市域鐵路多網(wǎng)融合解決方案

劉 魁

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 武漢 430063)

市域鐵路多網(wǎng)融合解決方案

劉 魁

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 武漢 430063)

市域鐵路各無線傳輸系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)，分別運(yùn)營維護(hù)，增加了前期建設(shè)投資和后期運(yùn)維成本。通過分析市域鐵路各業(yè)務(wù)承載需求，比選當(dāng)前主流無線通信技術(shù)，提出基于TD-LTE技術(shù)的綜合承載信號CBTC(基于通信的列車自動(dòng)控制)系統(tǒng)、PIS(乘客信息系統(tǒng))、無線語音調(diào)度系統(tǒng)、列車狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和AFC(自動(dòng)售檢票)系統(tǒng)手持終端在線傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)的多網(wǎng)融合解決方案，并介紹在工程實(shí)際中TD-LTE頻率資源的選擇和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建，為后續(xù)市域鐵路車地?zé)o線通信系統(tǒng)的建設(shè)提供參考和借鑒。

市域鐵路； 承載需求； 主流無線通信技術(shù)； 多網(wǎng)融合； TD-LTE

市域鐵路是站間距、速度目標(biāo)值等參數(shù)介于國家干線鐵路和城市軌道交通兩者之間的一種新型交通制式，在市域范圍內(nèi)為市民提供中短距離的快速出行服務(wù)。市域鐵路一般具有如下三個(gè)特點(diǎn)：線路長，通常介于50～80 km之間；站間距大，一般在3～5 km之間；速度目標(biāo)值高，設(shè)計(jì)時(shí)速120～160 km/h。市域鐵路連接城市核心區(qū)與外圍組團(tuán)，發(fā)展空間較大，對新型城鎮(zhèn)化發(fā)展帶動(dòng)較強(qiáng)，是最契合新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的軌道交通方式，比較典型的案例有浙江省城際圈內(nèi)的臺州、溫州市域鐵路,金義東城際鐵路等。

車地?zé)o線通信系統(tǒng)是市域鐵路車地之間語音、數(shù)據(jù)等交互信息的載體，承擔(dān)著傳輸列車運(yùn)行監(jiān)控、運(yùn)營調(diào)度、列車控制等眾多業(yè)務(wù)功能，對于保障列車運(yùn)營安全、提高運(yùn)輸效率、提升現(xiàn)代化管理水平有著重要的作用。

1 國內(nèi)現(xiàn)狀

車地?zé)o線通信作為市域鐵路保障安全運(yùn)營的重要手段，承載了包括但不限于如下系統(tǒng)的車地?zé)o線通信業(yè)務(wù)[1]：基于通信的列車運(yùn)行控制(CBTC)系統(tǒng)，完成對車輛安全行駛的控制功能；專用無線語音調(diào)度通信，實(shí)現(xiàn)司機(jī)之間和司機(jī)與地面各級運(yùn)營管理人員之間的語音通信；列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測車輛運(yùn)行期間關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；車輛視頻監(jiān)視系統(tǒng)(CCTV)，用于車內(nèi)視頻圖像的實(shí)時(shí)上傳；乘客信息系統(tǒng)(PIS)，用于運(yùn)營服務(wù)信息發(fā)布和緊急信息發(fā)布；PCA(便攜式驗(yàn)檢票機(jī))在線信息傳送，實(shí)現(xiàn)AFC(自動(dòng)售檢票)手持終端設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，完成該設(shè)備的在線式交易。

伴隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，多種無線通信技術(shù)被引入城市軌道交通行業(yè)。目前在各個(gè)城市的地鐵建設(shè)中廣泛采用TETRA(泛歐集群無線電)承載語音調(diào)度通信、WLAN(無線局域網(wǎng))承載車地之間的數(shù)據(jù)通信。TETRA系統(tǒng)技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，但目前該設(shè)備主流廠家只有MOTOROLA和AIRBUS(原EADS)兩家，而且都是國外廠家，系統(tǒng)造價(jià)較高，在售后服務(wù)、知識產(chǎn)權(quán)壁壘,特別是互聯(lián)互通等方面仍存在一定的問題。就寬帶數(shù)據(jù)通信而言，由于市域鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速較高(通常不小于120 km/h)，WLAN技術(shù)無法解決高速移動(dòng)帶來的頻偏問題，無法滿足高速移動(dòng)下的寬帶接入，亟須尋求一種新的技術(shù)解決高速移動(dòng)情況下的寬帶接入問題。

另一方面，各個(gè)系統(tǒng)車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)分別獨(dú)立建設(shè)且越來越復(fù)雜，無線通信投資也越來越多，不利于實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的資源共享和建設(shè)成本控制，而且各系統(tǒng)單獨(dú)建網(wǎng)均設(shè)置了大量的區(qū)間設(shè)備，增加了區(qū)間設(shè)備安裝的協(xié)調(diào)工作量，同時(shí)大大提高了后期運(yùn)營維護(hù)的成本。探討市域鐵路無線通信綜合承載方案，能在物理上、邏輯上最大限度地降低系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)，對提高系統(tǒng)可靠性、降低工程投資和后期運(yùn)維成本具有極其重要的意義。從資源共享角度考慮，多網(wǎng)融合是未來市域鐵路乃至城市軌道交通無線承載網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

2 業(yè)務(wù)需求

市域鐵路無線通信承載的業(yè)務(wù)主要有信號CBTC系統(tǒng)、車載CCTV系統(tǒng)、PIS、專用無線語音調(diào)度系統(tǒng)、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、PCA在線信息傳送等。以下按無線小區(qū)大小為1.2 km(RRU(遠(yuǎn)端射頻模塊)的覆蓋距離)，每個(gè)小區(qū)內(nèi)最多按4列車來進(jìn)行各業(yè)務(wù)的帶寬分析計(jì)算。

2.1CBTC系統(tǒng)需求

信號CBTC系統(tǒng)的主要作用為列車間距及速度防護(hù)、列車自動(dòng)運(yùn)行與調(diào)度，是城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分[2]，也是保證列車和乘客安全，實(shí)現(xiàn)列車高效運(yùn)行、指揮管理有序的自動(dòng)控制系統(tǒng)。CBTC系統(tǒng)車地傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要為列車位置、運(yùn)行控制、移動(dòng)授權(quán)等信息。該業(yè)務(wù)應(yīng)用層要求低速準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能夠可靠傳輸，控制層要求邏輯通道具備最高優(yōu)先級，通道層要求信道獨(dú)立、可靠性高而且主備冗余，因而一般要求建設(shè)雙網(wǎng)并進(jìn)行冗余覆蓋。根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會【2015】008號文[3]，信號CBTC系統(tǒng)需占用上下行各512Kb/s的帶寬。

2.2CCTV系統(tǒng)需求

車載CCTV系統(tǒng)用于對列車內(nèi)的視頻進(jìn)行監(jiān)視，并為應(yīng)急調(diào)度指揮提供實(shí)時(shí)的車內(nèi)動(dòng)態(tài)圖像信息。CCTV列車監(jiān)控業(yè)務(wù)一般要求可同時(shí)上傳2路或4路視頻，每路視頻傳輸速率為1～2Mb/s。本次分析按目前城市軌道交通中主流的上傳2路D1格式要求，上行帶寬需求為2×2Mb/s=4Mb/s，下行視頻控制命令所需帶寬按100Kb/s考慮。

2.3PIS需求

PIS用于列車車廂內(nèi)的資訊發(fā)布、乘客指引信息的視頻展播。PIS車地傳輸數(shù)據(jù)主要為視頻信息。PIS圖像采用標(biāo)清圖像質(zhì)量，每列車業(yè)務(wù)信息承載帶寬為下行2Mb/s。在正常情況下，無線小區(qū)內(nèi)有兩列車，PIS圖像下發(fā)播放的帶寬需求為2×2Mb/s=4Mb/s(下行信息)。在有條件時(shí)，采用高清(1080p)圖像質(zhì)量預(yù)設(shè)業(yè)務(wù)信道帶寬，則每路圖像帶寬需求為下行4～6Mb/s。緊急文本為下行信息，帶寬需求為10Kb/s?？紤]補(bǔ)包所需占用的帶寬，PIS所需下行傳輸帶寬需求按6Mb/s考慮。

2.4專用無線通信系統(tǒng)需求

專用無線通信系統(tǒng)是為控制中心調(diào)度員、車輛段/停車場調(diào)度員、車站值班員等固定用戶與列車司機(jī)、防災(zāi)、維修等移動(dòng)用戶之間提供迅速、有效的通信手段，是提高運(yùn)輸效率、確保行車安全及應(yīng)對突發(fā)事件的必要保障。專用無線語音調(diào)度帶寬要求按照一個(gè)小區(qū)并發(fā)10路無線通話考慮，包括選呼、組呼、全呼和緊急呼叫任何一種呼叫形式，每路呼叫帶寬需要32Kb/s，10路并發(fā)需要320Kb/s。視頻呼叫的速率按照384Kb/s考慮，并按2路視頻呼叫預(yù)留，語音業(yè)務(wù)帶寬需求約為1Mb/s。

2.5列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)需求

車輛狀態(tài)信息上傳系統(tǒng)主要將列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測信息實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)上傳，為列車的檢修計(jì)劃制定以及故障的發(fā)現(xiàn)和處理提供數(shù)據(jù)支撐。列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)為單向傳輸，即只有列車到地面的上行傳輸，而沒有地面到列車的下行傳輸。列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的采集量有1500個(gè)開關(guān)量，每個(gè)1bit；500個(gè)模擬量，每個(gè)2bit。這樣一次采集的信息量為9.5Kbits，采集周期為300ms一次，按每秒4次計(jì)算，傳輸速率為38Kb/s?？紤]一定的信息傳輸余量，共需要傳輸?shù)乃俾蕿?00Kb/s。

2.6PCA在線信息傳送需求

PCA在線信息傳送主要實(shí)現(xiàn)AFC手持終端設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，完成該設(shè)備的在線式交易，可在應(yīng)對突發(fā)及大客流事件時(shí)保證乘客快速進(jìn)出車站。PCA無線通信的業(yè)務(wù)需求包括下載參數(shù)數(shù)據(jù)、下載黑名單數(shù)據(jù)、上傳交易數(shù)據(jù)(如有)、下載更新軟件等。PCA的交易記錄一次可傳輸1000條，每條1Kbit；這樣一次傳輸?shù)男畔⒘考s為1Mbit，1s內(nèi)傳輸完成，傳輸帶寬按上下行各1Mb/s考慮。

市域鐵路車地?zé)o線通信業(yè)務(wù)需求總結(jié)見表1[4]。按照一個(gè)RRU范圍內(nèi)4列車計(jì)算，考慮一定的發(fā)展預(yù)留，建議上行帶寬不小于12Mb/s，下行帶寬不小于15Mb/s。

表1 各業(yè)務(wù)無線承載需求

3 無線通信技術(shù)選擇

目前可采用的移動(dòng)寬帶無線技術(shù)主要有WLAN、McWiLL(multi-carrier wireless information local loop，多載波無線信息本地環(huán))、DVB-T(地面數(shù)字電視廣播)和TD-LTE等。在城市軌道交通中車地寬帶通信應(yīng)用較多的技術(shù)是WLAN和McWiLL，還有部分采用DVB-T技術(shù)，如武漢、長沙、南昌、重慶等城市。車地語音通信廣泛采用TETRA技術(shù)，但TETRA屬于窄帶通信技術(shù)，而且無后續(xù)演進(jìn)方案，無法滿足軌道交通寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載需求。

3.1WLAN技術(shù)

WLAN是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有使用方便、造價(jià)低、傳輸速率高等特點(diǎn)。但其也有一定的局限性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[4]：

1) 運(yùn)行速度限制。無線局域網(wǎng)不是為高速移動(dòng)設(shè)計(jì)的。目前的仿真和研究表明，如果速度超過120km/h，就會導(dǎo)致誤碼率急劇增加，不能滿足如市域鐵路(設(shè)計(jì)時(shí)速120～160km/h)等時(shí)速較高線路的車地寬帶數(shù)據(jù)通信需求。

2) 覆蓋距離短、鏈路設(shè)計(jì)復(fù)雜。目前CBTC、PIS和CCTV系統(tǒng)的無線通信工作在ISM(industrial scientific medical，工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用)頻段。國家無線電管理局規(guī)定該頻段最大發(fā)射功率100MW，這使得系統(tǒng)需要在線路沿線部署大量的AP及附屬設(shè)備，系統(tǒng)建設(shè)和后期維護(hù)的工程量大大增加。另外，列車在運(yùn)行過程中頻繁在AP間切換，降低了通信服務(wù)水平。

3) 無線干擾嚴(yán)重。無線局域網(wǎng)工作在開放頻段，很多民用設(shè)備也工作在這一開放頻段，如：便攜式WIFI設(shè)備、藍(lán)牙、微波爐等，它們可能會對城市軌道交通的車地?zé)o線傳輸產(chǎn)生干擾。2012年8～11月，深圳地鐵2號線和5號線就多次發(fā)生由于無線干擾而影響列車運(yùn)營的事故。

4) 多業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)無法保障QoS(quality of service，服務(wù)質(zhì)量)，也無法保證高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的實(shí)際使用帶寬，不適用于綜合承載。在同時(shí)傳輸CBTC、列車狀態(tài)監(jiān)測、CCTV和PIS圖像時(shí)，缺乏高優(yōu)先級業(yè)務(wù)帶寬保障就不能確保CBTC信息的傳輸，影響用戶的業(yè)務(wù)發(fā)展。

3.2McWiLL技術(shù)

McWiLL寬帶無線接入系統(tǒng)是由北京信威通信技術(shù)股份有限公司自主研發(fā)的新一代寬帶無線接入技術(shù)。McWiLL適合小頻寬的寬帶系統(tǒng)，而在大頻寬如15MHz的情況下，McWiLL所能提供的總帶寬較小，頻率利用率較低，最大數(shù)據(jù)速率僅為15Mb/s，這在頻率資源異常緊張的軌道交通領(lǐng)域，顯然有些“水土不服”。另外，McWiLL鮮有鏈狀組網(wǎng)的案例，而且其尚未進(jìn)入軌道交通領(lǐng)域，僅應(yīng)用在部分城市有軌電車，對軌道交通移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用還有待研究和觀察。此外McWiLL在時(shí)速120km/h時(shí)對移動(dòng)性支持較好，高于該速度情況下的傳輸性能目前暫無詳細(xì)的實(shí)測數(shù)據(jù)支撐。

3.3DVB-T技術(shù)

DVB-T(地面數(shù)字電視廣播)標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字視頻的地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)。DVB標(biāo)準(zhǔn)采用MPEG-2視音頻編碼以及COFDM調(diào)制方式，理論可達(dá)16Mb/s。DVB-T技術(shù)傳輸帶寬較大，可以采用單頻技術(shù)組網(wǎng)完成無縫切換，有較好的覆蓋效果，同時(shí)對移動(dòng)性功能具有良好的支撐。但該技術(shù)也存在如下缺點(diǎn)：通常只能單向廣播發(fā)送下行信息，不能將車廂內(nèi)的視頻監(jiān)視信息上傳到中心；為解決實(shí)時(shí)雙向傳輸，需要增加其他輔助手段，提高了系統(tǒng)的復(fù)雜性及投資；目前僅烽火通信開發(fā)了基于該技術(shù)的產(chǎn)品，存在設(shè)備產(chǎn)品單一、缺乏競爭性等問題，無法得到廣泛的展開應(yīng)用。

3.4TD-LTE技術(shù)

TD-LTE是具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的第四代移動(dòng)通信技術(shù)，擁有高速率、大帶寬等特點(diǎn)，同時(shí)將數(shù)字集群技術(shù)中的資源共享、快速呼叫建立、指揮調(diào)度等特點(diǎn)與TD-LTE進(jìn)行了融合,使TD-LTE系統(tǒng)成為集語音、數(shù)據(jù)、視頻為一體的新一代寬帶多媒體數(shù)字集群系統(tǒng)。 TD-LTE技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[7]：

1) 移動(dòng)性的支持[8]。為解決高速移動(dòng)下的多普勒頻偏，LTE設(shè)計(jì)時(shí)在基站側(cè)接收機(jī)采用AFC(automatic frequency control，自動(dòng)頻率控制)進(jìn)行頻率糾偏。TD-LTE終端支持350km/h的移動(dòng)速度，目前已在高鐵和上海磁懸浮等進(jìn)行實(shí)際測試，效果良好。

2) 大帶寬。在20MHz頻寬的情況下，TD-LTE的下行峰值速率能達(dá)到100Mb/s，上行能達(dá)到50Mb/s[9]，根據(jù)業(yè)務(wù)帶寬需求分析，其帶寬能很好地滿足市域鐵路各業(yè)務(wù)的綜合承載，同時(shí)在小區(qū)邊界處增加小區(qū)邊界比特速率，保證小區(qū)邊緣用戶的使用。

3) 覆蓋范圍廣。TD-LTE小區(qū)的覆蓋范圍大大超過WLAN無線接入點(diǎn)的覆蓋范圍。一方面TD-LTE系統(tǒng)采用先進(jìn)的信號處理技術(shù)，設(shè)備的接收靈敏度優(yōu)于WLAN設(shè)備;另一方面，TD-LTE系統(tǒng)一般使用專用頻段，設(shè)備可以采用更高的發(fā)射功率，使得覆蓋范圍增大。

4) 多級QoS保障。LTE系統(tǒng)具備先進(jìn)的業(yè)務(wù)優(yōu)先級調(diào)度算法，可以根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級對不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)度。LTE系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)9個(gè)調(diào)度優(yōu)先級，并且按照預(yù)定義的可能承載業(yè)務(wù)類型，對應(yīng)不同的服務(wù)質(zhì)量(延時(shí)、丟包等)要求，定義了9個(gè)QCI(服務(wù)質(zhì)量類別標(biāo)識)，系統(tǒng)根據(jù)QCI對應(yīng)的優(yōu)先級進(jìn)行資源分配和調(diào)度。在城市軌道交通車地通信環(huán)境下，可以保證CBTC等業(yè)務(wù)的高可靠傳輸。

5) 高可靠性。市域鐵路中信號的車地?zé)o線通信系統(tǒng)一般要求雙網(wǎng)覆蓋，TD-LTE無線設(shè)備采用端到端高可靠性設(shè)計(jì)，基站的BBU/RRU可共站址覆蓋，也可交織冗余覆蓋。BBU可進(jìn)行1+1的熱備份，當(dāng)單個(gè)CPRI接口故障，會及時(shí)切換到另一個(gè)BBU處理，不中斷業(yè)務(wù)，提供高可靠性的覆蓋。核心網(wǎng)的各邏輯設(shè)備既可以進(jìn)行單板備份，也可以采用設(shè)備1+1備份。從使用頻段的角度看，工業(yè)和信息化部頒布了《關(guān)于重新發(fā)布1785～1805MHz頻段無線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知》，從政策上為專用頻率資源提供了保障，有效解決了WLAN使用公共頻段帶來的干擾問題。

6) 技術(shù)開放性和成熟度。目前TD-LTE的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已逐漸成熟，應(yīng)用于軌道交通的LTE-M系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范也呼之欲出，國內(nèi)有成熟產(chǎn)品的廠家也較多，主要有華為、中興、烽火、大唐、普天等。TD-LTE目前在運(yùn)營商4G網(wǎng)絡(luò)中已全面鋪開進(jìn)行商用，在北京、天津、南京等城市政務(wù)網(wǎng)中自2012年運(yùn)營以來表現(xiàn)良好，在軌道交通中的應(yīng)用也日趨廣泛，不僅應(yīng)用于PIS車地?zé)o線系統(tǒng)，還在溫州、寧波、廣州等地應(yīng)用于語音調(diào)度，在武漢、北京、重慶、西安、烏魯木齊等地應(yīng)用于信號CBTC列控信息的承載。

綜合考慮以上各個(gè)方面的因素，TD-LTE相比其他技術(shù)更適用于市域鐵路各業(yè)務(wù)的綜合承載。

4 TD-LTE頻率資源選擇

根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)工信部1 785～1 805 MHz頻段使用事宜通知(工信部無[2015]65號)及有關(guān)落實(shí)工作的意見》(中城軌[2015]008號)，可用于城市軌道交通的專用頻段為1 785～1 805 MHz。

根據(jù)計(jì)算，LTE系統(tǒng)采用10 MHz組網(wǎng)時(shí)，下行最高邊緣速率最大取值9.9 Mb/s，上行最高邊緣速率最大取值9.128 Mb/s，考慮到實(shí)際工程環(huán)境，預(yù)計(jì)只能達(dá)到雙向15 M的傳輸帶寬。而LTE系統(tǒng)采用15 MHz組網(wǎng)時(shí)，下行最高邊緣速率最大取值14.85 Mb/s，上行最高邊緣速率最大取值13.68 Mb/s，考慮到實(shí)際工程環(huán)境，可以達(dá)到雙向22 M的傳輸帶寬，滿足表1中的承載要求。

LTE網(wǎng)絡(luò)支持的帶寬可以為1.4、3、5、10、15或20 MHz[10]，不同頻段上終端支持的帶寬是上述6種帶寬的全部或其中幾種。若采用綜合承載，考慮系統(tǒng)可靠性和冗余要求，采用A、B雙網(wǎng)進(jìn)行承載，其中A網(wǎng)單獨(dú)承載信號CBTC信息，B網(wǎng)綜合承載信號CBTC、PIS、CCTV和語音調(diào)度等業(yè)務(wù)。按上述分析，綜合承載的單網(wǎng)至少需要15 MHz的頻率，鑒于可申請頻段只有20 MHz資源，另一張網(wǎng)只能采用5 MHz組網(wǎng)。

綜上所述，建議申請1 785～1 805 MHz頻率的配置方案，向當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理部門爭取申請到20 MHz頻譜，其中5 MHz用于LTE-M A網(wǎng)、15 MHz用于LTE-M B網(wǎng)。如果不能達(dá)到該頻率要求，則必須考慮舍棄部分可選承載的業(yè)務(wù)，此時(shí)則無法完全實(shí)現(xiàn)真正意義上的多網(wǎng)融合方案。

5 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

目前在市域鐵路項(xiàng)目中，TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)除了傳輸、電源及接地基礎(chǔ)系統(tǒng)外，整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)分為3個(gè)子系統(tǒng)，依設(shè)置地點(diǎn)分別為：控制中心子系統(tǒng)、無線子系統(tǒng)(宏基站BBU/RRU+無線覆蓋)、車載無線子系統(tǒng)[11]，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 市域鐵路LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 Suburban rail transit LTE network structure

5.1控制中心子系統(tǒng)

控制中心子系統(tǒng)放置各專用系統(tǒng)的中心設(shè)備，包括TD-LTE核心網(wǎng)(含TD-LTE核心網(wǎng)EPC和集群業(yè)務(wù)服務(wù)器DSS )、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、CCTV和PIS等業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器、信號ATS服務(wù)器、調(diào)度服務(wù)器、二次開發(fā)網(wǎng)管及TD-LTE基站設(shè)備。

通過TD-LTE核心網(wǎng)EPC向上與各類業(yè)務(wù)控制平臺CCTV中心、PIS系統(tǒng)、CBTC系統(tǒng)、AFC系統(tǒng)等其他系統(tǒng)進(jìn)行連接。對于集群業(yè)務(wù)，通過設(shè)置調(diào)度服務(wù)器DSS提供專業(yè)的無線集群調(diào)度業(yè)務(wù)，并在控制中心調(diào)度大廳設(shè)置調(diào)度臺設(shè)備。

5.2無線子系統(tǒng)

無線子系統(tǒng)在車站設(shè)置BBU和RRU基站設(shè)備。通過基站設(shè)備實(shí)現(xiàn)本車站內(nèi)的覆蓋，區(qū)間信號覆蓋采用漏纜的方式，并通過RRU拉遠(yuǎn)實(shí)現(xiàn)對長大區(qū)間的覆蓋。各車站值班員處設(shè)置車站TD-LTE固定電臺，并配備部分便攜臺供移動(dòng)作業(yè)人員使用。

無線子系統(tǒng)在車輛段和停車場設(shè)置BBU，在機(jī)房所在樓的樓頂立桿架設(shè)天線對整個(gè)段場進(jìn)行覆蓋，對于部分封閉的區(qū)域如檢查庫等通過增加RRU和天線進(jìn)行覆蓋。在信號樓內(nèi)設(shè)置行車調(diào)度臺，運(yùn)轉(zhuǎn)值班室設(shè)置運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)度臺，并配備部分便攜臺供車輛段/停車場移動(dòng)作業(yè)人員使用(見圖2)。

圖2 無線子系統(tǒng)構(gòu)成示意Fig.2 Schematic Diagram of Wireless Subsystem

5.3車載子系統(tǒng)

車載子系統(tǒng)在列車上設(shè)置集群車載臺和車載TAU(列車接入單元)數(shù)據(jù)終端設(shè)備，集群車載臺放置在列車前后司機(jī)室內(nèi)，為司機(jī)提供無線集群調(diào)度通信，前后司機(jī)車廂各部署1套TAU，以主備方式工作。車頭車尾的頂部部署2套鯊魚鰭天線，車體底部側(cè)面各部署1套定向天線，共8副天線。而TD-LTE集群車載臺與TAU通過合路器共用車載天線。

TAU通過以太網(wǎng)接口與車內(nèi)交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)TAU與車內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的信息交互。車載視頻、PIS流媒體信息、列車運(yùn)行狀態(tài)信息通過TAU經(jīng)LTE進(jìn)行上傳或下發(fā)。

6 結(jié)語

市域鐵路無線通信系統(tǒng)承載著語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)，隨著線網(wǎng)和用戶需求的增多，專網(wǎng)通信從窄帶、獨(dú)立設(shè)置的無線通信向各業(yè)務(wù)融合一體的寬帶無線通信網(wǎng)發(fā)展已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的趨勢，而且業(yè)務(wù)種類越來越豐富，帶寬需求也越來越大。

各系統(tǒng)單獨(dú)建網(wǎng)帶來頻率利用率低、重復(fù)建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)工作量大等種種問題，綜合承載有利于優(yōu)化設(shè)備組成，減少設(shè)備數(shù)量，節(jié)約前期工程投入，還能大大降低后期的運(yùn)營維護(hù)成本。目前各個(gè)城市已逐步開展基于TD-LTE技術(shù)的綜合承載應(yīng)用，根據(jù)申請到的頻率資源情況，有的城市如烏魯木齊1號線、寧波3號線采用部分業(yè)務(wù)的綜合承載，也有部分城市如南京寧高城際采用了全業(yè)務(wù)的綜合承載。從頻率資源、政策支持、頻率資源的保障、TD-LTE技術(shù)綜合承載的適用性和經(jīng)濟(jì)合理性等多種角度來看，綜合承載在市域鐵路中有著廣闊的應(yīng)用前景。

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The Solution of Multi-network Integration in Suburban Rail Transit

LIU Kui

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co. Ltd., Hubei Wuhan 430063)

As a new type of rail transport, suburban rail transit has gradually become the mainstream mode of construction in the second-tier and the third-tier cities. Wireless communication system in suburban rail transit is constructed independently at present, which leads to the increase of early investment and follow-up maintenance costs. Through analyzing the demand of each kind of cab-ground traffic load, as well as advantages and disadvantages of various mainstream wireless communication technologies, this paper proposed a solution of multi-network integration based on TD-LTE technology, including CBTC signal system, PIS system, wireless voice dispatching system, train status monitoring system and AFC handheld terminal online transmission. Moreover, how to select frequency resources and how to build network architecture are described.

suburban rail transit; requirement of carrying; mainstream wireless communication technology; multi-network integration; TD-LTE

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.05.019

2016-11-22

2016-12-30

劉魁，男，碩士，高級工程師，從事軌道交通通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，kuiliu_crcc@139.com

重大項(xiàng)目: 溫州市域鐵路S1線一期工程

U231

A

1672-6073(2017)05-0103-06

(編輯：王艷菊)