城市軌道交通TD-LTE綜合承載業(yè)務(wù)探討

韓 臻 楊 智

(1．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

隨著“工信部無(wú)[2015]65 號(hào)”文件以及中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱中城協(xié)）關(guān)于LTE-M 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定及發(fā)布，近幾年在國(guó)內(nèi)新建城市軌道交通項(xiàng)目中，已有多條線的信號(hào)系統(tǒng)、PIS 系統(tǒng)以及車載CCTV 系統(tǒng)的車地?zé)o線傳輸業(yè)務(wù),采用TDLTE 技術(shù)傳輸?shù)某晒Π咐Ｓ绕鋵?duì)信號(hào)系統(tǒng)，根據(jù)中城協(xié)“中城軌[2016]003 號(hào)”文件要求，國(guó)內(nèi)新建線路CBTC 信號(hào)系統(tǒng)車地?zé)o線通信需采用1.8G（1 785-1 805 MHz）頻段的TD-LTE 技術(shù)，從而有效解決通過(guò)2.4G 開(kāi)放頻段承載CBTC 業(yè)務(wù)因頻率干擾對(duì)信號(hào)系統(tǒng)造成影響行車的不可控問(wèn)題。

根據(jù)中城協(xié)相關(guān)文件的需求分析，目前城市軌道交通中的CBTC 系統(tǒng)、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、無(wú)線列車調(diào)度、CCTV 系統(tǒng)、PIS 系統(tǒng)、緊急文本等6 項(xiàng)業(yè)務(wù)可通過(guò)1.8G LTE 技術(shù)進(jìn)行承載，如表1所示。

表1 城市軌道交通生產(chǎn)業(yè)務(wù)車地?zé)o線通信需求Tab.1 Requirements of urban rail transit for vehicle-ground wireless communication

2 基本承載方案

因各城市申請(qǐng)到可用于城市軌道交通的1.8G頻段資源情況不同，根據(jù)表1 中1.8G LTE 技術(shù)常用于承載的業(yè)務(wù)類型，目前國(guó)內(nèi)LTE 承載業(yè)務(wù)的方案主要有6 種，如表2 所示。

根據(jù)表1 的各類業(yè)務(wù)傳輸速率要求，對(duì)應(yīng)表2中各類承載方案所需的速率及頻寬，如表3 所示。

從表2、3 可知，若承載CCTV 以及PIS 業(yè)務(wù)，時(shí)隙配比為1，且所需頻寬至少為10 MHz。按照“中城軌[2016]003 號(hào)”文件要求，在推薦CBTC 系統(tǒng)優(yōu)先使用LTE 技術(shù)承載的前提下，新建線路可用前3 個(gè)方案。

其中，方案二綜合承載CBTC 系統(tǒng)、CCTV 系統(tǒng)及PIS 系統(tǒng)時(shí)，如果只申請(qǐng)到10 MHz 的頻寬，為保證信號(hào)系統(tǒng)A、B 雙網(wǎng)優(yōu)先級(jí)和帶寬的需求，常 規(guī) 采 用“A 網(wǎng)5 MHz+B 網(wǎng)3 MHz”或“A 網(wǎng)5 MHz+B 網(wǎng)5 MHz”的組網(wǎng)方案（A 網(wǎng)為綜合承載，B 網(wǎng)單獨(dú)承載CBTC 業(yè)務(wù)，同下文），因此A網(wǎng)僅剩2 MHz 的頻寬用于CCTV 系統(tǒng)、PIS 系統(tǒng)及其他業(yè)務(wù)，顯然傳輸速率無(wú)法滿足，甚至影響其功能使用。

表2 城市軌道交通LTE承載方案Tab.2 LTE carrying solutions for urban rail transit

表3 城市軌道交通LTE承載方案Tab.3 LTE carrying solutions of urban rail transit

因?yàn)?.8G（1 785-1 805 MHz）頻段并非城市軌道交通專用頻段，其可用于交通、電力、石油等領(lǐng)域。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)各城市申請(qǐng)頻率資源的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，能申請(qǐng)到10 MHz 以上頻寬的城市極少，大部分城市僅申請(qǐng)到10 MHz 及以下。若所申請(qǐng)到10 MHz 的頻寬僅用于信號(hào)系統(tǒng)CBTC 業(yè)務(wù)承載，則剩余頻寬較多，無(wú)法有效地利用稀缺的1.8G頻率資源。

因此，若申請(qǐng)到10 MHz 的頻寬資源時(shí)，方案二不再是最優(yōu)化方案，需要結(jié)合各地城市軌道交通的業(yè)務(wù)需求，在滿足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提出更為優(yōu)化的創(chuàng)新方案。

3 創(chuàng)新承載方案

3.1 承載方案

在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)維護(hù)系統(tǒng)中，若能通過(guò)TD-LTE 技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)維護(hù)語(yǔ)音業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)以及短信息業(yè)務(wù)（上述維護(hù)業(yè)務(wù)統(tǒng)一命名為：無(wú)線智能運(yùn)維系統(tǒng)）的綜合傳輸，則可實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)營(yíng)管理的智能化、故障處理的可視化、維修工單管理的自動(dòng)化。利用綜合維護(hù)管理平臺(tái)無(wú)線通道，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維系統(tǒng)傳輸通道的封閉化以及智能維護(hù)終端的專用化，從而提高運(yùn)營(yíng)故障處理的時(shí)效性。上述方案不僅在技術(shù)方面符合TD-LTE 承載業(yè)務(wù)的相關(guān)要求，而且能極為有效地利用1.8G 稀缺頻率資源。

目前，國(guó)內(nèi)城市軌道交通各專業(yè)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理業(yè)務(wù)范圍和業(yè)務(wù)流程如圖1 所示。

圖1 運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理業(yè)務(wù)范圍及流程Fig.1 Scope and flow of operation maintenance management business

從圖1 可知，城市軌道運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理通信業(yè)務(wù)主要包括：維護(hù)人員及業(yè)務(wù)人員之間的語(yǔ)音通信業(yè)務(wù)、短信息業(yè)務(wù)以及實(shí)時(shí)視頻業(yè)務(wù)。目前運(yùn)營(yíng)維護(hù)語(yǔ)音通信業(yè)務(wù)主要通過(guò)無(wú)線對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)，通話質(zhì)量及私密性均較差；短信業(yè)務(wù)一般通過(guò)個(gè)人通信終端發(fā)送，私密性差且無(wú)專用的平臺(tái)進(jìn)行傳輸及數(shù)據(jù)保存；而對(duì)運(yùn)營(yíng)故障搶修、疑難問(wèn)題求助更是無(wú)法通過(guò)實(shí)時(shí)視頻遠(yuǎn)程指導(dǎo)或可視化觀察。若采用1.8G專用頻段的TD-LTE 技術(shù)承載上述業(yè)務(wù)，不僅克服目前運(yùn)營(yíng)維護(hù)業(yè)務(wù)的不足，充分利用LTE 技術(shù)高速、安全、可靠、抗干擾等優(yōu)勢(shì)，而且能在承載CBTC 業(yè)務(wù)的前提下極大地提高頻率資源利用率。

申請(qǐng)到10 MHz 頻率時(shí)，本創(chuàng)新方案的詳細(xì)承載業(yè)務(wù)及要求如下。

1) CBTC 業(yè)務(wù)按每個(gè)RRU 覆蓋6 列車計(jì)算，每列車上行512 kbit/s，下行512 kbit/s，上行共計(jì)3 Mbit/s，下行共計(jì)3 Mbit/s（因信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展較快且設(shè)備更新及改造周期較短，可按照全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的業(yè)務(wù)預(yù)留帶寬）。LTE 網(wǎng)絡(luò)必須保證CBTC業(yè)務(wù)帶寬要求且優(yōu)先級(jí)最高，確保在任何情況下A網(wǎng)所承載的其他業(yè)務(wù)不對(duì)CBTC 業(yè)務(wù)造成影響。

2) LTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)僅包含以下幾類。

a. 車站內(nèi)客服人員間的組呼、單呼；

b. 車站內(nèi)安防人員間的組呼、單呼；

c. 車站值班員與車站內(nèi)移動(dòng)人員間的組呼、單呼；

d. 車站值班員對(duì)車站內(nèi)移動(dòng)人員的廣播；

e. 車站/段場(chǎng)/控制中心維修人員間的組呼、單呼。

專用通信系統(tǒng)的800 M TETRA 調(diào)度功能建議保留，或根據(jù)不同城市的綜合承載方案確定，本文方案舉例暫不包括TETRA 調(diào)度功能。

3) LTE 短信息及實(shí)時(shí)視頻業(yè)務(wù)。

為保證CBTC 業(yè)務(wù)的安全性，可針對(duì)1.8G 頻段定制運(yùn)維專用手持終端,實(shí)現(xiàn)上述LTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)、短信息業(yè)務(wù)及LTE 實(shí)時(shí)視頻業(yè)務(wù)。

以上創(chuàng)新綜合承載CBTC 系統(tǒng)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)業(yè)務(wù)方案組網(wǎng)框架如圖2 所示。

3.2 其他建議

運(yùn)維專用手持終端為二次開(kāi)發(fā)設(shè)備且數(shù)量較大，建議在設(shè)計(jì)階段可由通信系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。另外各專業(yè)設(shè)備室、工區(qū)、出入口等非軌行區(qū)運(yùn)營(yíng)維護(hù)場(chǎng)所較多，若通過(guò)RRU 設(shè)備實(shí)現(xiàn)此類區(qū)域的無(wú)線覆蓋，增加投資較大，因此建議利用專用通信設(shè)備的無(wú)線布點(diǎn),實(shí)現(xiàn)與上述區(qū)域運(yùn)維手持終端的接入，再通過(guò)無(wú)線專用通信接入LTE 組網(wǎng)通道，實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)營(yíng)維護(hù)語(yǔ)音業(yè)務(wù)、短信息業(yè)務(wù)及實(shí)時(shí)視頻業(yè)務(wù)與LTE傳輸通道的接入方案，從而可不再為此單獨(dú)增加LTE 組網(wǎng)通道的設(shè)備投資。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖2 CBTC系統(tǒng)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)業(yè)務(wù)綜合承載組網(wǎng)框架圖Fig.2 Integrated service carrying networking diagram of CBTC system and operation maintenance business

上述LTE 創(chuàng)新承載方案以某個(gè)城市軌道交通工程設(shè)計(jì)為實(shí)際案例， 該方案充分結(jié)合運(yùn)營(yíng)維護(hù)的用戶需求且滿足行業(yè)相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，可充分利用稀缺的1.8G 專用頻段資源，為其他城市地鐵線路LTE 綜合承載方案提供參考。