基于LTE技术的信号CBTC系统承载技术探究

潘思丞



基于LTE技术的信号CBTC系统承载技术探究

潘思丞

中铁三局集团电务工程有限公司，山西 晋中 030600

CBTC是一种基于通信的列车控制系统，通过通信媒体来实现列车和地面设备的双向通信，从而代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。应用较为广泛的通信技术是WLAN技术。WLAN技术虽然有自身较为明显的优势，不过由于其抗干扰能力差以及稳定性难以保证等原因使得其并不是最理想的通信技术。LTE在稳定性与安全性方面的表现都较为突出，因此应用LTE技术对CBTC系统进行承载就成为当前轨道交通行业重点技术。对LTE技术方案进行了分析。

轨道交通；CBTC系统；LTE技术；时钟同步

1 系统架构

信号DCS系统采用的LTE系统采用A、B双网冗余组网，为CBTC车地传输提供可靠的双向通道。

如图1所示，主要组成部分包括以下几个部分。

（1）LTE核心网设备（EPC）

EPC是各种业务在LTE网络侧传输的总出入口，是LTE网络核心部分，对全网运维至关重要。为了保证CBTC系统运行安全稳定，整个LTE网络采用A、B双网配置，各部署一套EPC设备，保证A、B两个网络数据传输通道的独立性。在单台EPC设备发生故障时，另一台EPC可以保证另一套网络正常运行、不受影响。

（2）LTE网管系统

LTE网管系统是LTE系统的管理中枢，负责管理无线覆盖的所有LTE基站设备，包含设备参数配置、告警、日志、用户管理、性能管理和系统更新等功能。

（3）1588时钟服务器

基于1588v2的时钟源，为LTE网络中的TD-LTE基站提供高精度的时钟同步保证，使相邻小区空口上下行传输严格同步，减小相互干扰影响。为了保证LTE系统时钟同步的稳定性，在全线应至少部署两套时钟服务器、外接GPS天线，保证单点设备故障不影响A、B网时钟同步；两套GPS站址应在地域上保持较大的隔离，降低GPS信号接收同时受到影响的风险。

（4）LTE轨旁基站

负责LTE无线网络信号在轨道交通线路的无缝覆盖，为车载终端设备提供稳定的接入保障，确保CBTC和其他业务的可靠传输。A、B网基站一般采用共址、异频、同覆盖方式，配合泄漏电缆（或定向天线）发无线信号，根据信号发射功率、传播环境特性、无线频段、终端接收灵敏度等参数合理规划小区分布[1]。

图1 LTE网络架构

（5）车载LTE接入设备及车载天线

上、下行线路大致按相同里程独立部署A、B网基站，连接漏缆覆盖。地下轨旁红、蓝双网LTE基站采用同址覆盖方式，漏缆连接方式如图2所示。

在相邻一对红、蓝网基站的小区覆盖范围之间，双漏缆形成一段重叠覆盖区，保证相邻小区信号能无缝、可靠切换。

用于CBTC系统的LTE漏缆，通常安装在墙壁靠顶的行车方向右侧，达到或稍超过车顶天线的安装高度，为避免干扰，与其他系统（如TETRA、电信运营商等）的漏缆保持一定间距。

3 时钟同步

TD-LTE组网要求严格的空口同步，室外基站通常配置GPS获取同步；而地下轨道交通环境无法保证每台轨旁基站都能直接获取GPS信号，一般采用IEEE 1588v2（PTP）协议的网络同步方式来保障全网同步精度。

一般可设置两处GPS站址（一主一备），分别配置高精度的时钟服务器，分别作为LTE骨干A、B网的主同步时钟源，通过硬件上支持1588v2协议的骨干交换机节点，分别与轨旁LTE网络的A、B网基站连接，为全网LTE基站提供精确的时钟参考。如果一台同步时钟源的单个模块或整机发生故障，可以自动切换到备用另一个模块或者另一台时钟源，从而保证全网同步的稳定性[2]。

4 冗余设计

基于LTE的信号系统总体上采用A、B双网冗余设计，从多个维度保障信号数据可靠传输和运行安全。

（1）双网基站设备冗余：A、B双网基于同频段中两个不同带宽进行冗余覆盖，保证全线信号传输互不干扰，当其中单个基站设备发生故障时，同址的另一张网的基站设备能保证信号业务正常可靠传输。

（2）LTE核心网设备冗余：A、B网基站分别连接至独立的EPC设备，互不影响；当其中一台EPC发生故障时，另一台EPC正常工作，至少保证一个网正常通信。

（3）车载终端冗余：在车头、车尾各部署一台TAU设备（连接到车载天线），两台TAU分别工作在A、B网频段，互为备份，并且由于车体长度间隔，一般不会同时处于信号覆盖相对较差的区域，保证至少有一台TAU工作在良好无线传输状态下。

（4）时钟源冗余：在1588v2时钟同步方案中，全线配置两套时钟源每套都配置双时钟模块，分别保证A、B两网基站的空口精确同步；当单个时钟模块或时钟源发生故障时，能自动切换到另一时钟模块或时钟源，保证全网同步稳定可靠[3]。

图2 漏缆与基站组成A、B网

5 结语

在轨道交通迅猛发展的高态势下，作为整个轨道交通的核心协调与指挥中心的CBTC如何提高自身的稳定性与安全性，从而确保轨道交通信号的正常，避免意外发生就成为了一个重要的命题。相比于目前的WLAN的3G技术，从移动通信引入的LTE系统，无论是在速率上还是在稳定性、可靠性以及抗干扰能力方面都有着较为明显的优势，大大提高了CBTC系统的稳定性及可靠性，为我国轨道交通事业做出一定的贡献。

[1]陈琦. 基于LTE技术的CBTC综合承载网络方案设计与研究[J]. 城市轨道交通研究，2015，18（11）：35-39.

[2]王军平，卢晓宇. 城市轨道交通LTE综合承载CBTC与专用无线集群业务[J]. 城市轨道交通研究，2017，20（s1）：1-7.

[3]张婧. TD-LTE宽带集群技术在城市轨道交通中的应用[J]. 电子科技，2016，29（7）：120-123.

Research on Bearer Technology of Signal CBTC System Based on LTE Technology

Pan Sicheng

China Railway Third Bureau Group Electric Power Engineering Co., Ltd., Shanxi Jinzhong 030600

CBTC is a communication-based train control system that realizes two-way communication between trains and ground equipment through communication media, thus replacing the track circuit as a medium to realize train operation control. The widely used communication technology is WLAN technology. Although WLAN technology has its own obvious advantages, it is not the most ideal communication technology because of its poor anti-interference ability and stability. LTE has outstanding performance in terms of stability and security. Therefore, the application of LTE technology to bear the CBTC system has become the key technology of the current rail transit industry. The LTE technical solution is analyzed.

rail transit; CBTC system; LTE technology; clock same

U284.48

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