轨道交通通信TD-LTE同频干扰解决方案分析

权朝晖

（陕西城际铁路有限公司，陕西 西安 710016）

0 引 言

目前，TD-LTE车地无线技术已经被广泛应用在轨道交通行业，不同线路之间的无线信号相互干扰不仅影响着系统的稳定运行，还会给行车安全带来巨大隐患。线路之间的相互干扰制约着TD-LTE技术在轨道交通行业的推广及应用。国内关于TD-LTE同频干扰解决的方案主要针对的是不同民用通信运营商之间的案例。

本文以西安地铁机场线和地铁4号线在北客站同站台同频干扰以及机场线与4号线草滩停车场同频干扰为背景，通过方案设定、现场测试、数值分析，论证了空间隔离方案的可行性。该方案的实际应用，不仅解决了北客站同站台同频干扰和地铁4号线草滩停车场同频干扰问题，也为后期其他线路提供技术依据。

1 TD-LTE技术在轨道交通方面的应用

城市轨道交通采用的TD-LTE技术综合业务承载方案是基于3GPP TD-LTE以及LTE-M标准规范提供了一个可靠的、冗余的、可灵活重构配置的透明传输通道，满足信号CBTC业务、车载PIS流媒体直播业务、车载CCTV上传业务、列车紧急文本信息和列车状态信息承载的需要，同时为集群调度业务预留相应的带宽和接口。

轨道交通TD-LTE综合承载系统一般采用A/B双网冗余架构设计。A网采用10 MHz或15 MHz载波带宽同频组网，用以综合承载信号CBTC、车载PIS流媒体、列车紧急文本信息、车载CCTV、列车运行状态信息等业务；B网使用5 MHz带宽同频组网单独承载信号CBTC业务。A、B双网络完全独立、并行工作、互不影响，从而保障信号CBTC业务的高可靠性。A网和B网采用相邻异频组网以及相同的时隙配比，避免相互之间的干扰。

TD-LTE系统是由中心核心网、车站基站设备及车载列车接入单元构成的一个有线、无线相结合的网络，核心网设备到基站之间采用有线传输系统所提供的通道连接，基站为BBU、RRU分布式系统，无线电波通过漏泄同轴电缆和天线辐射传播，基站到列车接入单元之间采用无线连接。

2 干扰源分析

2.1 频率使用情况

根据中国城市轨道交通协会技术装备专业委员会在遵循3GPP、B-TrunC相关规范的基础上组织制定的《城市轨道交通车地综合通信系统（LTE-M）规范》，TD-LTE系统采用时分双工实现上下行共用20 MHz频谱资源，频段为1 785～ 1 805 MHz。

2.2 无线电波传播环境

轨道交通TD-LTE系统建成后电波传播环境固定不变，主要有正线区域和车辆段（停车场）区域。正线区域电波通过敷设在高架疏散平台下方漏缆和个别岔区站台的首尾端定向天线向轨行区及道岔发射无线电波；车辆段（停车场）地面敞开区域通过定向天线向覆盖区域发射无线电波。

3 干扰源分类

根据无线电波的传播环境，影响轨道交通线路无线信号的干扰源有三种：与民用通信的邻频干扰、与轨道交通其他线路的同频干扰、与民航的同频干扰。

3.1 与民用通信的邻频干扰

中国移动的DCS1800下行频段为1 805～1 830 MHz，轨道交通TD-LTE系统使用的频段为1 785～1 805 MHz，因此中国移动DCS1800对轨道交通TD-LTE存在无线信号邻频干扰。

3.2 与轨道交通其他线路的同频干扰

3.2.1 室内不同线路的同频干扰

两条线路之间如果为换乘站，且同站台换乘，如图1所示。

图1 机场线与西安地铁4号线在北客站同层换乘示意图

若轨道交通两条线均使用TD-LTE实现车地无线通信，在无线制式上相同，双方基站时钟同步，配比相同的子帧，上下行时隙同步。在空间上，如果两个网络在相隔较近距离时将会产生同频干扰。

3.2.2 室外邻线的同频干扰

如图2所示，轨道交通某段线路为地面或者高架段，紧邻该线路有其他线路的车辆段或者停车场，或者紧邻该线路也有正在使用的TD-LTE系统的无线网络，且该网络使用的频率为1 785～1 905 MHz，例如机场附近，民航使用频率与轨道交通使用的TD-LTE系统无线频谱重叠。在空间上，两张网络有重叠区域，如果在相隔较近距离时将会产生同频干扰。

图2 西安地铁4号线停车场与机场线空间示意图

4 同频防干扰方案及应用

4.1 空间隔离方案

无论是同站台换乘时产生的室内邻频干扰还是室外邻频干扰，两个线路之间存在空间衰减或建筑阻隔等情况，会产生线路之间的衰减隔离。为了防止干扰，均可以采用空间隔离方案，如图3所示。目前还没有关于1.8 GHz轨道交通系统干扰余量或隔离度相关的规范和系统，但根据《城市轨道交通车地综合通信系统（LTE-M）规范》要求，信噪比SNR指标要求全线在3 dB以上。结合工程经验，可要求SNR指标大于6 dB。SNR计算公式如下：

图3 空间隔离方案示意图

式中：V是载波信号电平值的均方根；V是其他噪声电平值的均方根。则有：

V包含了底噪和异系统的干扰信号以及来自机场线的同频干扰信号，式（2）可等价为：

一般情况下，>>，底噪通常为高斯白噪声与其他异频段无线电系统的综合作用，且小于-115 dB，远小于来自同频异系统的干扰。

不同线路的LTE发射信号采取等电平配置来解决干扰问题，在轨道交通1.8 GHz TD-LTE时分系统中，与机场线1.8 GHz TD-LTE系统帧配比相同。由于两个系统间均为GPS时钟，且上下行时隙同步，两个系统的下行信号均不会影响对方的上行信号，重点计算下行最小干扰余量即可。

保守起见，设=，且定义为来自机场线TD-LTE的同频干扰，则须保证隔离度为：

若须保证 SNR>6，即 RSRP-RSRP-6.02>6，则RSRP>RSRP-12.02，即保证隔离度为12.02即可，干扰余量须大于12.02。

4.2 方案应用

以西安地铁机场线与西安地铁4号线为例，两条线路均采用TD-LTE技术，采用的频段为1 785～1 805 MHz。在北客站区域，4号线与机场线同站台换乘，产生室内同频干扰；机场线北客站-渭河南车站为地面区间，且紧邻4号线草滩停车场，有室外同频干扰。现场根据空间隔离方案，调试完成后进行测试验证。使用测试软件分别在4号线和机场线的同站台轨行区域、4号线草滩停车场进行测试，步骤如下：

（1）地铁4号线和机场线同时开启基站设备

测试设备在4号线处正常接入4号线网络、在机场线处正常接入机场线网络，并且开启测试软件获取信噪比数据，同时开启IxChariot软件记录测试丢包率和时延。测试数据见表1所列。

表1 地铁4号线和机场线基站同时开启时的测试数据

（2）开启4号线并关闭机场线基站设备

测试设备在机场线处接入4号线网络并且开启测试软件获取场强数据，即为4号线对机场线的干扰信号值。测试数据见表2所列。

表2 开启4号线并关闭机场线基站时的测试数据

（3）开启机场线并关闭4号线基站设备

测试设备在4号线处接入机场线网络并且开启测试软件获取场强数据，即为机场线对4号线的干扰信号值。测试数据见表3所列。

表3 开启机场线并关闭4号线基站时的测试数据

4.3 数据分析

根据测试结果，依据《LTE-M系统需求规范》进行推算分析。4号线和机场线的最小场强值为-81 dBm，大于最小场强-95 dBm；4号线和机场线的最小信噪比值为17 dB，大于最小信噪比3 dB；4号线和机场线的最大时延值为42 ms，小于150 ms；4号线和机场城际的丢包率为0.01%，小于1%。

根据《城市轨道交通车地综合通信系统（LTE-M）》规范要求，1.8 GHz SNR干扰余量指标要求全线在3 dB以上，结合工程经验可以要求SNR指标大于6。由此，根据机场线与西安地铁4号线的现场实际，为了避免产生同频干扰，两个网络必须保证隔离度为12.02，即干扰余量须大于12.02 dB。计算公式为：干扰余量=有用信号强度-干扰信号强度+8 dB（障碍物阻挡的损耗）-8 dB（屏蔽门阻挡损耗）。

4号线干扰余量：有用信号强度是终端在4号线所在区域并且接入4号线网络时的场强值（4号线和机场线同时开启）；干扰信号强度是终端在4号线所在区域接入机场线网络时的场强值（4号线关闭、机场线开启）。对于4号线草滩停车场，4号线干扰余量为24 dB。

机场线干扰余量：有用信号强度是终端在机场城际所在区域并且接入机场线网络时的场强值（4号线和机场线同时开启）；干扰信号强度是终端在机场线所在区域接入4号线网络时的场强值（机场线关闭，4号线开启）。对于4号线草滩停车场：机场线干扰余量为20 dB。

干扰余量为24 dB和20 dB时都大于120.2 dB，均满足规范要求。

5 结 语

TD-LTE综合承载所采用的TDD时分双工技术，是严格时钟同步的系统。为了满足双线的收发时隙统一、无线信号好控、无线变化情况趋同等有利于消除或降低干扰的要求，需要同站换乘区域的两条线路镜像设计和施工，确保沿着站台同一个方向的无线变化趋势是相同的，同强同弱，这样就会实现干扰可控；数据配置时，两条线隙配比一致，TDD同步，避免产生系统间干扰，满足系统的信噪比要求；采用漏缆，覆盖均匀，而且有较强的抗干扰能力。

经过测试验证和数据分析，对于室内同站台换乘的同频干扰、室外的同频干扰均可采用空间隔离方案解决，通过调整基站发功率，降低天线仰角和方向，确保两条线之间互不干扰。