基于LTE技術(shù)的車地?zé)o線通信傳輸方案在城市軌道交通中的應(yīng)用

彭顯辰

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西西安，710043）

基于LTE技術(shù)的車地?zé)o線通信傳輸方案在城市軌道交通中的應(yīng)用

彭顯辰

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西西安，710043）

在無線通信技術(shù)高速發(fā)展的背景下，基于LTE技術(shù)的車地?zé)o線通信傳輸方案正廣泛應(yīng)用于城市軌道交通。王巖和陳序（2014）通過鄭州地鐵1號線工程案例證明了TD-LTE技術(shù)在車地?zé)o線通信中的應(yīng)用穩(wěn)定可靠，為其他地鐵同行提供了可以參考的方案。本文基于工程實例介紹了地下區(qū)間選用1785MHz-1805MHz頻段作為城市軌道交通車-地?zé)o線通信綜合承載方案的頻率規(guī)劃及頻率覆蓋方案。

車地?zé)o線通信；LTE；CBTC系統(tǒng)；頻率規(guī)劃；頻率覆蓋

0 引言

在城市軌道交通如地鐵行業(yè)中，列車與地面之間的通信大都采用無線通信技術(shù)，其中主要有三大子系統(tǒng)需要使用車地?zé)o線通信系統(tǒng)，分別是：（1）語言行車調(diào)度系統(tǒng)；（2）CBTC信號系統(tǒng)；（3）乘客信息系統(tǒng)（PIS）。LTE（Long Term Evolution）技術(shù)采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）、自適應(yīng)調(diào)制編碼（Auto Modulation and Coding，AMC）及混合自動重傳（Hybrid ARQ，HARQ）等技術(shù)，在20MHZ頻譜帶寬下能夠提供下行150Mbps與上行75Mbps的峰值速率。

1 項目概況及頻率規(guī)劃

1.1 包頭市城市軌道交通2號線一期工程項目概況

包頭市軌道交通2號線起于機(jī)場站，止于新賢城站，共設(shè)21座車站。2號線分二期建設(shè)，其中一期工程（沼潭南～新賢城段）線路全長14.92公里，設(shè)置11座車站，1座車輛段。

1.2 綜合承載業(yè)務(wù)需求及頻率規(guī)劃

CBTC系統(tǒng)主要作用為列車間距及速度防護(hù)、列車自動運(yùn)行與調(diào)度，是城市軌道交通自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，是保證列車和乘客安全，實現(xiàn)列車高效運(yùn)行、指揮管理有序的自動控制系統(tǒng)。作為一個安全苛求系統(tǒng)，CBTC對車地通信的實時性和可靠性有很高的要求，要求冗余雙網(wǎng)傳輸。雙網(wǎng)中A網(wǎng)應(yīng)用來單獨(dú)承載CBTC信息；B網(wǎng)承載信息除CBTC信息（CBTC冗余網(wǎng)絡(luò)）外，還可考慮綜合承載PIS、CCTV、其他數(shù)傳信息等（見表1）。

表1 無線業(yè)務(wù)優(yōu)先級分配

根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會“關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)工信部1785-1805MHz頻段使用適宜通知及有關(guān)落實工作的意見”（中城軌 [2015]008號文）和“LTE-M系統(tǒng)需求規(guī)范”（CZJS/T 0061—2016），軌道交通車地?zé)o線通信業(yè)務(wù)需求主要有以下幾種。

（1）列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測

列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感器采集電流、電壓、軸溫、車下轉(zhuǎn)向架、車輛一/二系懸掛系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)、制動器等設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳送到地面監(jiān)測中心，地面監(jiān)測中心通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和分析，實現(xiàn)對列車運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程故障診斷功能（圖2）。

圖1 車地?zé)o線通信綜合承載應(yīng)用方案

圖2 列車的互聯(lián)互通

（2）車載CCTV監(jiān)控圖像回傳

根據(jù)軌道交通實際使用需求，采用H.264（D1，4 CIF）格式。圖像分辨率為720*576像素，傳輸帶寬為1Mbit/s，可基本滿足監(jiān)視器觀看需求。如果要求上大屏，傳輸帶寬需達(dá)到2M。一個RRU范圍內(nèi)，本工程按回傳4路或上大屏2路計算，4M傳輸帶寬預(yù)設(shè)視頻業(yè)務(wù)信道帶寬（圖2）。

（3）乘客信息PIS圖像下發(fā)播放

PIS系統(tǒng)需將播控中心下發(fā)的播放節(jié)目，如新聞廣播、旅行指南、換乘信息、在線廣告等便民信息在車載PIS顯示屏上實時顯示。綜合無線傳輸系統(tǒng)需提供匹配PIS專業(yè)需求的連續(xù)高帶寬、低時延車地?zé)o線傳輸通道。PIS圖像質(zhì)量達(dá)到1080P的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)設(shè)業(yè)務(wù)信道帶寬，正線按組播方式下發(fā)PIS信息，業(yè)務(wù)信息承載帶寬為下行8Mbit/s。

（4）緊急文本下發(fā)

緊急文本信息用于城市軌道交通路網(wǎng)異常情況下的乘客通知，可在PIS系統(tǒng)的顯示終端上顯示。緊急文本是數(shù)據(jù)量小的文本信息。

根據(jù)軌道交通協(xié)會文件，極端情況下每個RRU小區(qū)內(nèi)的列車數(shù)不超過6列車，業(yè)務(wù)信息承載帶寬為下行各不大于6*100Kbps=0.6Mbps。

2 頻率覆蓋方案

2.1 覆蓋范圍

CBTC、PIS、CCTV、列車運(yùn)行狀態(tài)檢測、緊急文本業(yè)務(wù)覆蓋范圍為：地鐵沿線車站軌行區(qū)、區(qū)間、車輛段（含試車線）。

LTE系統(tǒng)在地鐵的典型應(yīng)用為：設(shè)置核心網(wǎng)設(shè)備及相關(guān)服務(wù)器，在各車站、車輛段和停車場設(shè)置LTE基站，為適應(yīng)軌道交通區(qū)間鏈狀覆蓋，可配置分布式基站設(shè)備，在車站、車輛段和停車場信號設(shè)備室配置BBU，在區(qū)間配置RRU。在列車/辦公區(qū)域上設(shè)置車載/手持終端設(shè)備。

2.2 正線覆蓋方案

對于正線（含區(qū)間和非換乘車站軌行區(qū)）隧道、出入段線的高架區(qū)域，主要采用RRU+漏泄同軸電纜輻射方式進(jìn)行場強(qiáng)覆蓋。信號覆蓋范圍控制在軌行區(qū)左右各30米內(nèi)。在正線車站信號設(shè)備室設(shè)置BBU，在區(qū)間設(shè)置RRU。

2.3 車輛段覆蓋方案

在車輛段停車列檢庫區(qū)域，主要采用RRU+漏泄電纜覆蓋。為了保證和車站基站的平滑切換，靠近車輛段出入口處采用漏泄電纜向外覆蓋。同時車輛段的試車線也通過漏泄電纜覆蓋。信號覆蓋范圍控制在場段周界以外300米范圍內(nèi)。

2.4 雙網(wǎng)覆蓋方案

對于CBTC系統(tǒng)冗余雙網(wǎng)的傳輸需求，其雙層網(wǎng)絡(luò)基站站址方案為同站址雙網(wǎng)冗余方案：本方案A、B網(wǎng)BBU設(shè)備同址設(shè)置在每個車站弱電設(shè)備室內(nèi)，A、B網(wǎng)的RRU設(shè)備也同址設(shè)置。

3 結(jié)論

目前針對地鐵LTE技術(shù)的應(yīng)用還處在初級階段，需要加大對該方面的研究力度，不斷進(jìn)行實踐和總結(jié)。車地通信系統(tǒng)在提升地鐵運(yùn)營管理水平，提高服務(wù)質(zhì)量中起著重要的作用，包頭地鐵2號線一期工程擬采用的LTE承載車地?zé)o線通信系統(tǒng)滿足項目運(yùn)行所要求的高移動性和高寬帶性。

[1]邢強(qiáng)強(qiáng),李新.地鐵通信系統(tǒng)引入TD-LTE系統(tǒng)后的干擾分析研究[J].移動通信.2012,36(18):27-31.

[2]王巖,陳序.地鐵行業(yè)車地?zé)o線(TD-LTE)技術(shù)應(yīng)用[J].河南科技.2014(21):38-40.

[3]方建文.LTE技術(shù)在地鐵無線通信中的應(yīng)用[J].中國新通信.2015(24):68-68.

[4]王鵬.TD-LTE技術(shù)承載地鐵集群通信業(yè)務(wù)問題研究[J].城市軌道交通研究.2015,18(6):67-70.

Application of wireless communication scheme based on LTE technology in Urban Rail Transit

Peng Xianchen
（China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd.，Xi’an Shaanxi，710043）

Under the background of rapid development of wireless communication technology, the wireless communication scheme of vehicle ground wireless communication based on LTE technology is widely used in urban rail transit. Wang Yan and Chen Xu (2014) through the Zhengzhou Metro Line 1 project case proved that TD-LTE technology in the vehicle ground wireless communication application is stable and reliable,for other subway counterparts to provide a reference program. Based on an engineering example, this paper introduces frequency planning and frequency coverage scheme of 1785MHz-1805MHz frequency band as a comprehensive carrying scheme for Metro ground vehicle wireless communication in underground section.

vehicle ground wireless communication; LTE; CBTC system; frequency planning; frequency coverage