北京轨道交通换乘站LTE-M系统干扰分析

潘 皓，丰 磊

（1．北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068;2．城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室，北京 100068;3．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

1 概述

截至2021年12月31日，北京地铁运营线路共有27条，运营里程783 km，开通里程居中国第二位。按照北京轨道交通三期建设规划，到2027年北京轨道交通网络将包括35条线路，总长超过1 000 km,将继续加密地铁线网并扩大覆盖面，重点支持副中心的建设，减少旅客出行时间，提高旅行速度，缓解拥堵区段，方便换乘，提高舒适度。

北京市以燕房线、新机场线作为试点工程采用基于LTE-M的宽带移动通信系统，运营效果稳定。2018年5月，交通运输部发布2018年第8号《城市轨道交通运营管理规定》，对通信系统的互联互通、兼容共享、网络化运营提出新要求。同年9月，中国城市轨道交通协会正式发布《城市轨道交通车地综合通信系统（LTE-M）规范》（中城轨[2018]22号）等19项团体标准。目前北京市轨道交通新建线路统一采用LTE-M系统，综合承载包括列车运行控制业务、列车紧急文本下发业务、列车运行状态监测业务、IMS视频监控业务、PIS视频业务以及集群调度业务等车地无线通信业务。

2022年北京轨道交通在建的3号线、12号线、17号线及已经开通运营的19号线均采用LTE-M系统，4条线路包含近百座车站，其中换乘车站占半数以上，不可避免地存在车地通信频率干扰现象，对行车安全存在安全隐患。在此背景下，对北京轨道交通新线工程LTE-M系统换乘车站进行频率干扰分析，避免不同线路、不同场景下的频率干扰，保证车地综合通信系统网络的可靠性和安全性。

2 频率运用

2.1 频率资源

根据北京市无线电管理局《北京市轨道交通视频传输无线专网使用频率通知书》（京无管频[2017]71号），准许北京市轨道交通使用如下频率：

地面区域：1 785～1 795 MHz（除首都国际机场和大兴国际机场地区以外的轨道交通地面区域）。

地下区域：1 785～1 805 MHz（轨道交通地下区域）。

2.2 新线频率运用原则

根据北京轨道交通实际情况，与相关单位通过协商可共用其地面的1 795～1 800 MHz共5 MHz频率，故地面可按照1 785～1 800 MHz共15 MHz进行考虑。正常情况下A网使用10 MHz带宽（1 785～1 795 MHz）同频组网，B网共用5 MHz带宽（1 795～1 800 MHz）同频组网。

地下区域，正常情况下A网使用15 MHz带宽（1 785～1 800 MHz）同频组网，B网使用5 MHz带宽（1 800～1 805 MHz）同频组网。

3 换乘车站站型梳理

经过对北京地铁3、12、17、19号线共4条新线的换乘站换乘方式进行梳理，初步归纳为5种典型类型以及其他特殊类型，包括共站厅、站台双岛四线型、T型换乘型、十字型换乘型、L型换乘型和通道换乘型等。

3.1 共站厅、站台双岛四线

1）共站厅不共站台双岛四线

该种站型下，共用的站厅有同频干扰，站厅与站台相互之间以及楼梯处可能存在干扰，站台之间存在钢筋混凝土隔墙，有干扰的可能性较小。

2）共站厅、站台双岛四线

该种站型下，两边站台两个核心网均会覆盖，在站台、站厅都会有同频干扰，站厅与站台之间楼梯处可能也会存在干扰。

3.2 T型换乘

1）共用T型站厅，站台到站台节点楼梯换乘

两线站厅T型相接，站台分布于上/下2层，站台至站台相互之间以及楼梯处可能存在干扰，站厅分界处可能会有同频干扰。

2）共用T型站厅，只通过站厅换乘

两站站厅T型相接，在站厅的分界处可能存在干扰，其他区域均无干扰。

3.3 十字型换乘

1）站台到站台节点楼梯换乘

两线站台一上一下十字交叉，站台至站台相互之间以及楼梯处可能存在干扰，站厅分界处也可能存在干扰。

2）共用十字型站厅，通过站厅换乘

在站厅的分界处可能存在干扰，站台至站台相互之间以及楼梯处可能存在干扰。

3.4 L型换乘

1）共用L型站厅，站台到站台节点楼梯换乘

两线站厅L型相连，两线站台一上一下，站台至站台相互之间以及楼梯处可能存在干扰，站厅分界处可能有同频干扰。

2）共用一部分站厅，仅通过站厅换乘

站厅部分区域可能会存在同频干扰，换乘厅连接处可能存在同频干扰。

3）不共用站厅，通过换乘厅换乘

不共用站厅、站台，在站厅端头加一个换乘厅，通过站台到站台换乘，连接换乘厅处可能存在干扰。

3.5 通道换乘

换乘通道连接处可能存在干扰，此类换乘站型较多。

4 干扰理论分析

通信系统间的干扰可以分为杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰。

1）杂散干扰

由于发射机中的功放、混频器和滤波器等器件的非线性，会在工作频带以外很宽的范围内产生辐射信号分量，若落在被干扰系统接收机的工作频带内时，会抬高接收机的底噪，从而减低接收灵敏度。

2）阻塞干扰

当输入信号为小信号，输出与输入呈线性关系。当有用信号和强干扰一起加入接收机，系统工作在饱和区，输入与输出不再是线性关系。

阻塞干扰是指当强干扰信号与有用信号同时加入接收机时，强干扰会使接收机链路的非线性器件饱和，产生非线性失真。

3）互调干扰

当接收机收到过强的异系统信号时，也会互调产生较强的干扰信号。互调干扰会抬高接收机的底噪，从而减低接收灵敏度，因此可以将互调干扰也看作杂散影响。

重点分析典型换乘站场景下，两条线路采用同频率室内天线、漏缆覆盖情况时，综合承载TAU和集群车载台、手持便携台的干扰。

将典型换乘站场景归纳，同时考虑通道换乘等场景，主要计算以下7种干扰场景。

错层天线对错层（错层楼扶梯处）手持终端同频干扰；

错层漏缆对错层（错层楼扶梯处）手持终端同频干扰；

错层漏缆对错层（错层楼扶梯处）TAU（车载台）同频干扰；

同层漏缆通过隔墙对异线手持终端同频干扰；

同层漏缆对异线手持终端同频干扰；

同层天线通过隔墙对异线手持终端同频干扰；

式中，P为终端水价， 元/m3；E1为国有水利工程农业供水生产成本及费用，元；E2为农民用水者协会运行管理费用，元；W2为终端计量点水量，m3。

同层天线对异线手持终端同频干扰。

5 干扰分析计算

1）终端目标干扰信号接收强度计算底噪抬升ROT计算公式为：

其中N为干扰噪声值。计算终端底噪抬升1 dB条件下，取目标干扰值低于边缘电平值5 dB；计算终端底噪抬升0.5 dB条件下，取目标干扰值低于边缘电平值9 dB。

各个终端对于边缘电平取值有所不同，典型的边缘电平规划值如表1所示，以计算终端底噪抬升0.5 dB条件下目标干扰值。

表1 目标干扰值Tab.1 Target interference value table

2）LTE发射功率

5 MHz系统带宽业务发射功率为P-10×lg（300）；

15 MHz系统带宽业务发射功率为P-10×lg（900）；

取干扰较大的5 M系统带宽来计算LTE发射功率。

3）漏泄同轴电缆耦合损耗

漏泄同轴电缆在2 m处的耦合损耗一般为65 dB，根据室内的自由空间传播计算公式如下。

f为工作频率；D为手机到天线距离；P为墙壁损耗参考值，W为墙壁数目。其中f=1 800 MHz，d=2 m，计算在2 m位置自由空间传播损耗为PL=43.55 dB。据此推算漏泄同轴电缆耦合信号的损耗约为65－43.55=21 dB。

5.1 错层天线对错层手持终端同频干扰分析

1）站厅室分天线对站台手持终端干扰，取目标干扰值-114 dBm。此场景下室内天线空间隔离距离24 m。计算结果如表2所示。

表2 站厅室分天线对站台手持终端干扰计算Tab.2 Calculation of interference of station indoor distribution to platform handheld terminal

2）站厅天线对站台TAU干扰，取目标干扰值-104 dBm/-94 dBm。此场景下站厅室内天线对站台TAU同频干扰较手持便携台轻。

5.2 错层漏缆对错层终端同频干扰分析

1）错层漏缆对错层手持终端同频干扰，取干扰目标值为-114 dBm。此场景下站台漏缆对站厅终端干扰隔离度要求较高，空间隔离距离55 m。计算结果如表3所示。

表3 错层漏缆对错层手持终端干扰计算Tab.3 Calculation of interference of split-level leaky cable to split-level handheld terminal

但根据漏缆不同横向距离的空间耦合调整因子20 m以上按30lg（D）即39 dB，因此漏缆在横向距离超过20 m基本上可认为没有干扰。

2）错层漏缆对错层TAU同频干扰分析，取干扰目标值-104 dBm/-94 dBm。经过计算，此场景下站台漏缆对错层TAU空间隔离距离17m，一般情况下不会引起干扰。

5.3 同层站台漏缆同频干扰分析

漏缆对手持终端的干扰计算，取干扰目标值为-114 dBm。有隔墙情况下，站台漏缆空间隔离距离17 m。计算结果如表4所示。无隔墙同站台换乘情况下，站台漏缆无法避免干扰。

表4 有隔墙时漏缆对手持终端干扰计算Tab.4 Calculation of interference of leaky cable to handheld terminal with partition wall

5.4 同层天线同频干扰分析

此分析包括归类中的最后两项：同层天线通过隔墙对异线手持终端同频干扰、同层天线对异线手持终端同频干扰。

有隔墙情况下，室分对站台手持终端干扰。此场景下室内天线空间隔离距离14 m。计算结果如表5所示。无隔墙情况下，同层站厅天线、同层站台天线无法避免干扰。

表5 有隔墙时同层天线同频干扰计算Tab.5 Calculation of co-channel interference of antenna on the same floor with partition wall

6 新线换乘站抗扰措施

根据1.8 GHz自由空间传播损耗曲线，在狭小的空间如站台、换乘通道等只有最多十几m的隔离空间，则需将干扰隔离度控制在60 dB以下；在稍宽阔的空间如站厅等，可有30 m的隔离空间，将干扰隔离度控制在67 dB以下。换乘站抗干扰防护措施如表6所示。

表6 换乘站抗干扰防护措施Tab.6 Anti interference protective measures for transfer station

7 结束语

本文根据LTE-M系统费频率资源和换乘站站型特点，分析北京轨道交通换乘车站LTE-M系统的干扰场景，提出不同站型、不同场景下的理论防护距离及抗干扰措施，为LTE-M系统建设尤其是换乘站的系统间干扰防护提供一定的参考价值。