地铁区间采用LTE解决车地无线的方案研究

刘卫利（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

地铁区间采用LTE解决车地无线的方案研究

刘卫利
（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

摘 要：随着地铁区间无线子系统业务越来越多， 民用wifi热点的不断涌入，地铁区间带宽不足和干扰问题面临着行车安全的挑战。通过对新技术、设备的研究对比，对搭建LTE技术的地铁区间无线子系统阐述各种解决方案，分析各自优缺点，提出切实可行的措施。

关键词：地铁区间；LTE技术；合用漏缆；车地无线

1 概述

随着移动通信技术的迅猛发展，第四代移动通信系统LTE以更高的宽带、更高的容量、更高的传输速率、更低的传输时延、更低的系统利用率能力，受到通信系统各界高度关注及迫切应用。在地铁领域，车地无线是列车与调度、列车与安防、列车与乘客信息显示关键的传输通道，但因带宽有限、抗干扰差等诸多因素，一直困扰车地无线系统现代化发展进程，LTE技术的发展及应用，使得这一问题得到解决。以下为利用LTE方案的优势分析与比选。

目前地铁语音调度使用TETRA系统，而列控、PIS（旅客信息系统）等相关的数据业务使用WiFi系统。显然，多种网络共存将使网络运维相当困难，维护成本较高，且TETRA属于窄带数字集群系统，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。WIFI自身无QoS保障机制，且采用免费开放频段，干扰源多，极易受到干扰，影响地铁的安全运营，极端情况下会造成整个地铁系统停运。

2 系统方案分析

（1）融合方案分析

LTE技术的高带宽、高速率、高可靠等特性，奠定了LTE技术高承载能力，一张网可同时承载多业务需求，根据前面对现有车地无线及区间无线系统的分析情况，目前可直接被LTE一体化系统所承载的业务有：集群调度子系统、乘客信息显示系统、移动闭塞信号子系统、车载视频监控子系统等增值业务，LTE车地无线承载方案比选如下：

①方案一：LTE承载PIS业务及车载视频监控业务，集群调度子系统及CBTC依然采用原单独组网方案。

通过LTE集群核心网，承载PIS车地无线子系统、车载视频监控子系统，放弃已被广泛应用，但病害颇多的Wi-Fi等无线网络技术，集群调度子系统及CBTC信号闭塞系统依然单独组网，采用现有技术。此方案国内郑州地铁1号线已投入使用。

②方案二：LTE承载集群调度子系统、PIS业务、视频监控业务、CBTC信号子系统。

通过LTE一体化集群核心网，承载无线集群调度子系统、CBTC信号子系统、PIS车地无线子系统、车载视频监控子系统，一网即可承载目前专用无线各系统所有业务，并支持宽带调度业务，如调度视频对讲等。

方案三：LTE承载专用无线子系统业务，区间与公安合用漏缆

通过LTE一体化集群核心网，承载无线集群调度子系统、CBTC信号子系统、PIS车地无线子系统、车载视频监控子系统，利用合路器将公安无线通信系统信号进行合路处理，进行区间覆盖，由于民用无线通信系统本身区间漏缆合路了电信、联通、移动的各频段各系统业务，民用无线通信系统管理部门与地铁管理运营部门是独立维护的，因此为设备产权分明及故障维护方便，民用无线通信系统不考虑合设漏缆。

根据目前技术发展情况，以上方案均能够实现及满足地铁运营需求，根据目前国内外地铁区间无线覆盖情况，LTE承载方案依然处于试水阶段，随着在建线路LTE承载方案的陆续投入使用，LTE承载方案优势明显，技术成熟，因此，从投资及系统利用率方面考虑，方案三无疑是最理想、最节省投资的方案，但缺点也很明显，民用与公安无线系统的加入，势必造成设备产权、管理维护方面不够明确，存在一定的管理、维护配合难问题。方案一为目前已成功投入使用方案之一，其特点是不承载专用无线关键业务，只承载主要数据流车地无线PIS及CCTV业务，优点是在新技术的试用阶段，安全性更高、与行车安全脱离。缺点是未能发挥LTE系统应有的特色功能，和设备利用率，适合早期采用LTE技术方案的地铁线路，并应预留未来其他业务接入能力。方案二承载业务适中，是方案一的补充和完善，可将各专用无线通信系统合并为一套一体化综合业务接入平台，系统结构更加简单明了，设备利用率高，投资少，可保证列车高速移动下各项业务实时性和可靠性满足QoS要求。本系统推荐采用方案二：LTE承载集群调度子系统、PIS车地无线业务、视频监控业务、CBTC信号子系统作为LTE主要区间无线覆盖方案。

采用LTE技术最直接优势在于将原集群调度子系统、车地无线子系统、移动闭塞信号子系统，三网独立的无线网络，合三为一，直接提高拥挤狭小的区间环境，降低无线频率的干扰源2/3以上，降低投资及运营维护成本40%，提升各系统功能、远距离覆盖、无缝切换、先进的空口抗干扰技术及多级QoS算法等，使得LTE技术更具安全可靠性。

（2）场强覆盖分析

由于轨道交通呈线性分布，不适合蜂窝状的覆盖方式，可以采用的覆盖方式有无线AP（Access Point）方式和漏泄同轴电缆方式。

①方案一：传统AP点式覆盖方案。

区间车地无线采用区间架设AP天线方式，根据LTE无线综合业务技术特点，区间无线覆盖比传统wifi覆盖干扰小、覆盖距离远、切换迅速，因此采用AP方式比传统wifi方式天线布点少，。

根据LTE无线综合业务技术特点，区间无线覆盖比传统wifi覆盖干扰小、覆盖距离远、切换迅速，因此而需要采用定向型、小功率大密度场强覆盖方式。可以采用的覆盖方式有无线AP（Access Point）方式和漏泄同轴电缆方式。

②方案二：漏泄电缆线性覆盖方案。

采用漏泄电缆对于场强覆盖有着良好的方向性和控制性，但是轨道交通区间中限界以内的空间位置已经非常拥挤，合用漏缆方案无疑将解决这种问题，并可节约投资。

由于LTE技术高度融合，使得区间无线通信系统设备减少，漏缆敷设位置也有了更好的选择，虽漏缆造价很高，但其平滑稳定的信号覆盖及采用区间合用漏缆方式，较好的中和了投资高的问题，因此，本系统将采用漏缆作为LTE技术区间覆盖方案。

在车站、车辆段/停车场、地下区间、高架区间等固定的地方设无线AP进行覆盖，无论列车在车站、车辆段还是区间内，均可通过无线AP设备实现控制中心、各站及车辆段/停车场与列车之间的车地双向实时信息传递。

参考文献

[1]邢强强，李新.地铁通信系统引入TD-LTE系统后的干扰分析研究[J].移动通信，2012（18）.

中图分类号：TN873

文献标识码：A