程璋

中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第五工程有限公司 廣西 欽州 535000

近年來(lái)，隨著我國(guó)地鐵系統(tǒng)建設(shè)的不斷加速，無(wú)線通信子系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量要求不斷提高，并在地鐵信號(hào)系統(tǒng)、語(yǔ)音數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等方面發(fā)揮著技術(shù)支持作用，保障了地鐵系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)和動(dòng)態(tài)監(jiān)控，為乘客安全出行提供充足保障。當(dāng)前，我國(guó)地鐵車地通信網(wǎng)絡(luò)主要基于TETRA+WLAN網(wǎng)承載，其中，TETRA通信網(wǎng)絡(luò)主要承載語(yǔ)音調(diào)度，WLAN承載地鐵信號(hào)CBTC數(shù)據(jù)和PIS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的地鐵通信網(wǎng)絡(luò)易受到干擾的弊端日益突出，對(duì)地鐵安全運(yùn)營(yíng)造成一定威脅。因此，基于4G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)更新和發(fā)展迫在眉睫。本文基于地鐵專用無(wú)線通信需求分析，深入探討4G無(wú)線通信技術(shù)部署方案，旨在優(yōu)化地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)，保障地鐵安全運(yùn)營(yíng)。

1 現(xiàn)階段地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)現(xiàn)狀、需求及問(wèn)題分析

地鐵專用無(wú)線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要包括TETRA系統(tǒng)、信號(hào)車地?zé)o線系統(tǒng)等，其業(yè)務(wù)系統(tǒng)承載現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題分析如下。

1.1 地鐵專用無(wú)線系統(tǒng)

當(dāng)前，地鐵專用無(wú)線系統(tǒng)承載主要采用TETRA組網(wǎng)方式，其工作頻段為800～900MHz。為滿足地鐵車輛調(diào)度、維護(hù)維修的需求，其覆蓋范圍包括地鐵站出入口、車站設(shè)備區(qū)、站臺(tái)、隧道區(qū)間、輔助線路（渡線、停車線等）出入段線、車輛段、運(yùn)用庫(kù)和調(diào)度大廳等區(qū)域。無(wú)滿足無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量覆蓋要求，防止組網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障造成通信中斷，因此，上述區(qū)域無(wú)線組網(wǎng)必須采用兩種及以上的無(wú)線覆蓋方式，具體包括：車站出入庫(kù)、設(shè)備區(qū)、站臺(tái)、運(yùn)用庫(kù)、控制中心大廳等區(qū)域采用城市低廓無(wú)線覆蓋；正線隧道區(qū)間、輔助線路和出入段線采用漏纜覆蓋方式；地鐵車輛段內(nèi)采用室外全向天線覆蓋方式。其業(yè)務(wù)需求主要包括呼叫功能、通話功能、優(yōu)先級(jí)功能、數(shù)傳功能、廣播功能、錄音功能、越區(qū)切換功能、網(wǎng)絡(luò)管理功能等。

1.2 信號(hào)車地?zé)o線系統(tǒng)

信號(hào)無(wú)線系統(tǒng)通過(guò)高增益定向天線向地鐵線路兩個(gè)方向覆蓋，采用雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即一個(gè)AP點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)AP和天饋。信號(hào)車地?zé)o線系統(tǒng)采用WLAN技術(shù)組網(wǎng)，在正線、輔線、出入段線等位置設(shè)置AP，完成信號(hào)車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。該系統(tǒng)采用雙層冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，射頻信號(hào)采用無(wú)線、漏纜、漏泄波導(dǎo)管方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線系統(tǒng)的覆蓋，區(qū)間軌道AP接入中心站交換機(jī)，并通過(guò)有效通道接入集中站的無(wú)線交換控制器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)車地?zé)o線系統(tǒng)的切換和安全認(rèn)證等工作。

2 基于4G技術(shù)的地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)研究

基于上述分析，現(xiàn)階段地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)存在一定的問(wèn)題，對(duì)地鐵的高質(zhì)量運(yùn)行造成一定的威脅?；诖?，本文基于4G(TD-LTE)技術(shù)提出一種地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)施方案，以期提高地鐵專用無(wú)線通信質(zhì)量，保障地鐵系統(tǒng)的可靠、安全運(yùn)行。

2.1 總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

在控制中心設(shè)置TD-LTE核心網(wǎng)，包括WLAN核心交換機(jī)、結(jié)構(gòu)服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)和專用系統(tǒng)服務(wù)端，在地鐵區(qū)間左右線分別設(shè)置RRU和AP，RRU和AP同址設(shè)置，并在地鐵左右線各敷設(shè)兩根漏纜，由漏纜發(fā)射1.8GHz TD-LTE射頻信號(hào)和2.4GHz WLAN信號(hào)，5GHz頻段WLAN由定向增益天線向隧道內(nèi)發(fā)射覆蓋。漏纜盤長(zhǎng)約為500m，可滿足區(qū)間信號(hào)覆蓋要求。車站站廳、站臺(tái)等區(qū)域可根據(jù)實(shí)際需求布設(shè)RRU和AP。并設(shè)置室內(nèi)陣列天線，提高公共空間網(wǎng)絡(luò)通信能力。

2.2 承載業(yè)務(wù)規(guī)劃

本方案采用雙TD-LTE組網(wǎng)方案，如采用10MHz+5MHz的情況下，地鐵專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)榱熊囂峁┓€(wěn)定的上、下行數(shù)據(jù)傳輸能力，可滿足地鐵CBTC車地?cái)?shù)據(jù)傳輸、行車集群調(diào)度等業(yè)務(wù)需求。2.4GHz WLAN通過(guò)漏纜發(fā)射信號(hào)，雖然通過(guò)漏纜敷設(shè)和AP增益方式可實(shí)現(xiàn)隧道網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，但由于2.4GHz信號(hào)連續(xù)性差，因此，2.4GHz信號(hào)主要提供單頻點(diǎn)的業(yè)務(wù)承載要求，可在緊急情況下將地鐵內(nèi)調(diào)度、維修視頻發(fā)送至控制中心。

5GHz WLAN采用了802.11ac技術(shù)，雖然其信號(hào)覆蓋連續(xù)性差，但由于其傳輸速率大，可達(dá)到200mbps以上，能夠滿足地鐵隧道內(nèi)上網(wǎng)增值業(yè)務(wù)需求

2.3 區(qū)間設(shè)置

本方案設(shè)計(jì)的TD-LTE組網(wǎng)方案采用BBU+RRU模式，具有靈活性高、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)。左右線RRU分別接入不同的BBU，且BBU不接入車站內(nèi)RRU，可有效降低單節(jié)點(diǎn)故障造成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)，提高地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)行業(yè)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，BBU覆蓋距離可達(dá)6km，在地鐵以140km行進(jìn)的情況下，BBU切換時(shí)間約為155s切換1次，顯著優(yōu)于WLAN無(wú)線覆蓋情況下的4.6s切換1次，為信號(hào)車地系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

2.4 區(qū)間覆蓋方式

根據(jù)國(guó)內(nèi)城市地鐵建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，綜合其經(jīng)濟(jì)性、傳輸速率、信號(hào)損耗等因素，同軸電纜敷設(shè)方式具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于TD-LTE和WLAN技術(shù)都支持MIMO技術(shù)，通過(guò)多天線獨(dú)立發(fā)送和接收信號(hào)，有利于提高地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)傳輸能力，為業(yè)通信擴(kuò)容和業(yè)務(wù)規(guī)劃提供良好的空間。

2.5 頻段與頻點(diǎn)的選取

根據(jù)我國(guó)工信部相關(guān)要求，TD-LTE主流頻段為2.3G和2.6G，地鐵專用TD-LTE頻段為1.8G。并明確指出可將1.8GHzTDD網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展至20M，用于1.8G頻段的無(wú)線接入。因此，在地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)，可選擇1..8G作為組網(wǎng)頻段。

在頻點(diǎn)的選擇上，可采用時(shí)分OFDM或OFDMA方案，借助時(shí)間和子信道對(duì)通信終端進(jìn)行識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信鏈路的高效復(fù)用和合理分配，降低無(wú)線干擾對(duì)地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

新時(shí)期背景下，地鐵日益成為人們綠色出行的主要方式之一，而隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)難以滿足地鐵業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高效、安全運(yùn)行，難以適應(yīng)地鐵自動(dòng)化運(yùn)行要求。在此背景下，4G技術(shù)的發(fā)展為地鐵專用無(wú)線通信系統(tǒng)建設(shè)提供了解決思路，通過(guò)TD-LTE+WLAN覆蓋方式，有效滿足了地鐵車地通信和調(diào)度控制要求，為地鐵的可靠安全運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。