TD-LTE系统单网共享基站方案研究

傅广玉，左鸿超，董 超

在某停车场区域有2 条轨道交通线路L1和L2，其地面部分相邻，直线距离不超过30 m，仅有2道栅栏相隔。这2条线路均采用TD-LTE系统承载信号CBTC业务，以及无线电委员会批准下的专网频段A，B网设置。L1的A网1 790～1 795 MHz，B网1 800～1 805 MHz；L2的 A 网 1 795～1800 MHz，B 网 1 800～1 805 MHz。这 2 条线路的 B 网频段完全重叠，存在同频干扰的问题，会造成通信中断，甚至引起列车紧急制动，因此需要采取措施加以解决。

1 情况分析

线路L1和L2B 网存在同频干扰的区域见图1。图 中 编 号 230、 232、 246、 248 等 为 2 条 线 路TD-LTE 系统的基站编号。由于基站230 及248 距离太近，通过调整基站发射功率及常规切换参数均不能有效解决同频干扰问题［1-2］，经过现场勘查，可采取以下解决方案［3-5］。

图1 线路L1、L2B网存在同频干扰的区域

1）物理隔离。在2 条线路中间修建一堵高墙，高于线路的天线立杆，从物理上阻隔2 条线路天线传输信号的干扰。显然成本较高，且不美观，建设部门不同意该方案。

2） 频段拆分。将 B 网 1 800～1 805 MHz 频段拆分，即基站230及248分别采用1 800～1 802.5 MHz及1 802.6～1 805 MHz 频段。这样造成频段变窄，带宽容量变低，会影响列车出库效率，运营部门不同意该方案。

3）局部移频。在相邻停车场区域，将其中一条线的B 网频率调整为1 785～1 790 MHz，这样2 条线的B 网为不同频段，设备厂商需要将车载接入单元进行切换配置。但这2 条线的设备厂商均不支持该方案，而且1 785～1 790 MHz频段需要获得地方无线电委员批准，所以该方案也不可行。

4）基站共享。移除L1的B 网基站248，使L1的TD-LTE网络共享L2的B网基站230。该方案仅需对2 条线的TD-LTE 网络及基站进行修改，不影响CBTC 列车的出库效率，也不会产生太多的费用，故采用该方案。

由于A网不存在干扰，仅对B网进行改造，即为单网共享基站方案。

2 改造方案

2.1 组网改造

1）对L2的B 网核心网及共享基站进行软件升级，修改L2的B 网基站频点及列车接入单元频点，由band 62修改为band 59，使之与L1匹配。

2）在L1和L2B 网停车场设备机房交换机之间增加1 个防火墙设备，采用光口与L1、L2交换机和共享基站连接。

利用防火墙设备，可使L1、L2的核心网和网管服务器之间无法ping通，而共享基站到L1、L2核心网和网管服务器之间能正常通信，且共享基站在L1网管服务器上显示状态正常；共享基站的管理权（配置及维护）仍然由L2的网管服务器负责。

与防火墙连接的1588 交换机端口，需要隔离2 条线路之间的时间同步广播报文，共享基站依旧使用L2的1588时钟系统进行同步。

在共享基站覆盖范围内，L1车辆的CBTC 数据由共享基站通过防火墙设备转发给L1核心网；L2车辆的CBTC 数据由共享基站数据链路接口通过IP 地址发给L2核心网，流程不变。共享基站覆盖范围外，2条线路车辆保持原有通信路径不变。

2.2 软件升级

S1 链路是指TD-LTE 基站与核心网之间的通信链路。共享基站230要同时建立2条S1链路（物理链路只有1 条），分别连接L1和L2的核心网，与L1核心网之间的数据均通过防火墙转发，与L2核心网和其他基站之间的S1 链路维持原样，不受影响。

共享基站需要新增多S1链路和用户设备身份识别功能［2］。多S1链路功能，即共享基站需支持2个以上S1 链路，S1 链路彼此独立，相互不影响；用户设备身份识别功能，基站从接入信令中提取国际移动用户识别码和临时移动用户识别码信息，判定用户设备的线路归属，选择相应的S1链路进行上、下文建立，接入过程信令面分流完成；进行GTP-U（GPRS隧道传输协议）配置时，配置的IP地址信息不需要进行额外处理，支持数据面分流。

为了对用户设备进行身份识别，核心网需要对临时移动用户识别码进行定制化处理，将线路号信息嵌入临时移动用户识别码中，以方便基站对用户设备进行身份识别。

2.3 硬件改造

移除L1的B 网基站248，仅保留天线及天线立杆；在L2的B 网基站射频合路器处为L1新增射频功分器，并通过基站配套线缆连至L1的天线处，天线安装位置需满足L1、L2的无线覆盖信号需求。L1、L2B网共享基站硬件改造见图2。

图2 L1、L2B网共享基站硬件改造

L1、L2与出入段线和库前区域都有2 个切换带，要保持L2原有切换区域和关系不变；调整共享基站附近基站的发射功率及常规切换参数，将库前切换带保持在库外［6-7］。

3 方案验证

为了验证上述方案是否有效，在共享基站覆盖区域进行动车试验，测试L1、L2网络的业务链路、时延和抗干扰能力（丢包率等）。测试时，L1只开启B 网，关闭周围A 网基站功放，车上2 个B 网终端正常接入网络；而且共享基站到L1、L2核心网链路正常ping通后开始测试［6-7］。

注意，各信号厂家CBTC 业务对无线通信丢失的容忍度是不同的，线路上、下行最大时延，L1要求不超过150 ms，L2要求不超过1 500 ms；而上、下行最大连续丢包，L1要求不能超过18 个，L2要求不超过120个。

3.1 单边动车测试

开启共享基站模式后，L1、L2列车单独动车测试正常，无异常事件。但从核心网和基站抓包数据分析来看，L1共享基站附近的B网基站与共享基站230之间出现大量乒乓切换和异常重建现象，其中，下行最大时延119 ms，上行最大时延629 ms，因此需对L1共享基站附近的B网基站参数进行优化。

将L1基站238的发射功率调低（避免信号越区覆盖），并开启小区软频率复用后，L1进行动车测试。通过核心网和基站抓包数据分析，L1指标有明显改善，下行最大时延32 ms，上行最大时延80 ms，满足要求。测试期间L2线列车终端一直驻留在共享基站覆盖范围内［8-10］。

3.2 双边单列车动车测试

在单边动车测试网络优化的基础上，修改L1基站244 和246 网关IP 地址，使之能与共享基站230 ping通，并降低基站244、246的发射功率，在开启小区软频率复用后，L1、L2各开1 辆动车测试。

开启共享基站模式后，两边列车分别跑了3 趟，都是单B 网跑车，测试核心网和基站抓包数据，得到双边单列车动车测试性能指标见表1。

表1 双边单列车动车测试性能指标

L1线虽然在第2、3 趟跑车时，上行出现最大连续丢包数超过18 个，但行车正常；L2线时延和丢包数满足要求，两边跑车均未触发列车紧急制动，共享基站方案支持双边单列车的动车需求。

3.3 双边多列车动车测试

开启共享基站模式进行多列车动车测试。

1）3辆车。L2的2辆车静态驻留在共享基站230覆盖区域处，L1的另一辆车从车库出来进入共享基站230 覆盖区，L1车辆均无紧急制动，但数据显示L2的2辆车终端均出现1 500 ms以上的下行时延；L1的1 辆车时延及丢包数严重超标。时延及丢包数超标是多个TD-LTE车载接收单元之间的干扰所致。

2） 4 辆车。L2的 2 辆车、L1的 1 辆车静态驻留在共享基站230 覆盖区域处，L1的另一辆车从车库出来进入共享基站230覆盖区，虽然L1的行驶车辆无紧急制动，但数据显示L2的2 辆车终端均出现2 000 ms 以上的下行时延；L1的2 辆车时延及丢包数也严重超标。

4 总结

是否采用共享基站方案，应结合线路无线覆盖干扰场景、线路列车的运营密度等情况。上述动车测试证明在共享基站覆盖范围内，该方案能满足2 条线路各一辆列车的CBTC 业务需求；当共享基站覆盖区域有3 或4 辆车时，虽然列车没有出现紧急制动现象，但列车时延及丢包数严重超标。为确保满足线路CBTC 业务需求，在共享基站覆盖范围处每条线路最好只有1辆车运行/驻留。