轨道交通LTE车地无线综合通信网络方案设计与研究

郑继平 曹美阁 刘晓磊 范礼乾

1. 郑州地铁集团有限公司 河南 郑州 450000

2.洛阳市轨道交通集团有限责任公司 河南 洛阳 471000

3.中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北 武汉 430063

1 建设车地无线综合通信网的必要性

本工程拟采用FAO全自动运行模式，需要建设车地无线通信网络来传输车地综合业务信息，由于列车运营时车辆上没有司机，车地无线通信系统的可靠性和安全性至关重要。全国城市轨道交通前期既有运营线路CBTC业务承载及车地宽带业务承载均采用了WLAN技术，由于工作在ISM开放频段，通过理论分析和工程实践证明，这种技术存在一些局限性。

随着城市轨道交通、市域铁路的快速发展，列车将达到更高的运行速度，传统的WLAN技术不满足高速和综合承载的要求，不能适应将来城市轨道交通、市域铁路的发展需要。目前国内已有十多个城市几十条地铁线路采用LTE技术进行车地通信无线业务的承载，城市轨道交通建设LTE无线网络已成为一种技术趋势和发展方向。

2 综合承载业务需求

本工程拟采用FAO全自动运行模式，车地无线通信系统需要承担GOA4下CBTC业务、PIS紧急文本业务、TCMS业务、IMS视频监视业务（包括乘客紧急呼叫视频、行车轨道路况视频）、PIS视频业务等数据的传输，其中CBTC业务、PIS紧急文本业务、TCMS业务、乘客紧急呼叫视频、行车轨道路况视频属于生产安全信息网业务；其他业务可属于非生产安全信息网业务。

根据LTE-M相关规范，FAO模式下LTE A网络单独承载CBTC业务信息时就需要5MHz频宽。对于B网最少需要LTE系统配置为15M小区。此时B网平均上行带宽可以满足相关要求，但其上行带宽的最小值不能满足，考虑到车载视频监控是非安全信息，可以通过短暂减少调看图像的路数进行让步；对于B网最少需要LTE系统配置为5M小区，才能在小区边缘满足速率要求。当LTE系统频率配置15MHz宽带SA0时隙配比下，下行平均吞吐率达到21Mbps,上行平均吞吐率达到13Mbps，因此当LTE网络进行综合业务承载时需要15MHz频谱宽带才能满足FAO模式下（全自动运行）车地业务的传输需求。

3 LTE车地无线综合通信网络方案

3.1 组网方案

CBTC系统的车地无线通信采用LTE技术的传输组网方案有以下两种：

方案一是信号独立组网，双网冗余。该方案的优点是车地通信网络由信号独立组建，带宽为信号独享，实时性、可靠性均可以满足要求。缺点是信号专网占用的频带资源较宽，如果PIS同样采用LTE技术，PIS的带宽有限，同时申请2个专用频段用于车地传输较为困难。且在狭窄的地铁隧道里同时敷设信号和PIS传输漏泄电缆较为困难。

方案二是采用综合承载网，即组建A、B双网，其中A网承载信号系统业务（CBTC业务信息和列车状态信息），B网综合承载信号系统业务（CBTC业务信息、列车状态信息）、车载CCTV监控图像信息和PIS图像信息及紧急文本信息等业务。

推荐采用方案二，信号、PIS、CCTV采用基于LTE的共建综合无线传输平台，综合承载信号、PIS、CCTV系统的生产业务。

3.2 干扰分析

3.2.1 系统内干扰

LTE系统内的干扰主要是分析1800MHz A/B双网间干扰及小区间同频干扰。

1) A/B双网间干扰分析 A/B双网异频组网，当两个网络频段相邻，如果两个网络发射和接收不同步，则会由于杂散和阻塞的原因互相产生干扰，导致网络性能下降。为了避免该类干扰的发生，A/B双网必须采取严格保证时隙配比和特殊时隙配比保持一致的措施；同时，双网必须严格保证时钟同步。

2) 小区间同频干扰 由于采用同频组网，处于小区边缘的用户下行业务受到邻区导频和业务的干扰导致信噪比较低，从而影响下行吞吐量。可通过一些处理措施进行优化：通过参数优化的方式提高业务信道的功率，以改善处于边缘用户的信噪比，从而提升数据吞吐量；通过修改切换参数的方式，使用户及时切换目标小区，以优化边缘用户在切换时的吞吐量。

3.2.2 系统间干扰

1) LTE系统与专用、公安无线系统之间干扰分析

a) LTE系统干扰800MHz频段TETRA和350MHz频段公安无线系统：

LTE基站存在杂散和互调干扰，干扰信号协议规定由于频率间隔达1GHz左右，落入800MHz、350MHz的UL带内的干扰电平可以忽略。

b) 800MHz频段TETRA和350MHz频段公安无线系统干扰LTE系统：

800MHz基站可能存在杂散干扰LTE基站接收的情况，800MHz基站下行发送，杂散信号落入LTE的频带内，造成LTE基站的带内噪声抬升。1.8GHz LTE与800MHz TETRA、350MHz PDT有较大的频率隔离度，频率间相差大约1.0GHz以上，有充足的频率隔离，因此彼此不会产生干扰。

2) LTE系统与运营商无线通信系统之间干扰分析

为了规避和解决两系统间的干扰，可以采用以下措施：

a) 考虑协议所要求的ACIR，可以根据公式计算得到两个系统共存所需要的天线隔离距离。在网络规划和工程实施中保证两者漏泄电缆之间的距离避免干扰。

b) 如果工程实施时，无法满足天线隔离距离的话，则考虑额外的隔离度，比如提高滤波器的性能；在两个系统之间增加保护带宽等。

c) 同频段与LTE网络间的干扰

本工程LTE系统采用漏泄电缆覆盖，1-5/8英寸漏泄电缆在1800MHz频段距离20米处耦合损耗增加,无线信号强度将≤-105dBm,不会对其他系统产生干扰。

4 结束语

本文提出了能够满足本工程运营需求的高带宽、无缝漫游的多业务统一承载的解决方案，可用于承载CBTC、PIS、CCTV等多种业务。同时采取必要措施，合理规划技术方案，避免与信号系统无线通信发生干扰。本文研究为轨道交通类似项目提供有效的技术支撑与参考。