基于LTE技术的车地无线通信传输方案在城市轨道交通中的应用

彭显辰

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安，710043）

基于LTE技术的车地无线通信传输方案在城市轨道交通中的应用

彭显辰

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安，710043）

在无线通信技术高速发展的背景下，基于LTE技术的车地无线通信传输方案正广泛应用于城市轨道交通。王岩和陈序（2014）通过郑州地铁1号线工程案例证明了TD-LTE技术在车地无线通信中的应用稳定可靠，为其他地铁同行提供了可以参考的方案。本文基于工程实例介绍了地下区间选用1785MHz-1805MHz频段作为城市轨道交通车-地无线通信综合承载方案的频率规划及频率覆盖方案。

车地无线通信；LTE；CBTC系统；频率规划；频率覆盖

0 引言

在城市轨道交通如地铁行业中，列车与地面之间的通信大都采用无线通信技术，其中主要有三大子系统需要使用车地无线通信系统，分别是：（1）语言行车调度系统；（2）CBTC信号系统；（3）乘客信息系统（PIS）。LTE（Long Term Evolution）技术采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）、自适应调制编码（Auto Modulation and Coding，AMC）及混合自动重传（Hybrid ARQ，HARQ）等技术，在20MHZ频谱带宽下能够提供下行150Mbps与上行75Mbps的峰值速率。

1 项目概况及频率规划

1.1 包头市城市轨道交通2号线一期工程项目概况

包头市轨道交通2号线起于机场站，止于新贤城站，共设21座车站。2号线分二期建设，其中一期工程（沼潭南～新贤城段）线路全长14.92公里，设置11座车站，1座车辆段。

1.2 综合承载业务需求及频率规划

CBTC系统主要作用为列车间距及速度防护、列车自动运行与调度，是城市轨道交通自动化系统中的关键部分，是保证列车和乘客安全，实现列车高效运行、指挥管理有序的自动控制系统。作为一个安全苛求系统，CBTC对车地通信的实时性和可靠性有很高的要求，要求冗余双网传输。双网中A网应用来单独承载CBTC信息；B网承载信息除CBTC信息（CBTC冗余网络）外，还可考虑综合承载PIS、CCTV、其他数传信息等（见表1）。

表1 无线业务优先级分配

根据中国城市轨道交通协会“关于转发工信部1785-1805MHz频段使用适宜通知及有关落实工作的意见”（中城轨 [2015]008号文）和“LTE-M系统需求规范”（CZJS/T 0061—2016），轨道交通车地无线通信业务需求主要有以下几种。

（1）列车运行状态监测

列车运行状态监测系统通过传感器采集电流、电压、轴温、车下转向架、车辆一/二系悬挂系统、发动机、制动器等设备的关键参数，并将数据传送到地面监测中心，地面监测中心通过对数据进行集中处理和分析，实现对列车运行状态的实时监测和远程故障诊断功能（图2）。

图1 车地无线通信综合承载应用方案

图2 列车的互联互通

（2）车载CCTV监控图像回传

根据轨道交通实际使用需求，采用H.264（D1，4 CIF）格式。图像分辨率为720*576像素，传输带宽为1Mbit/s，可基本满足监视器观看需求。如果要求上大屏，传输带宽需达到2M。一个RRU范围内，本工程按回传4路或上大屏2路计算，4M传输带宽预设视频业务信道带宽（图2）。

（3）乘客信息PIS图像下发播放

PIS系统需将播控中心下发的播放节目，如新闻广播、旅行指南、换乘信息、在线广告等便民信息在车载PIS显示屏上实时显示。综合无线传输系统需提供匹配PIS专业需求的连续高带宽、低时延车地无线传输通道。PIS图像质量达到1080P的标准预设业务信道带宽，正线按组播方式下发PIS信息，业务信息承载带宽为下行8Mbit/s。

（4）紧急文本下发

紧急文本信息用于城市轨道交通路网异常情况下的乘客通知，可在PIS系统的显示终端上显示。紧急文本是数据量小的文本信息。

根据轨道交通协会文件，极端情况下每个RRU小区内的列车数不超过6列车，业务信息承载带宽为下行各不大于6*100Kbps=0.6Mbps。

2 频率覆盖方案

2.1 覆盖范围

CBTC、PIS、CCTV、列车运行状态检测、紧急文本业务覆盖范围为：地铁沿线车站轨行区、区间、车辆段（含试车线）。

LTE系统在地铁的典型应用为：设置核心网设备及相关服务器，在各车站、车辆段和停车场设置LTE基站，为适应轨道交通区间链状覆盖，可配置分布式基站设备，在车站、车辆段和停车场信号设备室配置BBU，在区间配置RRU。在列车/办公区域上设置车载/手持终端设备。

2.2 正线覆盖方案

对于正线（含区间和非换乘车站轨行区）隧道、出入段线的高架区域，主要采用RRU+漏泄同轴电缆辐射方式进行场强覆盖。信号覆盖范围控制在轨行区左右各30米内。在正线车站信号设备室设置BBU，在区间设置RRU。

2.3 车辆段覆盖方案

在车辆段停车列检库区域，主要采用RRU+漏泄电缆覆盖。为了保证和车站基站的平滑切换，靠近车辆段出入口处采用漏泄电缆向外覆盖。同时车辆段的试车线也通过漏泄电缆覆盖。信号覆盖范围控制在场段周界以外300米范围内。

2.4 双网覆盖方案

对于CBTC系统冗余双网的传输需求，其双层网络基站站址方案为同站址双网冗余方案：本方案A、B网BBU设备同址设置在每个车站弱电设备室内，A、B网的RRU设备也同址设置。

3 结论

目前针对地铁LTE技术的应用还处在初级阶段，需要加大对该方面的研究力度，不断进行实践和总结。车地通信系统在提升地铁运营管理水平，提高服务质量中起着重要的作用，包头地铁2号线一期工程拟采用的LTE承载车地无线通信系统满足项目运行所要求的高移动性和高宽带性。

[1]邢强强,李新.地铁通信系统引入TD-LTE系统后的干扰分析研究[J].移动通信.2012,36(18):27-31.

[2]王岩,陈序.地铁行业车地无线(TD-LTE)技术应用[J].河南科技.2014(21):38-40.

[3]方建文.LTE技术在地铁无线通信中的应用[J].中国新通信.2015(24):68-68.

[4]王鹏.TD-LTE技术承载地铁集群通信业务问题研究[J].城市轨道交通研究.2015,18(6):67-70.

Application of wireless communication scheme based on LTE technology in Urban Rail Transit

Peng Xianchen
（China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd.，Xi’an Shaanxi，710043）

Under the background of rapid development of wireless communication technology, the wireless communication scheme of vehicle ground wireless communication based on LTE technology is widely used in urban rail transit. Wang Yan and Chen Xu (2014) through the Zhengzhou Metro Line 1 project case proved that TD-LTE technology in the vehicle ground wireless communication application is stable and reliable,for other subway counterparts to provide a reference program. Based on an engineering example, this paper introduces frequency planning and frequency coverage scheme of 1785MHz-1805MHz frequency band as a comprehensive carrying scheme for Metro ground vehicle wireless communication in underground section.

vehicle ground wireless communication; LTE; CBTC system; frequency planning; frequency coverage