彭 清

（比亞迪股份有限公司，廣東 深圳 518000）

1 軌道交通通信與無線信號(hào)業(yè)務(wù)的常見承載方式

在軌道交通中，需要通過車地?zé)o線承載車輛PIS（乘客信息顯示系統(tǒng)）、CCTV（視頻監(jiān)控系統(tǒng)）、CBTC（基于通信的列車控制系統(tǒng)）以及無線集群通信業(yè)務(wù)。由于信號(hào)業(yè)務(wù)關(guān)乎行車安全，一般采用A、B雙WLAN無線局域網(wǎng)承載。其中，承載PIS、CCTV業(yè)務(wù)一般需要單獨(dú)建設(shè)一張WLAN網(wǎng)，用以完成車輛與地面間的通信。而承載無線集群通信業(yè)務(wù)一般需采用TETRA（陸上集群無線電）網(wǎng)絡(luò)，在不考慮公安專網(wǎng)業(yè)務(wù)的情況下，共需建設(shè)四張網(wǎng)絡(luò)。

2 承載方式帶來的問題

在國內(nèi)與國外地鐵中，通常建設(shè)四張網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)承載，增加了維護(hù)管理難度，建設(shè)投資也急劇上升。從技術(shù)、維護(hù)運(yùn)營與建設(shè)成本角度考慮，建設(shè)統(tǒng)一無線承載網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。當(dāng)前，LTE-U（長期技術(shù)演進(jìn)-非授權(quán)頻譜）網(wǎng)絡(luò)可滿足無線業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載的要求[1]。

3 基于LTE-U的無線業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載方案的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

3.1.1 系統(tǒng)組網(wǎng)方案

LTE-U網(wǎng)絡(luò)采用A+B雙網(wǎng)覆蓋方式，可以保證CBTC業(yè)務(wù)的可靠性。其中一張網(wǎng)絡(luò)為PIS和CCTV網(wǎng)絡(luò)提供傳輸通道，峰值吞吐率上行達(dá)到40 Mb/s，下行達(dá)到50 Mb/s，后期采用40 MHz載波，速率可達(dá)到100 Mb/s。

3.1.2 系統(tǒng)設(shè)備組成

LTE-U無線網(wǎng)絡(luò)主要由核心網(wǎng)、地面基站、TAU傳輸適配單元和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)組成。核心網(wǎng)作為業(yè)務(wù)控制核心，主要負(fù)責(zé)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并基于電信級(jí)虛擬化硬件平臺(tái)，為業(yè)務(wù)提供高可靠的核心接入控制和數(shù)據(jù)交換處理，最終通過統(tǒng)一IP網(wǎng)絡(luò)接入客戶業(yè)務(wù)平臺(tái)；LTE-U室外型地面基站可提供unlicensed非授權(quán)頻譜的無線接入設(shè)備；TAU提供對(duì)應(yīng)unlicensed頻段的車載接入功能，可連接車廂交換機(jī)、CBTC、視頻攝像頭以及PIS；網(wǎng)管能夠管理和控制無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)升級(jí)和監(jiān)控。

3.2 整體方案設(shè)計(jì)

3.2.1 推薦組網(wǎng)方式

為保證地面基站支持IP傳輸，傳輸組網(wǎng)推薦使用星型組網(wǎng)。其組網(wǎng)方式如圖1所示。

圖1 LTE-U星型組網(wǎng)圖

該星型組網(wǎng)方式每個(gè)地面基站都可通過傳輸網(wǎng)絡(luò)直接和核心網(wǎng)服務(wù)器連接，組網(wǎng)方式簡單，工程施工、維護(hù)和擴(kuò)容方便。此外，地面基站和核心網(wǎng)能夠直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，信號(hào)經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)少，線路可靠性高。

3.2.2 業(yè)務(wù)承載設(shè)計(jì)

無線PIS/CCTV網(wǎng)絡(luò)主要用于承載PIS、CCTV或緊急文本信息，也可以承載車輛狀態(tài)信息。針對(duì)不同的業(yè)務(wù)，需采用不同的QoS服務(wù)質(zhì)量保障等級(jí)。

利用LTE-U網(wǎng)絡(luò)的QoS保障機(jī)制，可為CBTC業(yè)務(wù)分配所需的高優(yōu)先級(jí)，也可在準(zhǔn)入或擁塞場景充分保證CBTC業(yè)務(wù)的時(shí)延、丟包率和速率要求，為后續(xù)業(yè)務(wù)擴(kuò)展建立基礎(chǔ)。

LTE-U網(wǎng)絡(luò)定義的QoS即是端到端的QoS過程，不但可以在LTE-U網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行QoS保障，也可以運(yùn)用相應(yīng)手段進(jìn)行LTE-U網(wǎng)絡(luò)與傳輸網(wǎng)絡(luò)的QoS映射。業(yè)務(wù)安全性要求高的定義為高優(yōu)先級(jí)，安全性要求不高的定義為低優(yōu)先級(jí)，充分保障各業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載的正常運(yùn)行。

3.2.3 時(shí)鐘同步方案設(shè)計(jì)

LTE-U基站需要保持高精度時(shí)鐘同步（≤0.05 ppm，±1.5 μs），否則會(huì)造成小區(qū)切換丟包或延時(shí)，影響列車正常運(yùn)行。在地面的停車場，基站可采用GPS時(shí)鐘同步方案。而在地下站點(diǎn)，應(yīng)將GPS信號(hào)轉(zhuǎn)換成PTP時(shí)鐘同步報(bào)文，通過光纖拉遠(yuǎn)到基站。

3.3 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.3.1 軌旁站點(diǎn)部署

基于5.8 GHz頻段的LTE-U基站應(yīng)統(tǒng)籌考慮站點(diǎn)之間的切換和覆蓋，對(duì)各點(diǎn)部署A、B兩個(gè)地面基站[1]。

3.3.2 天線覆蓋設(shè)計(jì)

采取定向天線覆蓋方式，天線掛高4.5 m。要求背對(duì)放置基站上的兩個(gè)天線，使其各自覆蓋180°范圍。

3.3.3 站點(diǎn)設(shè)備組網(wǎng)

軌旁地面基站單個(gè)站點(diǎn)4端口分裂成2個(gè)2T2R（2發(fā)2收）的小區(qū)，兩個(gè)小區(qū)之間采用異頻組網(wǎng)方式，以減少小區(qū)與小區(qū)之間的干擾。具體組網(wǎng)如圖2所示。

圖2 設(shè)備連接示意圖

如圖2所示，地面基站借助4根3 m長的射頻線連接到2副天線的2個(gè)射頻口；基站上的兩個(gè)天線各自覆蓋180°范圍；數(shù)據(jù)光口通過光纖與車站交換機(jī)和控制中心的核心網(wǎng)連接。

3.3.4 站點(diǎn)覆蓋設(shè)計(jì)

LTE-U軌旁站點(diǎn)之間的距離可達(dá)到500 m，實(shí)際部署時(shí)需要考慮彎道和遮擋情況，確保站點(diǎn)的平滑切換和業(yè)務(wù)的連續(xù)性。為保證CBTC的可靠性，應(yīng)單點(diǎn)部署兩個(gè)地面基站，采用A+B雙網(wǎng)覆蓋，且兩張網(wǎng)絡(luò)要求物理獨(dú)立，確保一張網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)失效后，CBTC能在另一張網(wǎng)上進(jìn)行業(yè)務(wù)，不影響行車安全。

3.3.5 無線頻點(diǎn)規(guī)劃

站點(diǎn)之間采用雙頻交替組網(wǎng)方式，可以減輕小區(qū)之間的干擾，提升網(wǎng)絡(luò)性能。車載終端TAU能夠在不同小區(qū)間實(shí)現(xiàn)站內(nèi)切換和站間切換，即站點(diǎn)處異頻切換和站點(diǎn)間同頻切換。由于站點(diǎn)的A網(wǎng)和B網(wǎng)均采用異頻組網(wǎng)，一個(gè)站點(diǎn)需要使用4個(gè)不同的頻段。

3.3.6 車輛組網(wǎng)設(shè)計(jì)

車輛組網(wǎng)主要涉及設(shè)備與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的對(duì)接，應(yīng)用于TAU、電源線、電源轉(zhuǎn)換器以及車載天線。為方便設(shè)備在車輛的安裝和部署，應(yīng)提前了解現(xiàn)有車輛供電、天線安裝位置和車載業(yè)務(wù)接口。車頭車尾皆應(yīng)安裝TAU，并分別接入A網(wǎng)和B網(wǎng)，車載CBTC系統(tǒng)也要分別連接到車頭車尾的TAU，形成主備冗余。

3.3.7 控制中心組網(wǎng)

控制中心需要部署核心網(wǎng)和交換機(jī)。核心網(wǎng)通過光纖與車輛段設(shè)備連接，交換機(jī)則一端連接核心網(wǎng)，另一端連接CBTC/PIS/CCTV/無線集群業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 控制中心連接示意圖

3.4 LTE-U的應(yīng)用

2017年8月31日，作為第九屆中國花卉博覽會(huì)重點(diǎn)項(xiàng)目的比亞迪“云軌”花博園旅游專線在寧夏銀川花博園順利通車?！霸栖墶便y川花博園段采用單根軌道組成環(huán)線，總長5.67 km，主要用于服務(wù)園區(qū)游客，共設(shè)8個(gè)站，并采用三節(jié)編組，現(xiàn)有8輛車投入運(yùn)營。車地?zé)o線業(yè)務(wù)采用LTE-U網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載。LTE-U網(wǎng)絡(luò)采取星形組網(wǎng)方式，在控制中心放置兩個(gè)工業(yè)級(jí)交換機(jī)（A/B網(wǎng)分開），和所有地面基站皆采用光纖直連。在LTE-U基站布放后，A/B雙網(wǎng)共有26個(gè)地面基站。銀川花博園云軌項(xiàng)目至今運(yùn)行良好，LTE-U網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一承載方式完全滿足業(yè)務(wù)運(yùn)行需求。

4 結(jié) 論

LTE-U承載軌道交通通信與無線信號(hào)業(yè)務(wù)的效果突出，是城市軌道交通未來無線業(yè)務(wù)承載的重點(diǎn)選擇，在簡化維護(hù)、降低建設(shè)成本和提高效益方面彰顯出強(qiáng)大優(yōu)勢。