潘思丞

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基于LTE技術(shù)的信號(hào)CBTC系統(tǒng)承載技術(shù)探究

潘思丞

中鐵三局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，山西 晉中 030600

CBTC是一種基于通信的列車控制系統(tǒng)，通過通信媒體來實(shí)現(xiàn)列車和地面設(shè)備的雙向通信，從而代替軌道電路作為媒體來實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行控制。應(yīng)用較為廣泛的通信技術(shù)是WLAN技術(shù)。WLAN技術(shù)雖然有自身較為明顯的優(yōu)勢(shì)，不過由于其抗干擾能力差以及穩(wěn)定性難以保證等原因使得其并不是最理想的通信技術(shù)。LTE在穩(wěn)定性與安全性方面的表現(xiàn)都較為突出，因此應(yīng)用LTE技術(shù)對(duì)CBTC系統(tǒng)進(jìn)行承載就成為當(dāng)前軌道交通行業(yè)重點(diǎn)技術(shù)。對(duì)LTE技術(shù)方案進(jìn)行了分析。

軌道交通；CBTC系統(tǒng)；LTE技術(shù)；時(shí)鐘同步

1 系統(tǒng)架構(gòu)

信號(hào)DCS系統(tǒng)采用的LTE系統(tǒng)采用A、B雙網(wǎng)冗余組網(wǎng)，為CBTC車地傳輸提供可靠的雙向通道。

如圖1所示，主要組成部分包括以下幾個(gè)部分。

（1）LTE核心網(wǎng)設(shè)備（EPC）

EPC是各種業(yè)務(wù)在LTE網(wǎng)絡(luò)側(cè)傳輸?shù)目偝鋈肟?，是LTE網(wǎng)絡(luò)核心部分，對(duì)全網(wǎng)運(yùn)維至關(guān)重要。為了保證CBTC系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，整個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)采用A、B雙網(wǎng)配置，各部署一套EPC設(shè)備，保證A、B兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通道的獨(dú)立性。在單臺(tái)EPC設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)EPC可以保證另一套網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行、不受影響。

（2）LTE網(wǎng)管系統(tǒng)

LTE網(wǎng)管系統(tǒng)是LTE系統(tǒng)的管理中樞，負(fù)責(zé)管理無線覆蓋的所有LTE基站設(shè)備，包含設(shè)備參數(shù)配置、告警、日志、用戶管理、性能管理和系統(tǒng)更新等功能。

（3）1588時(shí)鐘服務(wù)器

基于1588v2的時(shí)鐘源，為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)中的TD-LTE基站提供高精度的時(shí)鐘同步保證，使相鄰小區(qū)空口上下行傳輸嚴(yán)格同步，減小相互干擾影響。為了保證LTE系統(tǒng)時(shí)鐘同步的穩(wěn)定性，在全線應(yīng)至少部署兩套時(shí)鐘服務(wù)器、外接GPS天線，保證單點(diǎn)設(shè)備故障不影響A、B網(wǎng)時(shí)鐘同步；兩套GPS站址應(yīng)在地域上保持較大的隔離，降低GPS信號(hào)接收同時(shí)受到影響的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）LTE軌旁基站

負(fù)責(zé)LTE無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)在軌道交通線路的無縫覆蓋，為車載終端設(shè)備提供穩(wěn)定的接入保障，確保CBTC和其他業(yè)務(wù)的可靠傳輸。A、B網(wǎng)基站一般采用共址、異頻、同覆蓋方式，配合泄漏電纜（或定向天線）發(fā)無線信號(hào)，根據(jù)信號(hào)發(fā)射功率、傳播環(huán)境特性、無線頻段、終端接收靈敏度等參數(shù)合理規(guī)劃小區(qū)分布[1]。

圖1 LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（5）車載LTE接入設(shè)備及車載天線

上、下行線路大致按相同里程獨(dú)立部署A、B網(wǎng)基站，連接漏纜覆蓋。地下軌旁紅、藍(lán)雙網(wǎng)LTE基站采用同址覆蓋方式，漏纜連接方式如圖2所示。

在相鄰一對(duì)紅、藍(lán)網(wǎng)基站的小區(qū)覆蓋范圍之間，雙漏纜形成一段重疊覆蓋區(qū)，保證相鄰小區(qū)信號(hào)能無縫、可靠切換。

用于CBTC系統(tǒng)的LTE漏纜，通常安裝在墻壁靠頂?shù)男熊嚪较蛴覀?cè)，達(dá)到或稍超過車頂天線的安裝高度，為避免干擾，與其他系統(tǒng)（如TETRA、電信運(yùn)營(yíng)商等）的漏纜保持一定間距。

3 時(shí)鐘同步

TD-LTE組網(wǎng)要求嚴(yán)格的空口同步，室外基站通常配置GPS獲取同步；而地下軌道交通環(huán)境無法保證每臺(tái)軌旁基站都能直接獲取GPS信號(hào)，一般采用IEEE 1588v2（PTP）協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)同步方式來保障全網(wǎng)同步精度。

一般可設(shè)置兩處GPS站址（一主一備），分別配置高精度的時(shí)鐘服務(wù)器，分別作為L(zhǎng)TE骨干A、B網(wǎng)的主同步時(shí)鐘源，通過硬件上支持1588v2協(xié)議的骨干交換機(jī)節(jié)點(diǎn)，分別與軌旁LTE網(wǎng)絡(luò)的A、B網(wǎng)基站連接，為全網(wǎng)LTE基站提供精確的時(shí)鐘參考。如果一臺(tái)同步時(shí)鐘源的單個(gè)模塊或整機(jī)發(fā)生故障，可以自動(dòng)切換到備用另一個(gè)模塊或者另一臺(tái)時(shí)鐘源，從而保證全網(wǎng)同步的穩(wěn)定性[2]。

4 冗余設(shè)計(jì)

基于LTE的信號(hào)系統(tǒng)總體上采用A、B雙網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，從多個(gè)維度保障信號(hào)數(shù)據(jù)可靠傳輸和運(yùn)行安全。

（1）雙網(wǎng)基站設(shè)備冗余：A、B雙網(wǎng)基于同頻段中兩個(gè)不同帶寬進(jìn)行冗余覆蓋，保證全線信號(hào)傳輸互不干擾，當(dāng)其中單個(gè)基站設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，同址的另一張網(wǎng)的基站設(shè)備能保證信號(hào)業(yè)務(wù)正?？煽總鬏敗?/p>

（2）LTE核心網(wǎng)設(shè)備冗余：A、B網(wǎng)基站分別連接至獨(dú)立的EPC設(shè)備，互不影響；當(dāng)其中一臺(tái)EPC發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)EPC正常工作，至少保證一個(gè)網(wǎng)正常通信。

（3）車載終端冗余：在車頭、車尾各部署一臺(tái)TAU設(shè)備（連接到車載天線），兩臺(tái)TAU分別工作在A、B網(wǎng)頻段，互為備份，并且由于車體長(zhǎng)度間隔，一般不會(huì)同時(shí)處于信號(hào)覆蓋相對(duì)較差的區(qū)域，保證至少有一臺(tái)TAU工作在良好無線傳輸狀態(tài)下。

（4）時(shí)鐘源冗余：在1588v2時(shí)鐘同步方案中，全線配置兩套時(shí)鐘源每套都配置雙時(shí)鐘模塊，分別保證A、B兩網(wǎng)基站的空口精確同步；當(dāng)單個(gè)時(shí)鐘模塊或時(shí)鐘源發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)切換到另一時(shí)鐘模塊或時(shí)鐘源，保證全網(wǎng)同步穩(wěn)定可靠[3]。

圖2 漏纜與基站組成A、B網(wǎng)

5 結(jié)語

在軌道交通迅猛發(fā)展的高態(tài)勢(shì)下，作為整個(gè)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(hào)的正常，避免意外發(fā)生就成為了一個(gè)重要的命題。相比于目前的WLAN的3G技術(shù)，從移動(dòng)通信引入的LTE系統(tǒng)，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(shì)，大大提高了CBTC系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，為我國(guó)軌道交通事業(yè)做出一定的貢獻(xiàn)。

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

[2]王軍平，盧曉宇. 城市軌道交通LTE綜合承載CBTC與專用無線集群業(yè)務(wù)[J]. 城市軌道交通研究，2017，20（s1）：1-7.

[3]張婧. TD-LTE寬帶集群技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用[J]. 電子科技，2016，29（7）：120-123.

Research on Bearer Technology of Signal CBTC System Based on LTE Technology

Pan Sicheng

China Railway Third Bureau Group Electric Power Engineering Co., Ltd., Shanxi Jinzhong 030600

CBTC is a communication-based train control system that realizes two-way communication between trains and ground equipment through communication media, thus replacing the track circuit as a medium to realize train operation control. The widely used communication technology is WLAN technology. Although WLAN technology has its own obvious advantages, it is not the most ideal communication technology because of its poor anti-interference ability and stability. LTE has outstanding performance in terms of stability and security. Therefore, the application of LTE technology to bear the CBTC system has become the key technology of the current rail transit industry. The LTE technical solution is analyzed.

rail transit; CBTC system; LTE technology; clock same

U284.48

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