LTE-M系統(tǒng)在城市軌道交通中的冗余覆蓋方案應(yīng)用淺析

張世銘*

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LTE-M系統(tǒng)在城市軌道交通中的冗余覆蓋方案應(yīng)用淺析

張世銘*

（中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都，610031）

目前，LTE-M系統(tǒng)在城市軌道交通的應(yīng)用非常廣泛，系統(tǒng)可用于承載列車運行控制業(yè)務(wù)、列車緊急文本下發(fā)業(yè)務(wù)、列車運行狀態(tài)監(jiān)測業(yè)務(wù)、車載視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、PIS視頻業(yè)務(wù)和集群調(diào)度業(yè)務(wù)，因此，為滿足高可靠性、全網(wǎng)無單點故障的要求，LTE-M系統(tǒng)須在覆蓋方案中采取冗余措施。本文結(jié)合工程應(yīng)用的實際經(jīng)驗，從漏纜共享、無線信號合路及無線覆蓋場景等因素入手，對LTE-M系統(tǒng)冗余覆蓋方案的應(yīng)用進(jìn)行分析與研究，以期為系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

軌道交通；LTE-M；冗余覆蓋

引言

擁有1.8G專用頻段的LTE-M技術(shù)，因其具有適用于中低速移動環(huán)境（時速≤160km/h）、傳輸時延短、傳輸速率高、穩(wěn)定性高、安全性強、互聯(lián)互通接口規(guī)范的特點，在目前國內(nèi)城市軌道交通新建線路中得到了廣泛應(yīng)用。LTE-M系統(tǒng)可綜合承載列車運行控制業(yè)務(wù)、列車緊急文本下發(fā)業(yè)務(wù)、列車運行狀態(tài)監(jiān)測業(yè)務(wù)、車載視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、PIS視頻業(yè)務(wù)和集群調(diào)度業(yè)務(wù)。無論各個項目如何選擇綜合承載所包含的業(yè)務(wù)范圍，其方案中必定存在信號CBTC業(yè)務(wù)，因此對LTE-M系統(tǒng)冗余覆蓋方案的研究就顯得至關(guān)重要。

1 漏纜共享及無線信號合路

在目前的城市軌道交通專網(wǎng)無線系統(tǒng)中，普遍存在350MHz PDT公安無線系統(tǒng)，800MHz TETRA專用無線系統(tǒng)和1.8GHz LTE-M系統(tǒng)，并在區(qū)間軌旁弱電側(cè)（單洞單線）分別設(shè)置2根漏纜合路以上三種無線信號。同時，出于投資渠道和管理體系的原因，上述漏纜與民用無線漏纜須分設(shè)。

根據(jù)相關(guān)計算結(jié)果和實踐證明，350MHz PDT基站小區(qū)覆蓋半徑約為1500米，800MHz TETRA基站小區(qū)覆蓋半徑約為1200米，1.8GHz LTE-M基站小區(qū)覆蓋半徑約為600米。為有效減少漏纜斷點數(shù)量，降低合路及接頭損耗，在工程設(shè)計中，應(yīng)結(jié)合無線信號合路點選址、小區(qū)覆蓋半徑、站間距和線路條件，確定無線信號合路和漏纜共享方案。

在工程應(yīng)用中，區(qū)間軌旁弱電側(cè)（單洞單線）敷設(shè)的2根漏纜，饋入的無線信號組合方式見表1。

表1 漏纜饋入無線信號組合

LTE-M系統(tǒng)應(yīng)采用A/B雙網(wǎng)設(shè)計，A/B雙網(wǎng)相互獨立，并行工作。一般情況下，LTE-M A網(wǎng)用于綜合承載，LTE-M B網(wǎng)供信號系統(tǒng)專用。在選擇方案時，應(yīng)綜合考慮綜合承載業(yè)務(wù)的帶寬需求、運營管理便利性等因素。在極端情況下，受現(xiàn)階段車載視頻監(jiān)控圖像回傳業(yè)務(wù)普遍采用H.264編碼格式的影響，即便LTE-M開啟MIMO功能，系統(tǒng)所提供的上行帶寬也難以滿足視頻回傳的要求，因此，系統(tǒng)設(shè)計時可選用PIS系統(tǒng)另建基于WLAN的802.11AC網(wǎng)絡(luò)或綜合建設(shè)LTE-U網(wǎng)絡(luò)的方案。在此前提下，當(dāng)綜合承載業(yè)務(wù)不包含車載視頻監(jiān)控圖像回傳時，建議選擇組合一，可大量減少軌旁合路器數(shù)量，并可為信號系統(tǒng)提供一套相對獨立且完整的無線通信系統(tǒng)。

根據(jù)以上分析，無線信號在車站主體建筑內(nèi)的合路方式有以下三種：

（1）PDT、TETRA機房內(nèi)一次合路，后與LTE-M A網(wǎng)在軌旁二次合路

PDT和TETRA基站先在機房側(cè)進(jìn)行第一次合路，經(jīng)功分器后，用射頻電纜連接至站內(nèi)軌旁合路器，在此處與LTE-M A網(wǎng)RRU進(jìn)行第二次合路，在合路器輸出端用射頻跳線連接至區(qū)間漏纜，具體如圖1所示。

圖1 PDT、TETRA機房內(nèi)一次合路，后與LTE-M A網(wǎng)在軌旁二次合路

（2）PDT、TETRA機房內(nèi)一次合路，后與LTE-M A網(wǎng)在軌旁二次合路，LTE-B網(wǎng)與A網(wǎng)軌旁一次合路

PDT和TETRA基站先在機房側(cè)進(jìn)行第一次合路，經(jīng)功分器后，用射頻電纜連接至站內(nèi)軌旁合路器，在此處與LTE-M A網(wǎng)RRU進(jìn)行第二次合路，在合路器輸出端用射頻跳線連接至區(qū)間漏，具體如圖2所示。

圖2 PDT、TETRA機房內(nèi)一次合路，后與LTE-M A網(wǎng)在軌旁二次合路，LTE-B網(wǎng)與A網(wǎng)軌旁一次合路

（3）PDT與LTE-M A網(wǎng)，TETRA與LTE-B網(wǎng)分別在軌旁一次合路

PDT基站在機房內(nèi)經(jīng)功分器后，用射頻電纜連接至站內(nèi)軌旁合路器，在此處與LTE-M A網(wǎng)RRU進(jìn)行合路，在合路器輸出端用射頻跳線連接至區(qū)間漏纜。同理，TETRA基站按相同方式與LTE-M B網(wǎng)合路，具體如圖3所示。

圖3 PDT與LTE-M A網(wǎng)，TETRA與LTE-B網(wǎng)分別在軌旁一次合路

由于軌旁合路器可根據(jù)需求進(jìn)行封裝定制，因此上述三種合路方式在軌旁無源器件可靠性方面并無明顯差異，主要差異在于管理界面是否清晰，合路器用量、類型數(shù)量、線纜用量及是否具備MIMO功能方面。在車載視頻監(jiān)控圖像回傳業(yè)務(wù)、PIS視頻業(yè)務(wù)納入其他網(wǎng)絡(luò)實施時，優(yōu)先推薦采用合路方案一，尤其在線路存在多個長大區(qū)間時，方案一也可大幅減少區(qū)間軌旁合路器數(shù)量和線纜用量，在投資和維護(hù)管理上更有優(yōu)勢。但也可根據(jù)運營管理的實際需求，選用其他合路方案。

2 冗余措施

為保障系統(tǒng)的可靠性，LTE-M系統(tǒng)在控制中心設(shè)置至少2套核心網(wǎng)設(shè)備，并在線路沿線車站及場段按鏈狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)置分屬于A網(wǎng)和B網(wǎng)的BBU（分布式基帶處理單元）、RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）。不同網(wǎng)絡(luò)的BBU通過不同的傳輸接口接入核心網(wǎng)，不同網(wǎng)絡(luò)的RRU通過各自光纜接入對應(yīng)的BBU，并根據(jù)所選定的無線信號合路及漏纜共享方案接入對應(yīng)漏纜，A網(wǎng)和B網(wǎng)LTE-M設(shè)備通過各自電纜接入對應(yīng)的UPS，最終構(gòu)成兩套完全獨立，并行工作的無線通信系統(tǒng)，實現(xiàn)冗余雙網(wǎng)架構(gòu)。

在單個節(jié)點上，影響LTE-M系統(tǒng)穩(wěn)定運行的主要因素為：1）機房站址內(nèi)突發(fā)災(zāi)害；2）傳輸系統(tǒng)故障；3）電源系統(tǒng)故障；4）GPS時鐘源故障（未啟用1588V2協(xié)議時）。因此，為降低以上問題可能造成的風(fēng)險，在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)按照覆蓋相同區(qū)域的A網(wǎng)和B網(wǎng)設(shè)備（BBU、RRU）不得接入同一節(jié)點傳輸設(shè)備，且不得從同一節(jié)點電源系統(tǒng)取電的原則，對無線覆蓋方案采取冗余措施。

冗余措施根據(jù)LTE-M系統(tǒng)配套光電纜引接點的來源不同分為異站引入和同站引入兩類，詳見下圖。

圖4 LTE-M系統(tǒng)冗余覆蓋（光電纜異站引入）示意圖 僅單線

圖5 LTE-M系統(tǒng)冗余覆蓋（光電纜同站引入）示意圖 僅單線

光電纜異站引入方案為：覆蓋相同區(qū)域的BBU和RRU安裝在同一節(jié)點內(nèi)，A網(wǎng)設(shè)備對應(yīng)的光電纜引至本地節(jié)點，B網(wǎng)對應(yīng)的光電纜引至另一節(jié)點，反之亦可。同一節(jié)點內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)備（傳輸及電源）有且僅有一種選擇，連接至本地節(jié)點的A網(wǎng)或B網(wǎng)設(shè)備。光電纜同站引入方案為：覆蓋相同區(qū)域的BBU和RRU安裝在不同節(jié)點內(nèi)。同一節(jié)點內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)備（傳輸及電源）同時連接至本地節(jié)點的A網(wǎng)和B網(wǎng)設(shè)備。

光電纜異站引入方案需要布放連通節(jié)點機房間的線纜，光電纜同站引入方案由于無需布放此類線纜，故同站引入方案能有效節(jié)省線纜用量，減少施工工作量，但需要在相關(guān)車站增設(shè)相關(guān)設(shè)備。兩套方案的可靠性基本一致，從經(jīng)濟(jì)合理、便于施工角度考慮，推薦采用同站引入方案。

3 無線覆蓋場景

LTE-M主要覆蓋場景分為五類，分別為：a）地下及隧道；b）高架軌道；c）地面軌道；d)車輛段、停車場；e）室內(nèi)場景。其中a類場景可細(xì)分為單洞單線、單洞雙線，b類場景可細(xì)分為單橋單線和單橋雙線。在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)漏纜共享方式、無線信號合路方式、冗余措施的選擇，結(jié)合區(qū)間長度、區(qū)間斷面類型、站臺類型、配線設(shè)置和場段規(guī)模，合理選擇適用于各類場景的覆蓋方案，尤其是在出入線與正線接軌處、側(cè)式站臺兩端與區(qū)間連接處、平行換乘站臺區(qū)域、場段室外區(qū)域等場景。

4 結(jié)束語

在項目建設(shè)中，把控承載CBTC業(yè)務(wù)的LTE-M系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量是非常關(guān)鍵的，所以必須要采取有效的措施提升其可靠性。本文通過對LTE-M系統(tǒng)冗余覆蓋方案的分析，列舉了相應(yīng)的漏纜共享方式、無線信號合路方式、冗余覆蓋措施和不同應(yīng)用場景下因考慮的主要因素，提出了建議方案及考量因素，為系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

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[3] 黃文昕, 檀森林. 地鐵高可靠LTE無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計及應(yīng)用[J]. 計算機與網(wǎng)絡(luò), 2016, 42(17): 69-72+75.

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Analysis of the Application of Redundancy Coverage Scheme in LTE-M System in Urban Rail Transit

ZHANG Shiming*

(China Railway Eryuan Engineering Group Co., Ltd., Sichuan Chengdu, 610031, China)

At present, the application of LTE-M system in urban rail transit is very extensive. The system can be used to carry train operation control services, train emergency text delivery services, train operation status monitoring services, vehicle video surveillance services, PIS video services, and trunked dispatching services. Therefore, to meet requirements of high reliability, no single points of Failure in the entire network, The system must take redundancy measures in the coverage scheme. This paper starts with factors such as leaky cable sharing, wireless signal combining and wireless coverage scenarios, and analyzes the application of redundant coverage scheme for LTE-M system. Research to provide a reference for system design.

rail transit; LTE-M; redundant coverage

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2018.01.042

U231

A

1672-9129(2018)01-0107-03

張世銘. LTE-M系統(tǒng)在城市軌道交通中的冗余覆蓋方案應(yīng)用淺析[J]. 數(shù)碼設(shè)計, 2018, 7(1): 107-108.

ZHANG Shiming. Analysis of the Application of Redundancy Coverage Scheme in LTE-M System in Urban Rail Transit[J]. Peak Data Science, 2018, 7(1): 107-108.

2017-11-13；

2017-12-22。

張世銘（1982-），男，四川廣元，高級工程師，碩士研究生，研究方向：軌道交通通信。E-mail:kdzp001@163.com