LTE车地无线通信系统时钟同步改造研究

中铁上海设计院集团有限公司 王超胜

近年来，我国城市轨道交通行业取得巨大发展成就，并且正处于新一轮的快速发展阶段。截至2021年6月30日，我国内地累计开通运营城市轨道交通的城市达49个，总运营里程达8448.67km。TD-LTE技术已经大规模应用于轨道交通车地无线通信系统，本文针对LTE系统的时钟同步改造方式进行简要分析研究。

1 研究背景

9号线车地无线通信系统采用TD-LTE技术，综合承载信号、PIS等专业车地信息。LTE车地通信网络采用A/B双网设计，A/B双网相互独立，并行工作。A网为综合承载网，B网独立承载信号CBTC业务。在各车站出入口处设置GPS天线满足LTE基站时钟同步要求。

9号线在系统设备调试期间由于车站出入口土建施工滞后，车站出入口GPS天线采用临时安装方式，部分车站存在GPS天线在安装后被人为施工破坏的问题，产生信号不稳定现象，对LTE车地无线通信系统造成了影响。运营方提出9号线LTE车地通信系统建议补充基于1588V2协议的备用时钟同步措施，以加强信号系统车地通信的稳定性。

目前各车站LTE车地通信系统GPS天线基本已按照最终位置完成安装，基于1588V2协议的时钟同步方式通常作为系统调试阶段LTE系统时钟同步方式，在正常运营期间将作为备用。现阶段车站出入口土建工程基本已经稳定，各车站出入口GPS天线的信号接收稳定、可靠。

2 LTE车地无线通信系统时钟同步改造方案

2.1 原方案简介

根据设备招标情况，9号线专用通信系统所采购的传输设备不支持1588V2协议，因此工程实施时对LTE系统基站时钟同步方案的GPS天线设置进行了优化，目前实施方案中每个车站均设置了2个GPS天线，并且A/B网BBU与2个GPS为交叉连接。如图1所示。

图1 车站GPS天线连接图

即：当GPS1和GPS2其中一个故障，BBU时钟不会丢失，不影响业务，同时故障时，则BBU时钟丢失，影响业务。GPS1和GPS2互为主备关系。

目前LTE车地通信系统时钟同步方案，经过设计联络阶段各方共同讨论确定，安全性、稳定性可以满足9号线车地通信需求。

2.2 改造方案分析

针对运营需求，对新增备用1588V2协议时钟同步方案进行研究，具体如下：

方案一：全线车站、车辆段、控制中心新建交换机环网，单独实现1588V2协议时钟同步信号功能，既有LTE系统承载在传输系统上的业务不变，在车辆段新增1台1588V2时钟服务器通过交换机环网将1588V2协议下发至各车站和车辆段交换机，并且所有节点交换机需要支持1588V2协议。每个BBU需新增2个电口与车站交换机对接来单独接收1588V2协议，需要占用主干传输光缆4芯，增加1588V2时钟同步设备1套、交换机32套，改造成本较高。

方案二：全线车站、车辆段、控制中心新建交换机环网，传输系统不再承载LTE系统业务，将LTE系统中BBU与核心网之间在传输系统环网中的业务割接至控制中心和车辆段新建的交换机环网中，1588V2时钟同步与业务共用一套交换机环网，本方案需占用主干传输光缆4芯，增加1588V2时钟同步设备1套、交换机33套，改造成本较高。

方案三：由于目前专用通信传输系统设备不支持1588V2协议，若增加1588V2时钟同步方式，需更换全线专用通信传输系统设备，采用支持1588V2协议的传输设备组网，改造成本很高、对既有业务影响大、施工复杂。

2.3 方案比较（见表1）

表1 方案分析比较表

2.4 结论

目前LTE车地通信系统时钟同步方案，安全稳定性可以满足9号线车地通信需求，同时LTE车地通信系统调试基本完成，各车站出入口2个GPS天线已经互为主备方式，且信号接收稳定、可靠，满足安全运营的条件。根据运营需求，需新增以1588V2协议为备用的时钟同步功能，目前LTE车地通信系统及传输系统需要增加相应硬件进行调整，从安全可靠、经济性及目前工期等方面考虑，建议采用方案二。全线车站、车辆段、控制中心新建交换机环网，传输系统不再承载LTE系统业务，将LTE系统中BBU与核心网之间在传输系统环网中的业务割接至控制中心和车辆段新建的交换机环网中，实现BBU中1588V2时钟同步与业务共用一套交换机环网。

结语：轨道交通行业快速发展，通信系统作为其中重要的设备系统，车地无线通信系统又为通信中的核心系统，承担着列车与地面之间的信息沟通桥梁的作用，其安全性、可靠性、稳定性非常重要。希望通过对LTE车地通信系统时钟同步改造方案的介绍，能够对轨道交通通信工程的参与者有帮助。