地铁综合车地无线系统建设模式比选

许钊

摘 要：近年来，随着地铁车地无线宽带网络技术的发展，城市轨道交通信号系统及通信系统所采用的车地通信方式均发展为LTE系统。本文针对地铁车地无线通信系统的建设规划做出讨论，并进行比较，最后提出解决问题的可能的方向。

关键词：地铁；车地通信；通信系统；信号系统；LTE

中图分类号：U231 文献标识码：A

1.地铁车地无线传输需求分析

根据目前轨道交通发展，现阶段地铁车地通信所需传输的内容包括如下：集群调度通信、乘客信息系统实时图像下发、车载视频监控图像回传、紧急文本、列车状态信息、及信号CBTC业务。各业务需求见表1。

每个小区按照极限情况下容纳6列车时的业务见表2。

2.地铁车地无线通信整体规划

根据城市轨道交通目前频率规划，结合上述带宽分析表，考虑到地铁列车运行速度为80km/h～160km/h，需采用LTE技术搭建综合承载网。由于无法满足乘客信息系统车载视频回传功能（根据上表），推荐乘客信息系统单独建设车地无线网络，不纳入LTE综合车地无线综合承载网。

即车地综合无线数据业务共包含4个业务：CBTC列控数据业务、无线调度业务、紧急信息业务、列车状态信息，各业务对车地无线系统传输速率的要求分别为：

CBTC单网速率要求不低于0.5 Mbit/s；

无线调度业务单网速率要求不低于2 Mbit/s；

列车运行紧急数据业务单位速率要求不低于100 Kbit/s；

列车状态信息业务速率要求不低于100Kbit/s；

根据以上对本工程车地无线传输业务的需求分析，可实现的LTE无线信息传输网络系统组网方案有以下3种：

（一）某专业单独建设LTE综合承载网络

建设一套硬件完全冗余的LTE综合承载网络，考虑到信号CBTC系统对无线数据的可靠性、安全性要求更高，必须采用双网冗余的设置方式。

此方案有两种建设模式：通信专业建设或信号专业建设。

使用LTE综合承载CBTC、无线调度等业务时，与LTE网络存在接口界面的系统有无线调度子系统、CCTV子系统、时钟子系统、集中告警子系统、传输子系统、地面信号系统、车载信号系统，其中前5个子系统都属于通信系统，并且LTE网络与公安无线子系统（TETRA）共用漏缆，通信系统中就有多达6个子系统与LTE网络存在接口；而信号系统中仅仅有地面信号系统和车载信号系统与LTE网络存在接口。

以上子系统中，地面CCTV子系统、时钟子系统、集中告警子系统、传输子系统及地面信号子系统都位于控制中心或车辆段；车载无线调度子系统及车载信号子系统则位于车辆上；公安无线子系统则在线路区间存在与LTE网络的接口。

（1）LTE放入通信（包含信号与通信各建一个核心网方式）的接口界面划分

由于LTE放入通信系统，LTE网络与无线调度系统、CCTV系统、时钟系统、传输系统、集中告警系统之间的接口都属于通信系统内部的接口。

而信号系统与整个通信系统的接口只有两处，一处是在控制中心地面信号系统与LTE核心网之间的接口；另一处是在车辆上车载信号系统与LTE车载终端TAU之间的接口。

因此，LTE放入通信包中后，信号与通信两大系统之间的接口非常简单明了；并且LTE网络与其他多个子系统之间的接口放在通信系统内部则更加简单、方便，通信系统人员具备丰富的经验，处理起来轻车熟路。

（2） LTE放入信号的接口界面划分

由于LTE放入信号系统，LTE网络与无线调度系统、CCTV系统、时钟系统、传输系统、集中告警系统之间的接口变成了跨越信号与通信两大系统的外部接口。

此时信号系统与整个通信系统的接口多达8处，其中5处是在控制中心无线调度系统、CCTV系统、时钟系统、集中告警系统、传输系统与LTE核心网之间的接口；两处是车辆上车载无线调度系统、车载CCTV与LTE车载终端TAU之间的接口；1处是在整个线路区间公安无线（TETRA）可能与LTE网络通过合路器共用漏缆，这里还没有考虑所有LTE基站都与传输子系统在各个车站存在接口。

因此，LTE放入信号包后，信号与通信两大系统之间的接口会异常复杂；并且对于信号系统运营维护人员而言，由于之前从来没有接触过通信各子系统，没有这方面的经验，处理起来会有一定困难。

（二）通信信号各自独立建设LTE单网

通信信號专业各自建设一套LTE硬件传输网络，通信专业单网承载无线调度业务和列车运行紧急数据业务。考虑到信号CBTC系统对无线数据的可靠性、安全性要求更高，必须采用双网冗余的设置方式，则由通信专业为信号专业配置冗余无线数据传输通道，以满足信号系统冗余需求。

优点：该方案同样整体降低本工程LTE车地无线信息传输网络的造价，实现资源的整合和充分利用，技术上满足信号系统对车地无线数据传输的要求，节约频带资源的使用宽度。

缺点：信号系统与通信系统在无线数据传输系统增加了接口，同时信号系统的冗余通道的可靠性和安全性需要由通信系统保障。

（三）通信独立建设单网，信号专业独立建设冗余双网

通信专业独立建设一套LTE硬件传输网络设备，承载无线调度业务和列车运行紧急数据业务。考虑到信号CBTC系统对无线数据的可靠性、安全性要求更高，必须采用双网冗余的设置方式，信号专业独立建设一套冗余无线数据传输网络设备。

优点：该方案通信信号两个系统在无线信息传输系统上完全独立，工程安装、调试，后期的设备维护都相对独立，降低了专业之间的依赖，管理上更为便利。

缺点：增加了工程建设的成本，增加了无线频带资源的使用宽度。

结论

目前国内地铁拟申请的频带资源宽度为13MHz～20MHz，均能满足以上3种方案的建设和使用需求。以上各方案均有优缺点，系统应从资源整合，降低工程整体造价，合理配置系统设备的角度出发，建议通信、信号各建一套核心网设备，同时应结合各地无线电管理委员会的频带资源批复情况，确定最终方案。

参考文献

[1]沈嘉，索士强，等.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[2]肖清华，等.D-LTE网络规划设计与优化[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[3]YD/T 2689-2014，基于LTE技术的宽带集群通信（B-TrunC）系统总体技术要求（第一阶段）[S].endprint