广州地铁采用TD－LTE构建无线专网探讨

熊 桢

城市轨道交通线路复杂，高架与地下区间交错混合，尤其是长大区间的线路，给城市轨道交通运营维护、人力安排带来了很大的考验。目前城市轨道交通广泛使用窄带通信系统，如TETRA、PDT等，只能支持语音集群业务，不能支持视频监控、数据采集等宽带数据业务，工作效率较低，已很难满足当下行业用户对视频通信、远程数据采集和多媒体广播等宽带专网通信的需求。而基于TD－LTE新型宽带专用无线通信系统，不仅能提供专用语音调度功能，而且能通过一张网承载多种业务来实现城市轨道交通运营维护、网络管理的要求，支持视频集群通话，提供高带宽的数据传输，因此从技术发展、业务应用、标准化情况综合考虑，采用基于TD－LTE宽带数字集群系统的无线专网是合理的，也是必要的。

1 广州地铁无线频率配置情况

根据工业和信息化部 《关于扩展1800MHz无线接入系统使用频率的通知》 （信部无 ［2003］408号）的规定，轨道交通内TD－LTE可申请1．8GHz 频 段 （1785M ～ 1805MHz）， 共20MHz带宽。目前广东电力已申请的频率为1790M～1795MHz，共5MHz带宽。广州地铁可申请使用的频率暂定为地面区域为 “5＋3”，即1795M～1800MHz的5MHz和1785M～1790MHz间的3MHz。地下区域为 “10＋3”，即1790M～1800MHz的10MHz和1785M～1790MHz间的3MHz。

为了充分利用有限的频率资源，高架、地下区域分别采用5MHz、10MHz频宽的同频组网方案。高架和地下区域各剩下的3MHz频率资源预留给其他系统单独组网使用。

1．1 单列车的车－地传输带宽分配原则

单列车无线带宽分配原则如表1所示。有效速率6Mb／s。

提供的业务：多路无线语音调度组呼和单呼，10台多媒体终端实时上传视频图像。

表1 单列车无线带宽分配原则

1．2 各区域的无线带宽分配原则

1．地下区间：10MHz同频组网，TD－LTE上下行子帧配比3：1，上下行区间分别敷设一根漏缆，上下行分设RRU设备，RRU间隔为600m，无线小区边缘速率上行6Mb／s、下行2Mb／s。

提供的业务：无线语音调度组呼和单呼，多个多媒体终端实时上传视频图像，列车状态信息上传，一路车载视频监控图像实时上传，CBTC（预留）。

2．地下车站：10MHz同频组网，TD－LTE上下行子帧配比3：1，下行有效速率5Mb／s，上行有效速率13Mb／s。

提供的业务：多路无线语音调度组呼和单呼，20多台多媒体终端实时上传视频图像。

3．高架区间：5MHz同频组网，TD－LTE上下行子帧配比3：1，上下行区间分别敷设一根漏缆，上下行共用RRU设备，RRU间隔为600m，无线小区边缘速率上行3Mb／s、下行1Mb／s。

提供的业务：单列车无线语音调度组呼和单呼，单列车一个多媒体终端实时上传视频图像，列车状态信息上传，一路车载视频监控图像实时上传，CBTC （预留）。

特殊情况下 （上下行列车在无线小区边缘同时交汇），可提供两列车无线语音调度组呼和单呼，两列车各一个多媒体终端实时上传视频图像，列车状态信息上传，CBTC （预留）。

4．高架车站：5MHz同频组网，TD－LTE上下行子帧配比3：1，下行有效速率2Mb／s，上行

5．车辆段和停车场：5MHz同频组网，TDLTE上下行子帧配比3：1，单无线小区下行有效速率2Mb／s，上行有效速率6Mb／s。

提供的业务：多路无线语音调度组呼和单呼，约10台多媒体终端实时上传视频图像，列车状态信息上传，CBTC（预留）。

由于车辆段和停车场能形成多个无线小区 （≥3个）。全段场总共能提供：多路无线语音调度组呼和单呼，至少30台多媒体终端实时上传视频图像，列车状态信息上传，CBTC（预留）。

2 共用天馈的方案

广州地铁政务网采用800MHz TETRA系统。政务网在站厅、站台、出入口、设备区、控制中心、车辆段和停车场共用专用无线系统的无线覆盖系统，在区间共用专用无线系统的区间漏缆。

2．1 车站及段场合路界面

车站及段场合路界面，在车站／段场通信设备室的四进二出合路器的输入端子侧，即合路器及政务网引入至通信设备室的射频电缆由政务网提供，室内覆盖等天馈设备由专用无线通信系统提供，如图1所示。

2．2 区间合路界面

地铁内，相同发射功率的情况下，800MHz TETRA系统与1．8GHz的TD－LTE系统的无线信号覆盖半径不一致，因此存在以下2种合路方案。

方案一，TETRA与TD－LTE无线覆盖半径不同。

图1 车站及段场合路界面

在相同发射功率大小的情况下，地下区间如图2所示，高架区间如图3所示。800MHz TETRA系统信号覆盖半径为800m，即直放站远端机的间距为1600m。1．8GHz TD－LTE系统信号覆盖半径为600m，即RRU的间距为1200m。地下区间左右线RRU分设，高架区间左右线RRU合设 （避免同频干扰、节约资源）。

图2 方案一：地下区间示意图

图3 方案一：高架区间示意图

这样可以最大化的利用政务网的信号覆盖距离，减少直放站远端机的设置数量。但由于TETRA系统与TD－LTE系统的断点位置不一致，导致区间漏缆断点较多，增加了信号的传输衰耗，同时区间设备比较分散，增加了施工和运营维护及管理的难度。

方案二，TETRA与TD－LTE无线覆盖半径相同，通过减小TETRA系统的发射功率，地下区间如图4所示，高架区间如图5所示，使TETRA与TD－LTE的信号覆盖半径相同，都为600m。

图4 方案二：地下区间示意图

图5 方案二：高架区间示意图

这样减少了断点位置，保证了TD－LTE信号的传输质量，设备集中便于施工及运营维护管理。但增加了TETRA系统的直放站远端机的数量。

从TD－LTE信号的传输质量和区间设备的维护管理等方面考虑，推荐采用方案二的合路方案。TETRA与TD－LTE的区间信号覆盖半径一致，即直放站远端机之间、RRU之间的间距都为6 0 0m。在同一断点位置涉及到的共用设备：漏护管理等方面考虑，推荐采用方案二的合路方案。TETRA与TD－LTE的区间信号覆盖半径一致，即直放站远端机之间、RRU之间的间距都为600m。在同一断点位置涉及到的共用设备：漏缆、四进二出合路器、隔直器、避雷器 （高架区间）、射频馈线、接地线等相关件。这些共用设备可全由专用无线通信系统提供。

3 结束语

采用TD－LTE宽带数字集群系统是符合城市轨道交通无线专网的未来发展趋势。根据广州地铁的无线频率资源情况、运营使用需求、系统建设特点，分析基于1．8GHz的TD－LTE无线专网的无线带宽的分配原则和无线专网与广州地铁无线政务网的共用天馈的方案，以及基于TD－LTE宽带数字集群系统作为广州地铁无线专网具有可行性。

［1］ 王映民，孙韶辉 等编著．TD－LTE技术原理与系统设计［M］．北京：人民邮电出版社，2010．

［2］ 肖清华 等编著．TD－LTE网络规划设计与优化［M］．北京：人民邮电出版社，2013．

［3］ YD／T 2689－2014．基于LTE技术的宽带集群通信（BTrunC）系统总体技术要求（第一阶段）．2014．

［4］ 工业和信息化部．信部无［2003］408号 ．关于扩展1800MHz无线接入系统使用频率的通知．2003．

［5］ 工业和信息化部．工信部无［2015］65号 ．关于重新发布1785－1805MHz频段无线接入系统频率使用事宜的通知．2015．

［6］ 中国城市轨道交通协会．中城轨［2015］008号 ．关于转发工信部1785－1805MHz频段使用事宜通知及有关落实工作的意见．2015．

［7］ 广州市地下铁道总公司．穗铁运［2015］149号 ．广州市地铁总公司关于申请TD－LTE地铁无线综合通信网1．8G频段的函．．2015．