LTE车地无线通信传输在城市轨道交通中的应用

（中铁十四局集团电气化工程有限公司，山东济南 250000）

1 LTE简介及优点

LTE是一种基于大带宽的高速无线通信技术，是第3代移动通信技术之后的又一次无线通信技术革新和演进，能够实现无线接入的宽带化、高速率和低时延，在全球范围内取得了长足发展和应用，具备完善的产业链。LTE的诞生优化了无线通信技术，满足了客户对无线通信的更高要求。

TD-LTE在物理层、协议和网络架构方面做出了重要技术革新，具备部署灵活性高、传输时延小、业务质量高、网络成本低等特点。

（1）TD-LTE采用了扁平化网络架构和更加简化的系统协议，降低整体系统时延，CP：100 ms，UP：5 ms，满足关键任务中指令的上传和下达，改善用户体验，降低了部署和运营成本。

（2）频谱配置灵活多样，可满足不同频率场景下的应用需求，支持1.4/3/5/10/15/20 MHz等6种不同系统带宽选项。

（3）具有较好移动性，TD-LTE可实现终端移动速度在15 km/h以内时拥有最佳性能，15～120 km/h时有较好性能，120～350 km/h时保持连接，不掉线。

（4）TD-LTE采用基于分组交换的资源分配方式，根据用户的情况，快速进行最优的资源分配，为各种实时业务提供服务质量（QoS）保证的同时，保证系统资源的利用效率，保证不同优先级业务和实时业务的服务质量。

（5）分层安全管理机制，LTE将安全机制在AS（接入层）和NAS（网络存储器）信令间分离，无线链路、核心网各自单独配置密钥，用户安全终止于eNB基站，安全协议保障性能与2G/3G通信技术相比大幅度提升。

2 子系统技术方案

2.1 项目简介

乌鲁木齐轨道交通一号线起于三屯碑站，止于国际机场站。全线共设置车站21座，燕儿窝停车场和百园路车辆基地各一处，燕儿窝停车场和百园路车辆基地出入段线各一处，全线共设主变电站两座，控制中心一处。

2.2 LTE网络组成

乌鲁木齐轨道交通一号线弱电系统工程TD-LTE系统承载CBTC信号，要求高可靠性和安全性，根据现场需求，整网部署按照A/B双网方案实施。

地铁正线、停车场及车辆基地出入段线，采用RRU+漏缆辐射方式进行场强覆盖。A网采用15 MHz的系统带宽同频组网，B网使用5 MHz的系统带宽同频组网。信号覆盖范围在轨行区两侧各30 m左右。

车辆基地/停车场：A/B网均采用5 MHz系统带宽同频组网，互相独立，并行工作（系统的前端共用天馈系统）。为确保与站内基站无线覆盖的平滑切换，出入段线及试车线处采用漏缆覆盖，覆盖范围控制在场段周界以外300 m范围内。

系统采用A/B双网架构组网，架构如图1所示。

图1 A/B双网架构组网架构图

TD-LTE系统采用冗余设计架构方案，要考虑采用A/B双网覆盖的情况。

由图1可知，A/B网分别采用独立的网络方式，网内各有1套独立的核心网和基站系统，完全覆盖行车区域，因此A/B双网要各自独立设置核心网和基站系统设备，A/B网的基站天馈系统接口通过A/B网合路器与漏缆、车载天线连接，以实现无线信号的覆盖。

2.3 车站连接方案

乌鲁木齐轨道交通一号线通信系统车站采用上下行线路共用RRU方案，全线各车站通信设备室内设置2套多频合路器，选择中兴通讯8通道RRU产品ZXSDR R8968，将A/B网多通道RRU和1路800 MHz专用无线、1路350 MHz公安无线信号的经过合路后接入，岛式车站连线如图2所示。

图2 岛式车站连线图

ZXSDR R8968是8通道RRU设备，四个端口接合路器，其余四个端口接负载。乌鲁木齐轨道交通一号线隧道区间采用上下行线路独立使用RRU，连接如图3所示。

图3 上下行线路连接图

正线：每个车站均设置BBU，保证车站处有1个RRU，车站RRU同时覆盖上行和下行线路，区间超过1.2 km时在上下行线路各增设1个RRU。正线范围内，A网和B网共计42个BBU、94个RRU。停车场：在停车场范围内，根据建筑物具体情况，A网和B网各设置1个BBU和4个RRU，A网和B网共计2个BBU、8个RRU。车辆基地：在车辆基地范围内，根据具体情况，A网和B网各设置1个BBU和4个RRU，A网和B网共计2个BBU、8个RRU。试车线：在试车线范围内，根据具体情况，A网和B网各设置1个BBU和1个RRU，A网和B网共计2个BBU、2个RRU。

3 设备组成

本系统中A/B网络都是独立、完整的TD-LTE网络。

在实际安装中TD-LTE系统包括核心网设备、基站设备（分布式基站由BBU+RRU组成）、合路器、车载系统TAU、车载天线等。TD-LTE网络除了传输、接地系统外，又根据场所不同划分为三个子系统。

（1）控制中心子系统。该子系统放置专用系统的核心设备，包括TD-LTE核心网、列车自动控制系统（CBTC）、乘客信息系统（PIS）服务器、闭路电视系统（CCTV）服务器以及其他系统服务器。LTE的SGi业务接口向上通过控制中心的汇聚交换机、各应用系统及服务器等连接，核心网向下通过传输网络与部署在车站的基站（BBU）建立IP连接，实现LTE网络的eNodeB（基站）与EPC（分组核心网）之间通信接口（S1接口）。

（2）车站子系统。放置TD-LTE基站设备，包括BBU和RRU。每个车站放置的RRU，通过泄漏电缆向线路左右两个方向覆盖，在长区间通过放置区间拉远RRU实现覆盖，区间RRU也连接到车站BBU上。相邻车站的基站通过传输网络建立连接，实现LTE系统的X2接口（基站间BBU接口）。BBU与RRU之间通过用公共无线接口（CPRI）光纤连接。

（3）车载子系统。TD-LTE车载子系统终端TAU部署在列车编组两端的司机车厢，车载天线安装在司机车厢外侧。TAU通过网络接口与列车内交换机连接，实现与列车数据业务信息交互，各车厢间通过以太网组网，利用车载交换机互联。单列编组的前后两端司机车厢各部署一套TAU，TAU连接到车内二层交换网络，车头车尾两台TAU构成主备关系，TAU之间通过心跳协议工作，使用相同的浮动IP向车内闭路电视系统网关设备提供连接服务。

4 结语

乌鲁木齐轨道交通一号线弱电系统工程采用的TD-LTE车地无线通信系统完全满足列车运行要求，对于提升地铁运营管理质量、提高服务水平一样重大。当前，TD-LTE技术在国内轨道交通行业中的应用处于蓬勃发展阶段，应加大研发投入和研究力度，不断实践创新，将更先进的技术理念引入轨道交通无线通信系统建设中，促进轨道交通行业无线通信技术的发展与应用。