LTE-M系统在城市轨道交通中的冗余覆盖方案应用浅析

张世铭*



LTE-M系统在城市轨道交通中的冗余覆盖方案应用浅析

张世铭*

（中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都，610031）

目前，LTE-M系统在城市轨道交通的应用非常广泛，系统可用于承载列车运行控制业务、列车紧急文本下发业务、列车运行状态监测业务、车载视频监控业务、PIS视频业务和集群调度业务，因此，为满足高可靠性、全网无单点故障的要求，LTE-M系统须在覆盖方案中采取冗余措施。本文结合工程应用的实际经验，从漏缆共享、无线信号合路及无线覆盖场景等因素入手，对LTE-M系统冗余覆盖方案的应用进行分析与研究，以期为系统设计提供参考。

轨道交通；LTE-M；冗余覆盖

引言

拥有1.8G专用频段的LTE-M技术，因其具有适用于中低速移动环境（时速≤160km/h）、传输时延短、传输速率高、稳定性高、安全性强、互联互通接口规范的特点，在目前国内城市轨道交通新建线路中得到了广泛应用。LTE-M系统可综合承载列车运行控制业务、列车紧急文本下发业务、列车运行状态监测业务、车载视频监控业务、PIS视频业务和集群调度业务。无论各个项目如何选择综合承载所包含的业务范围，其方案中必定存在信号CBTC业务，因此对LTE-M系统冗余覆盖方案的研究就显得至关重要。

1 漏缆共享及无线信号合路

在目前的城市轨道交通专网无线系统中，普遍存在350MHz PDT公安无线系统，800MHz TETRA专用无线系统和1.8GHz LTE-M系统，并在区间轨旁弱电侧（单洞单线）分别设置2根漏缆合路以上三种无线信号。同时，出于投资渠道和管理体系的原因，上述漏缆与民用无线漏缆须分设。

根据相关计算结果和实践证明，350MHz PDT基站小区覆盖半径约为1500米，800MHz TETRA基站小区覆盖半径约为1200米，1.8GHz LTE-M基站小区覆盖半径约为600米。为有效减少漏缆断点数量，降低合路及接头损耗，在工程设计中，应结合无线信号合路点选址、小区覆盖半径、站间距和线路条件，确定无线信号合路和漏缆共享方案。

在工程应用中，区间轨旁弱电侧（单洞单线）敷设的2根漏缆，馈入的无线信号组合方式见表1。

表1 漏缆馈入无线信号组合

LTE-M系统应采用A/B双网设计，A/B双网相互独立，并行工作。一般情况下，LTE-M A网用于综合承载，LTE-M B网供信号系统专用。在选择方案时，应综合考虑综合承载业务的带宽需求、运营管理便利性等因素。在极端情况下，受现阶段车载视频监控图像回传业务普遍采用H.264编码格式的影响，即便LTE-M开启MIMO功能，系统所提供的上行带宽也难以满足视频回传的要求，因此，系统设计时可选用PIS系统另建基于WLAN的802.11AC网络或综合建设LTE-U网络的方案。在此前提下，当综合承载业务不包含车载视频监控图像回传时，建议选择组合一，可大量减少轨旁合路器数量，并可为信号系统提供一套相对独立且完整的无线通信系统。

根据以上分析，无线信号在车站主体建筑内的合路方式有以下三种：

（1）PDT、TETRA机房内一次合路，后与LTE-M A网在轨旁二次合路

PDT和TETRA基站先在机房侧进行第一次合路，经功分器后，用射频电缆连接至站内轨旁合路器，在此处与LTE-M A网RRU进行第二次合路，在合路器输出端用射频跳线连接至区间漏缆，具体如图1所示。

图1 PDT、TETRA机房内一次合路，后与LTE-M A网在轨旁二次合路

（2）PDT、TETRA机房内一次合路，后与LTE-M A网在轨旁二次合路，LTE-B网与A网轨旁一次合路

PDT和TETRA基站先在机房侧进行第一次合路，经功分器后，用射频电缆连接至站内轨旁合路器，在此处与LTE-M A网RRU进行第二次合路，在合路器输出端用射频跳线连接至区间漏，具体如图2所示。

图2 PDT、TETRA机房内一次合路，后与LTE-M A网在轨旁二次合路，LTE-B网与A网轨旁一次合路

（3）PDT与LTE-M A网，TETRA与LTE-B网分别在轨旁一次合路

PDT基站在机房内经功分器后，用射频电缆连接至站内轨旁合路器，在此处与LTE-M A网RRU进行合路，在合路器输出端用射频跳线连接至区间漏缆。同理，TETRA基站按相同方式与LTE-M B网合路，具体如图3所示。

图3 PDT与LTE-M A网，TETRA与LTE-B网分别在轨旁一次合路

由于轨旁合路器可根据需求进行封装定制，因此上述三种合路方式在轨旁无源器件可靠性方面并无明显差异，主要差异在于管理界面是否清晰，合路器用量、类型数量、线缆用量及是否具备MIMO功能方面。在车载视频监控图像回传业务、PIS视频业务纳入其他网络实施时，优先推荐采用合路方案一，尤其在线路存在多个长大区间时，方案一也可大幅减少区间轨旁合路器数量和线缆用量，在投资和维护管理上更有优势。但也可根据运营管理的实际需求，选用其他合路方案。

2 冗余措施

为保障系统的可靠性，LTE-M系统在控制中心设置至少2套核心网设备，并在线路沿线车站及场段按链状网络架构设置分属于A网和B网的BBU（分布式基带处理单元）、RRU（射频拉远单元）。不同网络的BBU通过不同的传输接口接入核心网，不同网络的RRU通过各自光缆接入对应的BBU，并根据所选定的无线信号合路及漏缆共享方案接入对应漏缆，A网和B网LTE-M设备通过各自电缆接入对应的UPS，最终构成两套完全独立，并行工作的无线通信系统，实现冗余双网架构。

在单个节点上，影响LTE-M系统稳定运行的主要因素为：1）机房站址内突发灾害；2）传输系统故障；3）电源系统故障；4）GPS时钟源故障（未启用1588V2协议时）。因此，为降低以上问题可能造成的风险，在系统设计时，应按照覆盖相同区域的A网和B网设备（BBU、RRU）不得接入同一节点传输设备，且不得从同一节点电源系统取电的原则，对无线覆盖方案采取冗余措施。

冗余措施根据LTE-M系统配套光电缆引接点的来源不同分为异站引入和同站引入两类，详见下图。

图4 LTE-M系统冗余覆盖（光电缆异站引入）示意图 仅单线

图5 LTE-M系统冗余覆盖（光电缆同站引入）示意图 仅单线

光电缆异站引入方案为：覆盖相同区域的BBU和RRU安装在同一节点内，A网设备对应的光电缆引至本地节点，B网对应的光电缆引至另一节点，反之亦可。同一节点内基础设备（传输及电源）有且仅有一种选择，连接至本地节点的A网或B网设备。光电缆同站引入方案为：覆盖相同区域的BBU和RRU安装在不同节点内。同一节点内基础设备（传输及电源）同时连接至本地节点的A网和B网设备。

光电缆异站引入方案需要布放连通节点机房间的线缆，光电缆同站引入方案由于无需布放此类线缆，故同站引入方案能有效节省线缆用量，减少施工工作量，但需要在相关车站增设相关设备。两套方案的可靠性基本一致，从经济合理、便于施工角度考虑，推荐采用同站引入方案。

3 无线覆盖场景

LTE-M主要覆盖场景分为五类，分别为：a）地下及隧道；b）高架轨道；c）地面轨道；d)车辆段、停车场；e）室内场景。其中a类场景可细分为单洞单线、单洞双线，b类场景可细分为单桥单线和单桥双线。在系统设计时，应根据漏缆共享方式、无线信号合路方式、冗余措施的选择，结合区间长度、区间断面类型、站台类型、配线设置和场段规模，合理选择适用于各类场景的覆盖方案，尤其是在出入线与正线接轨处、侧式站台两端与区间连接处、平行换乘站台区域、场段室外区域等场景。

4 结束语

在项目建设中，把控承载CBTC业务的LTE-M系统的设计质量是非常关键的，所以必须要采取有效的措施提升其可靠性。本文通过对LTE-M系统冗余覆盖方案的分析，列举了相应的漏缆共享方式、无线信号合路方式、冗余覆盖措施和不同应用场景下因考虑的主要因素，提出了建议方案及考量因素，为系统设计提供参考。

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Analysis of the Application of Redundancy Coverage Scheme in LTE-M System in Urban Rail Transit

ZHANG Shiming*

(China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Sichuan Chengdu, 610031, China)

At present, the application of LTE-M system in urban rail transit is very extensive. The system can be used to carry train operation control services, train emergency text delivery services, train operation status monitoring services, vehicle video surveillance services, PIS video services, and trunked dispatching services. Therefore, to meet requirements of high reliability, no single points of Failure in the entire network, The system must take redundancy measures in the coverage scheme. This paper starts with factors such as leaky cable sharing, wireless signal combining and wireless coverage scenarios, and analyzes the application of redundant coverage scheme for LTE-M system. Research to provide a reference for system design.

rail transit; LTE-M; redundant coverage

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2018.01.042

U231

A

1672-9129(2018)01-0107-03

张世铭. LTE-M系统在城市轨道交通中的冗余覆盖方案应用浅析[J]. 数码设计, 2018, 7(1): 107-108.

ZHANG Shiming. Analysis of the Application of Redundancy Coverage Scheme in LTE-M System in Urban Rail Transit[J]. Peak Data Science, 2018, 7(1): 107-108.

2017-11-13；

2017-12-22。

张世铭（1982-），男，四川广元，高级工程师，硕士研究生，研究方向：轨道交通通信。E-mail:kdzp001@163.com