李海龍

摘要：介紹城軌信號系統(tǒng)中車-地無線通信系統(tǒng)的主要功能，分析WLAN技術、TD-LTE技術的優(yōu)缺點，同時結合長沙地鐵5號線，對TD-LTE設備的安裝、調(diào)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(tǒng)、CBTC;

一、 概述

隨著人們?nèi)找嬖鲩L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(yōu)勢成為了國內(nèi)大部分上班族的首選。城軌CBTC信號系統(tǒng)作為地鐵安全運行最重要系統(tǒng)之一，其功能主要是通過地面信號設備控制地鐵列車按規(guī)定進路、規(guī)定速度運行，以確保列車的運行安全。在城軌CBTC信號系統(tǒng)中，地面信號設備與列車車載設備通過無線通信系統(tǒng)進行雙向的數(shù)據(jù)交互，無線通信系統(tǒng)傳輸著涉及行車安全的重要數(shù)據(jù)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(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提出了更高的要求。

二、 車-地無線通信系統(tǒng)介紹

目前，國內(nèi)各城市地鐵線路車-地無線通信系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(yōu)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(huán)境;（5）QOS服務質(zhì)量低，僅支持4個優(yōu)先級;

2.2 TD-LTE技術的優(yōu)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(shù)量少，建設成本低;（4）支持高速移動環(huán)境;（5）QOS服務質(zhì)量高，支持9個優(yōu)先級調(diào)度，帶寬充足;

經(jīng)過運營實踐證明WLAN技術已能夠為地鐵車-地通信提供穩(wěn)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(yè)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(xiàn)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(tǒng)的運用概述

長沙地鐵5號線車-地無線通信系統(tǒng)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(wǎng)絡均采取冗余雙網(wǎng)設置，分別為A/B網(wǎng)，兩張網(wǎng)絡相互獨立，并行工作，互不影響。由于信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)關乎行車安全，極其重要，所以，A網(wǎng)只承載信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)，B網(wǎng)同時承載信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)及CCTV、PIS、列車狀態(tài)信息、緊急文本等綜合承載數(shù)據(jù)。

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(wǎng)、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(tǒng)的可靠性。其主要組成部分及功能如下：

1）EPC核心網(wǎng)設備

EPC核心網(wǎng)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(tǒng)的骨干環(huán)路的交換機相連，繼而連接到信號系統(tǒng)的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO等信號系統(tǒng)各子系統(tǒng)設備。核心網(wǎng)EPC通過S1接口與基站系統(tǒng)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(wǎng)交換機，通過S1接口與EPC核心網(wǎng)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(qū)域。BBU通過Ir接口光纖拉遠與RRU相連接，A/B雙網(wǎng)的基站采用不同的光纜回路。A/B雙網(wǎng)的RRU同站址部署，采用合路器合路，行車線路區(qū)間（含車站、區(qū)間及出入場/段線）慮采用雙網(wǎng)單側(cè)區(qū)間單漏纜方案覆蓋;對站臺區(qū)無法敷設漏纜的車站（如：側(cè)式站臺區(qū)）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(nèi)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)接口與車載ATP/ATO連接，從而建立了車載ATP/ATO到信號系統(tǒng)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(wǎng)絡主要干擾來源于A/B雙網(wǎng)漏纜間干擾、同頻組網(wǎng)下的臨區(qū)干擾。

3.3.1 A/B雙網(wǎng)漏纜間干擾分析

當A/B網(wǎng)漏纜產(chǎn)生干擾時，主要原因為兩個網(wǎng)絡的發(fā)送和接收不同步，則會由于雜散和外輻射產(chǎn)生互相干擾，所以必須保證A/B網(wǎng)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(wǎng)下的臨區(qū)干擾

當小區(qū)邊緣的下行業(yè)務受臨區(qū)導頻和業(yè)務干擾導致信噪比降低，從影響小區(qū)下行吞吐量，出現(xiàn)丟包的情況，導致列車降級。可以通過修改參數(shù)設置，提前進行小區(qū)切換的方式，優(yōu)化小區(qū)邊緣吞吐量，從而解決臨區(qū)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(xiàn)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(tǒng)采用TD-LTE技術具有抗干擾能力強、能適應高速環(huán)境、維護簡單的優(yōu)勢。同時，在采用綜合承載的網(wǎng)絡方式，更加節(jié)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(fā)展。

參考文獻：

[1] 《地鐵設計規(guī)范》（GB/T 50153-2017）

[2] 《3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統(tǒng)設計》 沈佳，索士強等

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