)o線通信技術(shù)，承載的業(yè)務(wù)也逐步多元化。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的不斷成熟并推廣應(yīng)用,必將為軌道交通車地?zé)o線通信方案設(shè)計(jì)提供更多思路與選擇。