城市轨道交通TD-LTE综合承载业务探讨

2019-04-08韩臻杨智

铁路通信信号工程技术 2019年3期

韩臻杨智

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

1 概述

随着“工信部无[2015]65 号”文件以及中国城市轨道交通协会（简称中城协）关于LTE-M 技术标准的制定及发布，近几年在国内新建城市轨道交通项目中，已有多条线的信号系统、PIS 系统以及车载CCTV 系统的车地无线传输业务,采用TDLTE 技术传输的成功案例。尤其对信号系统，根据中城协“中城轨[2016]003 号”文件要求，国内新建线路CBTC 信号系统车地无线通信需采用1.8G（1 785-1 805 MHz）频段的TD-LTE 技术，从而有效解决通过2.4G 开放频段承载CBTC 业务因频率干扰对信号系统造成影响行车的不可控问题。

根据中城协相关文件的需求分析，目前城市轨道交通中的CBTC 系统、列车运行状态监测、无线列车调度、CCTV 系统、PIS 系统、紧急文本等6 项业务可通过1.8G LTE 技术进行承载，如表1所示。

表1 城市轨道交通生产业务车地无线通信需求Tab.1 Requirements of urban rail transit for vehicle-ground wireless communication

2 基本承载方案

因各城市申请到可用于城市轨道交通的1.8G频段资源情况不同，根据表1 中1.8G LTE 技术常用于承载的业务类型，目前国内LTE 承载业务的方案主要有6 种，如表2 所示。

根据表1 的各类业务传输速率要求，对应表2中各类承载方案所需的速率及频宽，如表3 所示。

从表2、3 可知，若承载CCTV 以及PIS 业务，时隙配比为1，且所需频宽至少为10 MHz。按照“中城轨[2016]003 号”文件要求，在推荐CBTC 系统优先使用LTE 技术承载的前提下，新建线路可用前3 个方案。

其中，方案二综合承载CBTC 系统、CCTV 系统及PIS 系统时，如果只申请到10 MHz 的频宽，为保证信号系统A、B 双网优先级和带宽的需求，常规采用“A 网5 MHz+B 网3 MHz”或“A 网5 MHz+B 网5 MHz”的组网方案（A 网为综合承载，B 网单独承载CBTC 业务，同下文），因此A网仅剩2 MHz 的频宽用于CCTV 系统、PIS 系统及其他业务，显然传输速率无法满足，甚至影响其功能使用。

表2 城市轨道交通LTE承载方案Tab.2 LTE carrying solutions for urban rail transit

表3 城市轨道交通LTE承载方案Tab.3 LTE carrying solutions of urban rail transit

因为1.8G（1 785-1 805 MHz）频段并非城市轨道交通专用频段，其可用于交通、电力、石油等领域。根据目前国内各城市申请频率资源的统计结果可以看出，能申请到10 MHz 以上频宽的城市极少，大部分城市仅申请到10 MHz 及以下。若所申请到10 MHz 的频宽仅用于信号系统CBTC 业务承载，则剩余频宽较多，无法有效地利用稀缺的1.8G频率资源。

因此，若申请到10 MHz 的频宽资源时，方案二不再是最优化方案，需要结合各地城市轨道交通的业务需求，在满足现行相关规范和技术标准的前提下，提出更为优化的创新方案。

3 创新承载方案

3.1 承载方案

在城市轨道交通运营维护系统中，若能通过TD-LTE 技术实现运营维护语音业务、视频业务以及短信息业务（上述维护业务统一命名为：无线智能运维系统）的综合传输，则可实现整个运营管理的智能化、故障处理的可视化、维修工单管理的自动化。利用综合维护管理平台无线通道，实现运维系统传输通道的封闭化以及智能维护终端的专用化，从而提高运营故障处理的时效性。上述方案不仅在技术方面符合TD-LTE 承载业务的相关要求，而且能极为有效地利用1.8G 稀缺频率资源。

目前，国内城市轨道交通各专业的运营维护管理业务范围和业务流程如图1 所示。

图1 运营维护管理业务范围及流程Fig.1 Scope and flow of operation maintenance management business

从图1 可知，城市轨道运营维护管理通信业务主要包括：维护人员及业务人员之间的语音通信业务、短信息业务以及实时视频业务。目前运营维护语音通信业务主要通过无线对讲机实现，通话质量及私密性均较差；短信业务一般通过个人通信终端发送，私密性差且无专用的平台进行传输及数据保存；而对运营故障抢修、疑难问题求助更是无法通过实时视频远程指导或可视化观察。若采用1.8G专用频段的TD-LTE 技术承载上述业务，不仅克服目前运营维护业务的不足，充分利用LTE 技术高速、安全、可靠、抗干扰等优势，而且能在承载CBTC 业务的前提下极大地提高频率资源利用率。

申请到10 MHz 频率时，本创新方案的详细承载业务及要求如下。

1) CBTC 业务按每个RRU 覆盖6 列车计算，每列车上行512 kbit/s，下行512 kbit/s，上行共计3 Mbit/s，下行共计3 Mbit/s（因信号系统技术发展较快且设备更新及改造周期较短，可按照全自动运行系统的业务预留带宽）。LTE 网络必须保证CBTC业务带宽要求且优先级最高，确保在任何情况下A网所承载的其他业务不对CBTC 业务造成影响。

2) LTE 语音业务仅包含以下几类。

a. 车站内客服人员间的组呼、单呼；

b. 车站内安防人员间的组呼、单呼；

c. 车站值班员与车站内移动人员间的组呼、单呼；

d. 车站值班员对车站内移动人员的广播；

e. 车站/段场/控制中心维修人员间的组呼、单呼。

专用通信系统的800 M TETRA 调度功能建议保留，或根据不同城市的综合承载方案确定，本文方案举例暂不包括TETRA 调度功能。

3) LTE 短信息及实时视频业务。

为保证CBTC 业务的安全性，可针对1.8G 频段定制运维专用手持终端,实现上述LTE 语音业务、短信息业务及LTE 实时视频业务。

以上创新综合承载CBTC 系统及运营维护业务方案组网框架如图2 所示。

3.2 其他建议

运维专用手持终端为二次开发设备且数量较大，建议在设计阶段可由通信系统统一考虑。另外各专业设备室、工区、出入口等非轨行区运营维护场所较多，若通过RRU 设备实现此类区域的无线覆盖，增加投资较大，因此建议利用专用通信设备的无线布点,实现与上述区域运维手持终端的接入，再通过无线专用通信接入LTE 组网通道，实现上述运营维护语音业务、短信息业务及实时视频业务与LTE传输通道的接入方案，从而可不再为此单独增加LTE 组网通道的设备投资。