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摘要：貴陽地鐵計劃采用LTE技術，綜合承載基于通信的列車自動控制系統（CBTC）和智能視信系統業務從帶寬需求和性能要求2個方面，分析貴陽地鐵綜合業務承載需求；提出適宜的LTE綜合承載組網方案，包括LTE無線網絡架構、LTE基站站址、LTE傳輸網絡和LTE傳輸QoS保證方案；對貴陽地鐵1號線進行車地無線通信綜合業務承載的現場及實驗室測試驗證結果表明，LTE無線網絡能夠滿足貴陽地鐵2號線多種業務綜合承載的需要，在軌道交通專用通信領域具有廣闊的應用前景

關鍵詞：LTE；CBTC；智能視信；綜合承載網；組網方案

1WLAN系統的不足

1.1抗干擾能力差無線局域網（WLAN）方案采用2.4GHz的ISM頻段，與城市軌道交通乘客信息系統（PIS）、公眾Wi-Fi設備、公眾藍牙（Bluetooth）設備等在同一頻段，容易產生干擾[1]，影響列車的安全運營[2]目前各信號廠商采取的抗干擾技術只能保證內部互不干擾，而對于外部干擾，由于帶寬的開放性還沒有更好的解決方法標準2.4G的頻道帶寬只有3個完全不重疊的頻點，即1、6、13信道目前采取的抗干擾方式是采用正交頻分復用等技術的窄帶通信技術，將原本20MHz帶寬分為312.5kHz的子載波針對外部干擾因素，往往只能和運營商等單位采用頻率協商、錯頻使用的手段來避免，但協商結果往往差強人意[3-4]1.2頻繁切換WLAN方案下，由于軌旁無線訪問節點（AP）的發射功率較低，AP的間距一般為220～240m目前WLAN方案下列車運行的最高速度為120km/h，此速度下軌旁AP每隔10s要切換1次，切換時間在100ms以內，導致列車在運行中無線切換次數較頻繁[5]并且WLAN方案下軌旁設備較多，維護成本較高，維護工作較繁瑣1.3互聯互通不易實現CBTC系統在我國城市軌道交通中得到了普遍應用，目前因各系統供貨商都按照各自的產品特點來設置解決方案，采用WLAN私有協議，造成CBTC信號系統架構、子系統之間接口設計、車地通信方式等方面存在不統一，制約了CBTC系統在線路間的互聯互通

2LTE系統的優勢

貴陽地鐵1號線是貴陽市首個城市軌道交通項目，通信、信號等專業均采用WLAN技術進行車地無線傳輸，WLAN技術抗干擾能力差、維護成本高等問題逐漸顯現結合貴陽城市軌道交通遠期建設規劃，考慮線路互聯互通需求，LTE系統相對于WLAN系統具有多方面的優勢2.1抗干擾能力強LTE方案采用1.8GHz經工業和信息化部批準可用于城市軌道交通的專有頻段，從使用頻率上根本解決了外系統的干擾問題LTE技術采用小區間干擾協調（ICIC）技術，可有效降低小區邊緣頻率干擾，提高小區吞吐率采用干擾抑制消除（IRC）技術，能夠抑制信道相關性干擾，提升上行速率[6]2.2支持高速切換運行LTE方案下，軌旁射頻拉遠單元（RRU）設備間距可達1.2km，大幅減少軌旁設備，降低維護成本，同時也減少了列車終端切換次數且采用基于頻偏的切換技術，可保證高速切換場景下的帶寬穩定，能夠支持列車200km/h的高速運行LTE系統的設備采用電信運營商級別進行設計和生產，設備的可靠性提升，平均故障間隔時間（MTBF）大于100000h[7]2.3支持綜合承載LTE系統支持多種帶寬分配，包括1.4、3、5、10、15MHz[8]各城市可根據綜合承載的業務不同，靈活申請帶寬、靈活組網系統會根據組網方式的不同提供不同的傳輸速率，最大性能地滿足業務需求不同組網方式下的峰值傳輸速率見表1采用LTE方案能夠滿足城市軌道交通綜合承載的特色，實現智能視信等大數據業務的綜合承載，創建更加安全、友好的軌道交通出行體驗LTE可提供9級服務質量（QoS）算法[9]，帶寬基于業務需求按需分配，優先保證高等級業務（如CBTC業務）的帶寬需求，確保列車安全運行2.4支持互聯互通LTE技術采用成熟完善的第3代合作伙伴計劃（3GPP）標準，其中接口、信令流程及網元職責均標準化，具備良好的互聯互通能力，為城市軌道交通線路間互聯互通提供可靠保證同時，LTE無線網絡的底層設計較為先進，可擴展性較好，為后期網絡發展預留充足的接口，可滿足后期新的業務需求

3貴陽地鐵綜合業務承載需求

3.1業務說明根據LTE綜合承載業務的不同，可將承載業務的車地通信網絡劃分為信息安全網和非信息安全網基于運營場景考慮，貴陽城軌車地無線通信各類業務的具體傳輸信息有：列車運行控制業務和智能視信業務3.1.1列車運行控制業務列車運行控制業務用以傳輸CBTC實時數據，具體可分為上行和下行業務，此業務屬于安全信息網業務城軌CBTC系統主要包含上下行CBTC業務信息（1）列車上行CBTC業務主要包括：車載控制器（VOBC）給區域控制器（ZC）發送的列車位置、移動授權申請、停車保證等信息，VOBC給計算機聯鎖（CI）的控制命令、列車停穩等信息，VOBC給維護管理子系統（MMS）發送的列車狀態及報警信息（2）列車下行CBTC業務主要包括：列車自動監控（ATS）給VOBC發送的列車運行控制信息，ZC給VOBC發送的移動授權、臨時限速等信息，CI給VOBC發送的狀態等信息3.1.2智能視信業務智能視信系統業務主要包括LTE語音業務、LTE短信息業務、LTE實時視頻業務等（1）LTE語音業務僅包含以下幾類：車站內客服人員間的組呼、單呼；車站內安防人員間的組呼、單呼；車站值班員與車站內移動人員間的組呼、單呼；車站值班員對車站內移動人員的廣播；車站/段場/OCC維修人員間的組呼、單呼上述LTE語音業務在滿足原400MHz專用對講通信需求的同時，增加了通信可靠性及私密性LTE語音不涉及行車調度語音業務，原有專用通信系統的800MTETRA調度功能保留不變（2）LTE短信息業務：為保證CBTC業務的安全性，LTE短信息業務僅包含無線智能視信系統手持終端（簡稱手持終端）之間，以及手持終端與無線智能視信管理工作站/服務器之間文本業務的接收及發送（3）LTE實時視頻業務：僅提供通過手持終端實時采集并傳輸的視頻流3.2帶寬需求和性能要求3.2.1帶寬需求貴州省無線電管理局已暫時批復1.8GHz（1795~1805MHz）頻段中的10MHz帶寬用于城市軌道交通專網，組網方式暫定為：10MHz頻寬分A、B雙網（5MHz+5MHz），A網承載CBTC+智能視信業務，B網承載CBTC業務根據軌道交通運行情況，每個RRU滿足至少關聯6列列車的運營要求，結合實驗室測試以及現場測試，得出綜合承載業務的帶寬需求（見表2）短信息業務由控制信道進行傳輸，不占用業務帶寬3.2.2性能要求按照LTE-M系統承載CBTC業務和智能視信業務，其性能需求如下：（1）信息傳輸延遲時間：在單網情況下，信息傳輸的端到端延遲時間不大于150ms的概率不小于98%（2）信息傳輸速率：LTE-M系統為列車運行控制業務每路提供的傳輸速率上下行分別不小于256kb/s（3）信息傳輸丟包率：在單網情況下，LTE-M系統信息傳輸丟包率不大于1%（4）通信中斷時間：LTE-M系統單網通信中斷時間不超過2s的概率不小于99.92%

4實現方案

4.1LTE無線網絡架構方案為保證網絡的可靠性，貴陽LTE測試平臺的網絡整體方案采用A/B雙網冗余覆蓋設計，A/B網絡均包括無線網和核心網核心網冗余組網采用2個獨立的核心網EPCA/B，A無線網絡僅與A核心網通過S1接口相連，B無線網絡僅與B核心網通過S1接口相連不同無線網絡的基站A/B分別屬于不同的核心網EPCA/B，不同無線網絡的基站A/B上配置不同的列車接入單元（TAU）LTE多業務車地無線通信架構見圖14.2LTE基站站址方案LTE冗余組網采用同站址雙網冗余設計的方式同站址雙網的2層網絡覆蓋區域基本重疊，每一層網絡的覆蓋方式、覆蓋電平等與普通單網類似同站址基站的2個小區分配不同頻率，相鄰的同層小區分配相同頻帶，即A無線網絡使用同一頻帶，B無線網絡使用另一頻帶A/B雙層網絡采用雙網冗余承載方式工作，即A/B雙層網絡業務不存在主備之分，同時承載業務數據基站同站址布置可以節省無線信號合路器；無線傳輸媒介若采用漏泄電纜，打斷位置少，對于傳輸性能有所提升；實施與維護便捷LTE共站址同頻雙網頻率規劃見圖24.3LTE傳輸網絡方案為確保CBTC傳輸的安全性和數據的隔離度，一般LTE車地無線系統的傳輸網絡獨立建設，采用3層網絡方案設計，LTE系統的核心網和基帶處理單元（BBU）都連接在這個傳輸網絡上，同時通過IP層協議安全結構（IPsec）的方式與CBTC網絡以及PIS網絡連接，保證網絡的隔離性，確保CBTC傳輸安全LTE傳輸網絡連接示意見圖34.4LTE傳輸QoS保證方案LTE網絡可以根據包括源/目的IP地址、源/目的IP端口號、協議（如FTP或HTTP）等內容，將用戶數據映射到不同的承載上相同承載上的所有數據流量將獲得相同的QoS保障，不同類型的承載提供不同的QoS保障LTE系統可實現9個調度優先級，并且按照預定義的可能承載業務類型，對應不同的服務質量（延時、丟包等）要求，定義了9個QoS類別標識（QCI），系統根據QCI對應的優先級進行資源分配和調度，優先級數值越小者越可優先保障資源分配和調度LTE業務服務質量分類需求見表3基于LTE技術的軌道交通車地綜合無線傳輸平臺承載了CBTC和視信業務，各業務的地址解析協議（ARP）分配由高到低同時，根據各業務對可靠性、時延的要求，系統為其分配不同的QCI，可以滿足不同業務的質量要求

5結束語

LTE作為一種先進的無線通信技術，具有高帶寬和高可靠性的優勢，是其他無線通信技術無法比擬的[10]對貴陽地鐵1號線進行車地無線通信綜合業務承載的現場及實驗室測試驗證，結果表明，LTE無線網絡能夠滿足貴陽地鐵2號線軌道交通多種業務綜合承載需要，在軌道交通專用通信領域具有廣闊的應用前景

作者:譚人升 李焱 匡奇方 王津升 單位:貴陽市城市軌道交通集團有限公司