基于LTE技術的軌道交通信號CBTC綜合承載網(wǎng)絡方案設計與研究

習潔

LTE技術即長期演進技術是一種較為成熟的通信技術，這種通訊技術與WLAN技術相比其應用范圍較小但是卻也有著自身的優(yōu)勢。CBTC是一種基于通信的列車控制，其需要一種網(wǎng)絡通訊技術對其進行支持才能夠被使用，目前來看大部分CBTC采用的都是WLAN通信技術作為基礎支持，WLAN技術雖然有自身較為明顯的優(yōu)勢不過由于其穩(wěn)定性以及安全性的原因使得其盡管廣泛地應用于CBTC當中去卻并不是最為理想的通信技術。LTE在穩(wěn)定性與安全性方面的表現(xiàn)都較為突出因此采用LTE技術來對CBTC進行綜合承載就成為了一個較為受到關注的話題，本文將對給予LET技術的軌道交通信號CBTC綜合承載網(wǎng)絡方案的設計與研究進行分析。

【關鍵詞】LTE技術 CBTC 方案設計 研究

1 WLAN技術存在的問題

1.1 抗干擾能力較差

首先WLAN的信號系統(tǒng)采用的是IEEE 802.11系列協(xié)議的2.4GHz頻段。這一頻段不僅只有WLAN網(wǎng)絡同樣還有著許多其他民用設備，目前來看使用這個頻段的設備在抗干擾技術方面都僅僅能保證在其系統(tǒng)內部不會產(chǎn)生干擾但是卻無法保證與其他設備或者受到外部干擾時依舊不受到干擾。對于CBTC系統(tǒng)而言DCS網(wǎng)絡要求的是雙網(wǎng)冗余，在這樣的去情況下雙網(wǎng)需要采用不同的頻率，而其子系統(tǒng)內可能會因此存在干擾，在乘客信息系統(tǒng)PIS當中其采用的同樣是2.4GHzWLAN技術，這同樣可能會對信號系統(tǒng)網(wǎng)絡造成干擾。而在外部無論是電信的4G網(wǎng)絡還是各類無線路由器以及智能手機等發(fā)出的熱點都會對WLAN網(wǎng)絡造成影響。

1.2 切換過于頻繁無法保證穩(wěn)定性

WLAN的發(fā)生功率是較低的在這樣的情況下其作用于CBTC的時候，發(fā)射功率同樣沒有提升，而如果想要保持WLAN的穩(wěn)定性就必須建立極多的無線接入點即AP這種無線接入點一方面可能會造成功率的衰竭，另一方面在列車高速移動時WLA網(wǎng)絡需要不斷地進行切換而這種切換有著接近500ms的延遲，從而使得通信數(shù)據(jù)延遲也丟失狀況時有發(fā)生。

2 LTE技術的優(yōu)勢

2.1 高抗干擾性

LTE技術在抗干擾性方面要明顯優(yōu)于WLAN系統(tǒng)，其采用的是一種小區(qū)間干擾系統(tǒng)，這種方式是對整個小區(qū)內無線資源的使用進行一定的限制，這種限制可以甄選控制時頻資源并且還能對其資源的發(fā)射功率進行限制。LTE所采用的干擾抑制組合技術IRC對很多不同功能的干擾都予以了預防，其中包括了造影的影響，從而使得其在軌道交通中更加適用。而且LTE本身的租房是極為靈活的，其頻段極多包括了1.4HMz、3HMz、5MHz、10HMz等等不同的頻段，這些頻段目前還沒有被國家進行劃分因此軌道交通可以根據(jù)自身不同的需要來選擇頻段從而減少了因為與民用設備以及各類設備的頻道雷同所造成的干擾。不僅如此，LTE技術所采用的ICIC以及IRC技術可以對系統(tǒng)內部的干擾進行最為有效的避免從而對整體抗干擾效果進行改善。

2.2 高速移動支持

LTE技術本身具有自動頻率控制的功能，通過這一功能可以降低由于時速達到200公里以上時所出現(xiàn)的多普勒頻移效應。這種自動頻率控制功能的實現(xiàn)主要是通過在基站側記手機上使用了AFC頻率糾偏功能，從而使得其在快速狀態(tài)下能夠保持較為穩(wěn)定的頻率而不會因此而產(chǎn)生大量的延遲效應，保證CBTC的系統(tǒng)信息接收正常。

2.3 CBTC信號系統(tǒng)

CBTC-基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)，CBTC系統(tǒng)（Communication Based Train Control System）：隨著通信技術特別是無線電技術飛速發(fā)展，人們開始研究以通信技術為基礎的列車運行控制系統(tǒng)。

CBTC可以使用的雙向無線通信系統(tǒng)種類很多，例如歐洲使用的是GSM-R系統(tǒng)，美國使用擴頻通信等其他多種無線通信系統(tǒng)，中國使用無線自由波、波導管、漏波電纜或三種互相組合的地車信息傳輸方式。目前應用CBTC系統(tǒng)的有美國的紐約地鐵、臺灣的臺北捷運文湖線等，中國大陸也有部分城市軌道交通使用了CBTC系統(tǒng)，如武漢地鐵1號線，上海軌道交通的8號線，北京地鐵（除1號線、5號線、13號線、八通線），廣州地鐵（除1、2、8號線），昆明地鐵等。其中，北京地鐵亦莊線的順利開通標志中國成為繼德國西門子、法國阿爾斯通、加拿大龐巴迪后第四個成功掌握CBTC核心技術并順利開通應用實際工程的國家，實現(xiàn)了全生命周期性價比最高的目標，比引進系統(tǒng)低20%左右。在建項目包括：北京地鐵9號線、北京地鐵10號線（二期）、廣州6號線等。

2.4 LTE技術承載CBTC綜合業(yè)務

本方案所涉及的系統(tǒng)，他在城市軌道交通的控制中心內，一兩套核心設備并行，兩套設備，是以網(wǎng)絡相連，接分為a b雙網(wǎng)，承載頻寬為5到15赫茲，，用于承載c b d c控制的信息。另外一套在承載c b d c控制的信息的同時預測在CCTV，數(shù)字集群和其他行業(yè)業(yè)務信息相結合，而流行的系統(tǒng)和高安全性的要求，對于c b d c等于無限網(wǎng)絡調度系統(tǒng)之間的信息技術，在調度室要時刻注重其技術特性。

3 LTE技術承載CBTC綜合業(yè)務網(wǎng)絡的方案設計

首先我們需要考慮的是方案設計中核心網(wǎng)設備的套數(shù)，即布置幾套核心網(wǎng)設備，通常情況下我們都會部署兩套核心網(wǎng)設備，并在車站部署兩套基帶處理單元設備，這兩套設備的頻段都是完全獨立的。這兩套網(wǎng)絡我們成為A網(wǎng)與B網(wǎng)，這兩套網(wǎng)絡的工恩能夠有著一定的不同，首先A網(wǎng)主要是用于信號系統(tǒng)網(wǎng)絡，其承載的只有單獨的CBTC控制系統(tǒng)，使用的頻段是較為穩(wěn)定的5MHz頻寬。B網(wǎng)則承載的信息較多，其包括了備用的CBTC控制類信息，以及PIS車載CCTV和數(shù)字集群等各類其他業(yè)務信息，在這樣的情況下其采用的是頻寬更好的15MHMz。在這里值得注意的是如果對于安全性能的要求較高可以考慮將A網(wǎng)與車站的GPS系統(tǒng)天線進行單獨設置，這樣可以大幅度提高安全性能但是最大的問題在于其無論是建設成本還是維護成本都相對較高。不過如果車站本身存在的兩個基帶處理單元設備同時使用一個GPS天線，則會使得GPS天線在安裝的時候對于其位置的選擇以及性能的要求都有所提升，并且在這種情況下必須在對整個方案系統(tǒng)進行設計時有限考慮GPS預留安裝的位置以及其走線的位置，并且如果位置較高或者周圍較為空曠則必須考慮安裝相應的避雷裝置，并且也需要考慮到信號的范圍問題，在信號較弱的情況下應當安裝信號放大器從而確保時鐘信號的傳輸。

4 結束語

我國的軌道交通發(fā)展十分迅速并且隨著地鐵、輕軌等城市軌道交通工具的不斷出現(xiàn)使得軌道交通在我國城市內部也較為普遍，在這樣的情況下作為整個軌道交通的核心協(xié)調與指揮中心的CBTC如何提高自身的穩(wěn)定性與安全性從而確保軌道交通信號的正常避免意外發(fā)生就成為了一個較為重要的命題。LTE技術實際上是一種4G技術，其與目前的WLAN的3G技術相比無論是在速率上還是在穩(wěn)定性、可靠性以及抗干擾能力方面都有著較為明顯的優(yōu)勢，因此在我國的城市軌道交通當中大量地對這種技術進行應用是較為有必要的，這不僅可以使得CBTC的穩(wěn)定性與安全性更高也可以對我國網(wǎng)絡技術的應用發(fā)展做出一定的貢獻。

參考文獻

[1]陳琦.基于LTE技術的CBTC綜合承載網(wǎng)絡方案設計與研究[J].城市軌道交通研究，2015，18（11）：35-39.

作者單位

中鐵一局集團電務工程有限公司 陜西省西安市 710038