轨道交通TD-LTE 系统通信频段研究

董 超 张昱敏 刘德伟

目前，TD-LTE 系统已广泛应用于城市轨道交通信号系统，采用无线传输方式实现车地之间的双向通信。TD-LTE 频段为1.8 GHz（1 795 M～1 805 MHz），以A、B 双网方案组网，即A 网1 795 M～1 800 MHz，B 网1 800 M～1 805 MHz，每个网有5 MHz 带宽；A、B 网互为冗余，当某个基站设备故障时，同址的另一网基站设备能保证信号业务正常传输。

由于无线信号容易受到外界干扰，虽然采用A、B 双网方案，但在一些车站和区间，仍存在通信中断故障较高、传输时延超标、乒乓切换等问题，甚至引起列车紧急制动，严重影响线路的正常运营。因此，必须解决线路无线干扰问题。

1 干扰分析

无线干扰主要有同频干扰和邻频干扰。由于本文研究为轨道交通地下线路，线路换乘站均通过换乘通道连接，且采用无线电委员会批准的专网频段，故不存在同频干扰问题，因此只对TD-LTE系统邻频干扰进行研究。

轨道交通使用1.8 GHz 频段，介于电信运营商FDD 上行频段和移动运营商GSM1800 下行频段之间，如图1 所示。

图1 TD-LTE 系统频段示意图

同为TD-LTE 技术标准的电信运营商FDD-LTE（频分双工）信号，经过现场测试，基本没有干扰信号，与轨道交通专网内部A、B 网相邻频段配置的情况类似，可以邻频段使用。

邻频干扰主要来源于移动运营商GSM1800 系统基站的影响。为抑制GSM1800 基站发射对TDLTE 系统的干扰影响，可从以下2个方面采取措施。

1） 在频段使用上，至少要与GSM1800 系统频段保持一定范围的隔离带。

2）在运营商和信号系统专用网络均采用漏缆覆盖方案时，2 套无线系统的漏缆之间应保证80 cm 以上的安装间距，空间隔离度可达到80 dB以上，再计入功分器/合路器、射频馈线等损耗，2 套系统RRU 之间的最小链路损耗可达到105 dB，可以满足灵敏度损失要求。

线路建设时，虽然移动运营商和信号系统专业网络会采取一定的安装措施，来降低GSM1800 基站发射对TD-LTE 系统的影响，但是在频段使用上并没有采取隔离措施。

2 频段方案

为抑制邻频GSM1800 系统对TD-LTE 系统的干扰，同时配合地方无线电委员会下达的地铁通信频段与移动运营商GSM1800 MHz 信号保持2 MHz带宽的隔离要求，在邻频GSM1800 系统频段无法调整的情况，在传统TD-LTE A、B 网（5 MHz+5 MHz 带宽组网） 方案基础上，将B 网基站使用5 MHz带宽变为3 MHz带宽。即1 800 M～1 805 MHz变更为1 800 M～1 803 MHz，在1 805 MHz 频点保持2 MHz 带宽的隔离带，来消除邻频干扰。

3 方案验证

上述5MHz+3MHz带宽组网方案的效果和可行性，需通过现场试验来验证。为此，选取一条开通运营的线路，在存在较强干扰的车站和区间（通信中断故障较高、时延超标、乒乓切换）进行动车验证，主要验证3 MHz 带宽网络性能的传输时延、平均丢包率、底噪水平、吞吐量和误码率等性能指标。

该运营线路原采用1.8 GHz 频段5 MHz+5 MHz 的带宽组网，首先进行基站软件版本升级和全线B 网带宽变更（由5 MHz 变更为3 MHz），增加与频点适配的滤波器，采用动车测试变更后的网络性能指标。

3.1 传输延时和丢包率测试

在该运营线路上，申请了夜间动车作业点，列车以ATO 驾驶模式对全线B 网的丢包率及时延进行测试。测试发现，B 网3 MHz 网络性能满足TD-LTE 验收标准要求：传输延时≤150 ms 的概率不小于98%，系统上下行平均丢包率＜1%。

3.2 底噪水平测试

在当前线路网络参数配置下，采集全线B 网在5 MHz 和3 MHz 带宽配置下基站底噪数据，过滤掉底噪小于-90 dBm 的站点。B 网在5 MHz 和3 MHz 带宽配置下基站底噪水平见表1。

表1 B 网在5 MHz 和3 MHz 带宽配置下基站底噪水平

测试发现，5 MHz 带宽配置的B 网，绝大部分基站天线0 和天线1 底噪过高，会对基站的正常信号传输产生干扰。结合早期验证数据进行对比，在关闭移动GSM1800 MHz 信号时，B 网基站的底噪告警（告警阈值：-90 dBm） 消失；恢复移动GSM1800 MHz 信号后，基站底噪告警再次出现。因此，需适当调整基站的抗干扰参数，降低B 网基站接收增益。而将B 网带宽修改为3 MHz 带宽配置后，与GSM1800 MHz形成一个2 MHz带宽间隔带，加上基站接收增益的衰减，最终使得基站的底噪水平整体降低（均小于-90 dBm），降低了干扰的影响。

3.3 吞吐量测试

针对B 网3 MHz 带宽配置，对吞吐量指标进行了相关性能测试，包含单天线单、双向吞吐量测试，及单天线远点位置双向吞吐量测试等。测试发现，3 MHz 带宽配置下的吞吐量可满足列车通信CBTC 业务的需求。

其他测试分项，如驻波比实时查询、单天线切换丢包性能、单天线切换时延性能等，因与吞吐量指标无关，本次测试不考虑。

3.4 误码率对比

因为误码率超过10%就会造成数据解调困难，影响网络传输性能，因此对测试线路受干扰较为严重的基站，在3 MHz 带宽和5 MHz 带宽配置下的无线性能数据进行对比分析，可以从这些基站的误码率对比图（图2、图3）中观察到，3 MHz 带宽配置明显优于5 MHz 带宽配置下的车地通信（只需满足CBTC 业务条件）。

图2 车站1 PCI 44 在3 MHz 和5 MHz 带宽配置下的误码率对比

图3 车站3 PCI 54 在3 MHz 和5 MHz 带宽配置下的误码率对比

3.5 终端掉线对比

从B 网在5 MHz 带宽配置下全线列车运营一天的数据中可以发现，基站PCI 44 （车站1）、PCI 52（车站2）、PCI 54（车站3）、PCI 56（车站4） 均存在大量的掉线，但将B 网带宽修改为3 MHz 后，动车数据全程无异常掉线（动车验证测试约2.5 h）。

3.6 承载容量

5 MHz+3 MHz 带宽配置肯定没有5 MHz+5 MHz 带宽配置的承载容量大，因此在采用5 MHz+3 MHz 带宽配置组网方式时，需根据线路情况及运营场景，包括车库（停车场/车辆段）和正线多车场景，对3 MHz 带宽承载容量进行分析，以满足TD-LTE 业务各项性能指标的要求。

在已开通线路停车场和车辆段内进行3 MHz带宽配置下承载容量测试，单小区显示接入的终端用户数量有21 个，在TD-LTE 网管上查看信号车载接入终端状态均正常，时延指标在正常范围内；在正线隧道和高架环境下，按照多车测试场景，在4 辆列车同时接入一个小区，单网承载，有8 个终端用户的情况下，参考车库容量进行测试，3 MHz带宽配置承载容量可以满足要求。

4 总结

经上述系列测试，在不改变当前TD-LTE 系统硬件和外界无线环境的情况下，使用3 MHz 带宽网络承载车地通信业务，性能指标可以满足列车CBTC 业务的需求。通信频段隔离2 MHz 带宽后，移动GSM1800 信号对B 网的干扰影响大幅降低。因此，在满足线路CBTC 业务需求的前提下，采用TD-LTE 5 MHz+3 MHz 带宽组网方案，可有效抑制邻频干扰和提高网络性能。选择此方案时，需要考虑线路无线覆盖场景（如高架段、隧道段环境），确保TD-LTE 方案能满足线路CBTC 业务的需求。