董 超 張昱敏 劉德偉

目前，TD-LTE 系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于城市軌道交通信號系統(tǒng)，采用無線傳輸方式實現(xiàn)車地之間的雙向通信。TD-LTE 頻段為1.8 GHz（1 795 M～1 805 MHz），以A、B 雙網(wǎng)方案組網(wǎng)，即A 網(wǎng)1 795 M～1 800 MHz，B 網(wǎng)1 800 M～1 805 MHz，每個網(wǎng)有5 MHz 帶寬；A、B 網(wǎng)互為冗余，當(dāng)某個基站設(shè)備故障時，同址的另一網(wǎng)基站設(shè)備能保證信號業(yè)務(wù)正常傳輸。

由于無線信號容易受到外界干擾，雖然采用A、B 雙網(wǎng)方案，但在一些車站和區(qū)間，仍存在通信中斷故障較高、傳輸時延超標、乒乓切換等問題，甚至引起列車緊急制動，嚴重影響線路的正常運營。因此，必須解決線路無線干擾問題。

1 干擾分析

無線干擾主要有同頻干擾和鄰頻干擾。由于本文研究為軌道交通地下線路，線路換乘站均通過換乘通道連接，且采用無線電委員會批準的專網(wǎng)頻段，故不存在同頻干擾問題，因此只對TD-LTE系統(tǒng)鄰頻干擾進行研究。

軌道交通使用1.8 GHz 頻段，介于電信運營商FDD 上行頻段和移動運營商GSM1800 下行頻段之間，如圖1 所示。

圖1 TD-LTE 系統(tǒng)頻段示意圖

同為TD-LTE 技術(shù)標準的電信運營商FDD-LTE（頻分雙工）信號，經(jīng)過現(xiàn)場測試，基本沒有干擾信號，與軌道交通專網(wǎng)內(nèi)部A、B 網(wǎng)相鄰頻段配置的情況類似，可以鄰頻段使用。

鄰頻干擾主要來源于移動運營商GSM1800 系統(tǒng)基站的影響。為抑制GSM1800 基站發(fā)射對TDLTE 系統(tǒng)的干擾影響，可從以下2個方面采取措施。

1） 在頻段使用上，至少要與GSM1800 系統(tǒng)頻段保持一定范圍的隔離帶。

2）在運營商和信號系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)均采用漏纜覆蓋方案時，2 套無線系統(tǒng)的漏纜之間應(yīng)保證80 cm 以上的安裝間距，空間隔離度可達到80 dB以上，再計入功分器/合路器、射頻饋線等損耗，2 套系統(tǒng)RRU 之間的最小鏈路損耗可達到105 dB，可以滿足靈敏度損失要求。

線路建設(shè)時，雖然移動運營商和信號系統(tǒng)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)會采取一定的安裝措施，來降低GSM1800 基站發(fā)射對TD-LTE 系統(tǒng)的影響，但是在頻段使用上并沒有采取隔離措施。

2 頻段方案

為抑制鄰頻GSM1800 系統(tǒng)對TD-LTE 系統(tǒng)的干擾，同時配合地方無線電委員會下達的地鐵通信頻段與移動運營商GSM1800 MHz 信號保持2 MHz帶寬的隔離要求，在鄰頻GSM1800 系統(tǒng)頻段無法調(diào)整的情況，在傳統(tǒng)TD-LTE A、B 網(wǎng)（5 MHz+5 MHz 帶寬組網(wǎng)） 方案基礎(chǔ)上，將B 網(wǎng)基站使用5 MHz帶寬變?yōu)? MHz帶寬。即1 800 M～1 805 MHz變更為1 800 M～1 803 MHz，在1 805 MHz 頻點保持2 MHz 帶寬的隔離帶，來消除鄰頻干擾。

3 方案驗證

上述5MHz+3MHz帶寬組網(wǎng)方案的效果和可行性，需通過現(xiàn)場試驗來驗證。為此，選取一條開通運營的線路，在存在較強干擾的車站和區(qū)間（通信中斷故障較高、時延超標、乒乓切換）進行動車驗證，主要驗證3 MHz 帶寬網(wǎng)絡(luò)性能的傳輸時延、平均丟包率、底噪水平、吞吐量和誤碼率等性能指標。

該運營線路原采用1.8 GHz 頻段5 MHz+5 MHz 的帶寬組網(wǎng)，首先進行基站軟件版本升級和全線B 網(wǎng)帶寬變更（由5 MHz 變更為3 MHz），增加與頻點適配的濾波器，采用動車測試變更后的網(wǎng)絡(luò)性能指標。

3.1 傳輸延時和丟包率測試

在該運營線路上，申請了夜間動車作業(yè)點，列車以ATO 駕駛模式對全線B 網(wǎng)的丟包率及時延進行測試。測試發(fā)現(xiàn)，B 網(wǎng)3 MHz 網(wǎng)絡(luò)性能滿足TD-LTE 驗收標準要求：傳輸延時≤150 ms 的概率不小于98%，系統(tǒng)上下行平均丟包率＜1%。

3.2 底噪水平測試

在當(dāng)前線路網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置下，采集全線B 網(wǎng)在5 MHz 和3 MHz 帶寬配置下基站底噪數(shù)據(jù)，過濾掉底噪小于-90 dBm 的站點。B 網(wǎng)在5 MHz 和3 MHz 帶寬配置下基站底噪水平見表1。

表1 B 網(wǎng)在5 MHz 和3 MHz 帶寬配置下基站底噪水平

測試發(fā)現(xiàn)，5 MHz 帶寬配置的B 網(wǎng)，絕大部分基站天線0 和天線1 底噪過高，會對基站的正常信號傳輸產(chǎn)生干擾。結(jié)合早期驗證數(shù)據(jù)進行對比，在關(guān)閉移動GSM1800 MHz 信號時，B 網(wǎng)基站的底噪告警（告警閾值：-90 dBm） 消失；恢復(fù)移動GSM1800 MHz 信號后，基站底噪告警再次出現(xiàn)。因此，需適當(dāng)調(diào)整基站的抗干擾參數(shù)，降低B 網(wǎng)基站接收增益。而將B 網(wǎng)帶寬修改為3 MHz 帶寬配置后，與GSM1800 MHz形成一個2 MHz帶寬間隔帶，加上基站接收增益的衰減，最終使得基站的底噪水平整體降低（均小于-90 dBm），降低了干擾的影響。

3.3 吞吐量測試

針對B 網(wǎng)3 MHz 帶寬配置，對吞吐量指標進行了相關(guān)性能測試，包含單天線單、雙向吞吐量測試，及單天線遠點位置雙向吞吐量測試等。測試發(fā)現(xiàn)，3 MHz 帶寬配置下的吞吐量可滿足列車通信CBTC 業(yè)務(wù)的需求。

其他測試分項，如駐波比實時查詢、單天線切換丟包性能、單天線切換時延性能等，因與吞吐量指標無關(guān)，本次測試不考慮。

3.4 誤碼率對比

因為誤碼率超過10%就會造成數(shù)據(jù)解調(diào)困難，影響網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，因此對測試線路受干擾較為嚴重的基站，在3 MHz 帶寬和5 MHz 帶寬配置下的無線性能數(shù)據(jù)進行對比分析，可以從這些基站的誤碼率對比圖（圖2、圖3）中觀察到，3 MHz 帶寬配置明顯優(yōu)于5 MHz 帶寬配置下的車地通信（只需滿足CBTC 業(yè)務(wù)條件）。

圖2 車站1 PCI 44 在3 MHz 和5 MHz 帶寬配置下的誤碼率對比

圖3 車站3 PCI 54 在3 MHz 和5 MHz 帶寬配置下的誤碼率對比

3.5 終端掉線對比

從B 網(wǎng)在5 MHz 帶寬配置下全線列車運營一天的數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，基站PCI 44 （車站1）、PCI 52（車站2）、PCI 54（車站3）、PCI 56（車站4） 均存在大量的掉線，但將B 網(wǎng)帶寬修改為3 MHz 后，動車數(shù)據(jù)全程無異常掉線（動車驗證測試約2.5 h）。

3.6 承載容量

5 MHz+3 MHz 帶寬配置肯定沒有5 MHz+5 MHz 帶寬配置的承載容量大，因此在采用5 MHz+3 MHz 帶寬配置組網(wǎng)方式時，需根據(jù)線路情況及運營場景，包括車庫（停車場/車輛段）和正線多車場景，對3 MHz 帶寬承載容量進行分析，以滿足TD-LTE 業(yè)務(wù)各項性能指標的要求。

在已開通線路停車場和車輛段內(nèi)進行3 MHz帶寬配置下承載容量測試，單小區(qū)顯示接入的終端用戶數(shù)量有21 個，在TD-LTE 網(wǎng)管上查看信號車載接入終端狀態(tài)均正常，時延指標在正常范圍內(nèi)；在正線隧道和高架環(huán)境下，按照多車測試場景，在4 輛列車同時接入一個小區(qū)，單網(wǎng)承載，有8 個終端用戶的情況下，參考車庫容量進行測試，3 MHz帶寬配置承載容量可以滿足要求。

4 總結(jié)

經(jīng)上述系列測試，在不改變當(dāng)前TD-LTE 系統(tǒng)硬件和外界無線環(huán)境的情況下，使用3 MHz 帶寬網(wǎng)絡(luò)承載車地通信業(yè)務(wù)，性能指標可以滿足列車CBTC 業(yè)務(wù)的需求。通信頻段隔離2 MHz 帶寬后，移動GSM1800 信號對B 網(wǎng)的干擾影響大幅降低。因此，在滿足線路CBTC 業(yè)務(wù)需求的前提下，采用TD-LTE 5 MHz+3 MHz 帶寬組網(wǎng)方案，可有效抑制鄰頻干擾和提高網(wǎng)絡(luò)性能。選擇此方案時，需要考慮線路無線覆蓋場景（如高架段、隧道段環(huán)境），確保TD-LTE 方案能滿足線路CBTC 業(yè)務(wù)的需求。