论文部分内容阅读
摘 要：介绍城轨信号系统中车-地无线通信系统的主要功能，分析WLAN技术、TD-LTE技术的优缺点，同时结合长沙地铁5号线，对TD-LTE设备的安装、调试以及关键性能指标进行分析。
关键词：TD-LTE、WLAN、车-地无线通信系统、CBTC;
一、 概述
随着人们日益增长的出行需求，地铁出行凭借其运行间隔时间短、无堵车风险等优势成为了国内大部分上班族的首选。城轨CBTC信号系统作为地铁安全运行最重要系统之一，其功能主要是通过地面信号设备控制地铁列车按规定进路、规定速度运行，以确保列车的运行安全。在城轨CBTC信号系统中，地面信号设备与列车车载设备通过无线通信系统进行双向的数据交互，无线通信系统传输着涉及行车安全的重要数据信息。随着列车运行速度及运营能力的提升，也对无线通信系统的稳定性、可靠性提出了更高的要求。
二、 车-地无线通信系统介绍
目前，国内各城市地铁线路车-地无线通信系统主要采用TD-LTE技术和WLAN技术。既有地铁线路车-地无线通信系统大多采用WLAN技术，而新建线路或改造线路基本采用TD-LTE技术。在地铁CBTC信号系统中，WLAN技术逐步被TD-LTE技术所替代，以下对WLAN技术的缺点以及TD-LTE技术的优点进行对比、分析：
2.1 WLAN技术的缺点：（1）每个150m-200m安装一个轨旁AP，成本高;（2）单AP故障率高，运营维护压力大;（3）民用信号同频干扰大;（4）不适应高速移动环境;（5）QOS服务质量低，仅支持4个优先级;
2.2 TD-LTE技术的优点：（1）抗干扰能力强;（2）每1.2km设置一台RRU，维护简单;（3）设备数量少，建设成本低;（4）支持高速移动环境;（5）QOS服务质量高，支持9个优先级调度，带宽充足;
经过运营实践证明WLAN技术已能够为地铁车-地通信提供稳定、可靠的双向通信通道，但是随着地铁列车运行速度的提升以及综合承载业务（PIS、CCTV等）的加入，将不能满足运营需求。而TD-LTE技术恰好弥补了WLAN技术的不足，成为现阶段车-地无线通信的主流技术。
三、TD-LTE技术在地铁建设实例中的运用
3.1 TD-LTE在地铁CBTC信号系统的运用概述
长沙地铁5号线车-地无线通信系统采用基于3GPP标准的TD-LTE无线通信技术，主要为轨旁ZC、CI、ATS与车载ATP/ATO设备提供通信通道，网络均采取冗余双网设置，分别为A/B网，两张网络相互独立，并行工作，互不影响。由于信号系统数据关乎行车安全，极其重要，所以，A网只承载信号系统数据，B网同时承载信号系统数据及CCTV、PIS、列车状态信息、紧急文本等综合承载数据。
3.2 地铁TD-LTE技术主要组成设备
地铁TD-LTE技术主要由EPC核心网、BBU、RRU、车载终端TAU、天线以及同轴漏泄电缆组成。设备均采用冗余双套配置，以提高系统的可靠性。其主要组成部分及功能如下：
1）EPC核心网设备
EPC核心网设备分别放置在控制中心信号设备室和正线集中站信号设备室，通过SGi接口与信号系统的骨干环路的交换机相连，继而连接到信号系统的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO等信号系统各子系统设备。核心网EPC通过S1接口与基站系统的BBU相连。
2）BBU（基带控制单元）
BBU设备放置在正线集中站及车辆段/停车场信号设备室。向上，连接骨干网交换机，通过S1接口与EPC核心网连接。向下，通过光缆与轨旁RRU设备相连。
3）RRU（射频拉远单元）
RRU设备主要安装在轨旁、车辆段/停车场、试车线信号覆盖区域。BBU通过Ir接口光纤拉远与RRU相连接，A/B双网的基站采用不同的光缆回路。A/B双网的RRU同站址部署，采用合路器合路，行车线路区间（含车站、区间及出入场/段线）虑采用双网单侧区间单漏缆方案覆盖;对站台区无法敷设漏缆的车站（如：侧式站台区）采用定向天线覆盖;车辆段敞开部分采用定向天线覆盖;场内封闭单体（运用库等）采用小天线或定向天线覆盖;试车线采用双网单漏缆覆盖。
4）车载终端TAU
车载终端TAU部署在列车编组的前后司机车厢，两套TAU分别驻留在A/B网上。TAU天线安装在司机车厢车头和车尾，并保持与漏泄同轴电缆尽量短的距离以及视线的无遮挡，保持良好无线传输。TAU通过以太网接口与车载ATP/ATO连接，从而建立了车载ATP/ATO到信号系统的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO之间的点到点连接。
3.3 抗干扰方案
TD-LTE网络主要干扰来源于A/B双网漏缆间干扰、同频组网下的临区干扰。
3.3.1 A/B双网漏缆间干扰分析
当A/B网漏纜产生干扰时，主要原因为两个网络的发送和接收不同步，则会由于杂散和外辐射产生互相干扰，所以必须保证A/B网时隙配比和特殊时隙配比一致，同时保持时钟同步一致，才能有效消除干扰。
3.3.2 同频组网下的临区干扰
当小区边缘的下行业务受临区导频和业务干扰导致信噪比降低，从影响小区下行吞吐量，出现丢包的情况，导致列车降级。可以通过修改参数设置，提前进行小区切换的方式，优化小区边缘吞吐量，从而解决临区干扰。
四、结论及未来展望
综上通过对TD-LTE技术和WLAN技术的应用现状、组成结构和性能指标进行对比、分析可以看出，城轨信号车-地无线通信系统采用TD-LTE技术具有抗干扰能力强、能适应高速环境、维护简单的优势。同时，在采用综合承载的网络方式，更加节省了建设成本，提高了设备带宽利用率。目前，5G通信技术越来越成熟，随着深圳地铁首例车-地无线通信采用5G技术的试行，相信在未来，更高速、更安全、更可靠的地铁车-地无线通信5G时代即将来临，而地铁也会朝着更高速、更便捷、更智能的方向发展。
参考文献：
[1] 《地铁设计规范》（GB/T 50153-2017）
[2] 《3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计》 沈佳，索士强等
[3]《TD-LTE数字蜂窝移动通信网Uu接口物理层技术要求（第一阶段）》（YD/T2560/2561/2562—2013）
关键词：TD-LTE、WLAN、车-地无线通信系统、CBTC;
一、 概述
随着人们日益增长的出行需求，地铁出行凭借其运行间隔时间短、无堵车风险等优势成为了国内大部分上班族的首选。城轨CBTC信号系统作为地铁安全运行最重要系统之一，其功能主要是通过地面信号设备控制地铁列车按规定进路、规定速度运行，以确保列车的运行安全。在城轨CBTC信号系统中，地面信号设备与列车车载设备通过无线通信系统进行双向的数据交互，无线通信系统传输着涉及行车安全的重要数据信息。随着列车运行速度及运营能力的提升，也对无线通信系统的稳定性、可靠性提出了更高的要求。
二、 车-地无线通信系统介绍
目前，国内各城市地铁线路车-地无线通信系统主要采用TD-LTE技术和WLAN技术。既有地铁线路车-地无线通信系统大多采用WLAN技术，而新建线路或改造线路基本采用TD-LTE技术。在地铁CBTC信号系统中，WLAN技术逐步被TD-LTE技术所替代，以下对WLAN技术的缺点以及TD-LTE技术的优点进行对比、分析：
2.1 WLAN技术的缺点：（1）每个150m-200m安装一个轨旁AP，成本高;（2）单AP故障率高，运营维护压力大;（3）民用信号同频干扰大;（4）不适应高速移动环境;（5）QOS服务质量低，仅支持4个优先级;
2.2 TD-LTE技术的优点：（1）抗干扰能力强;（2）每1.2km设置一台RRU，维护简单;（3）设备数量少，建设成本低;（4）支持高速移动环境;（5）QOS服务质量高，支持9个优先级调度，带宽充足;
经过运营实践证明WLAN技术已能够为地铁车-地通信提供稳定、可靠的双向通信通道，但是随着地铁列车运行速度的提升以及综合承载业务（PIS、CCTV等）的加入，将不能满足运营需求。而TD-LTE技术恰好弥补了WLAN技术的不足，成为现阶段车-地无线通信的主流技术。
三、TD-LTE技术在地铁建设实例中的运用
3.1 TD-LTE在地铁CBTC信号系统的运用概述
长沙地铁5号线车-地无线通信系统采用基于3GPP标准的TD-LTE无线通信技术，主要为轨旁ZC、CI、ATS与车载ATP/ATO设备提供通信通道，网络均采取冗余双网设置，分别为A/B网，两张网络相互独立，并行工作，互不影响。由于信号系统数据关乎行车安全，极其重要，所以，A网只承载信号系统数据，B网同时承载信号系统数据及CCTV、PIS、列车状态信息、紧急文本等综合承载数据。
3.2 地铁TD-LTE技术主要组成设备
地铁TD-LTE技术主要由EPC核心网、BBU、RRU、车载终端TAU、天线以及同轴漏泄电缆组成。设备均采用冗余双套配置，以提高系统的可靠性。其主要组成部分及功能如下：
1）EPC核心网设备
EPC核心网设备分别放置在控制中心信号设备室和正线集中站信号设备室，通过SGi接口与信号系统的骨干环路的交换机相连，继而连接到信号系统的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO等信号系统各子系统设备。核心网EPC通过S1接口与基站系统的BBU相连。
2）BBU（基带控制单元）
BBU设备放置在正线集中站及车辆段/停车场信号设备室。向上，连接骨干网交换机，通过S1接口与EPC核心网连接。向下，通过光缆与轨旁RRU设备相连。
3）RRU（射频拉远单元）
RRU设备主要安装在轨旁、车辆段/停车场、试车线信号覆盖区域。BBU通过Ir接口光纤拉远与RRU相连接，A/B双网的基站采用不同的光缆回路。A/B双网的RRU同站址部署，采用合路器合路，行车线路区间（含车站、区间及出入场/段线）虑采用双网单侧区间单漏缆方案覆盖;对站台区无法敷设漏缆的车站（如：侧式站台区）采用定向天线覆盖;车辆段敞开部分采用定向天线覆盖;场内封闭单体（运用库等）采用小天线或定向天线覆盖;试车线采用双网单漏缆覆盖。
4）车载终端TAU
车载终端TAU部署在列车编组的前后司机车厢，两套TAU分别驻留在A/B网上。TAU天线安装在司机车厢车头和车尾，并保持与漏泄同轴电缆尽量短的距离以及视线的无遮挡，保持良好无线传输。TAU通过以太网接口与车载ATP/ATO连接，从而建立了车载ATP/ATO到信号系统的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO之间的点到点连接。
3.3 抗干扰方案
TD-LTE网络主要干扰来源于A/B双网漏缆间干扰、同频组网下的临区干扰。
3.3.1 A/B双网漏缆间干扰分析
当A/B网漏纜产生干扰时，主要原因为两个网络的发送和接收不同步，则会由于杂散和外辐射产生互相干扰，所以必须保证A/B网时隙配比和特殊时隙配比一致，同时保持时钟同步一致，才能有效消除干扰。
3.3.2 同频组网下的临区干扰
当小区边缘的下行业务受临区导频和业务干扰导致信噪比降低，从影响小区下行吞吐量，出现丢包的情况，导致列车降级。可以通过修改参数设置，提前进行小区切换的方式，优化小区边缘吞吐量，从而解决临区干扰。
四、结论及未来展望
综上通过对TD-LTE技术和WLAN技术的应用现状、组成结构和性能指标进行对比、分析可以看出，城轨信号车-地无线通信系统采用TD-LTE技术具有抗干扰能力强、能适应高速环境、维护简单的优势。同时，在采用综合承载的网络方式，更加节省了建设成本，提高了设备带宽利用率。目前，5G通信技术越来越成熟，随着深圳地铁首例车-地无线通信采用5G技术的试行，相信在未来，更高速、更安全、更可靠的地铁车-地无线通信5G时代即将来临，而地铁也会朝着更高速、更便捷、更智能的方向发展。
参考文献：
[1] 《地铁设计规范》（GB/T 50153-2017）
[2] 《3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计》 沈佳，索士强等
[3]《TD-LTE数字蜂窝移动通信网Uu接口物理层技术要求（第一阶段）》（YD/T2560/2561/2562—2013）