摘要：隨著城市化進程的加速，市域鐵路在城市交通系統(tǒng)中扮演著日益重要的角色，在緩解城市交通壓力、提高出行效率方面發(fā)揮著重要作用。市域鐵路無線通信系統(tǒng)作為保障列車運行安全、提升運營效率的關鍵技術設備，其設計和實施對市域鐵路發(fā)展具有重要意義。該文以上海機場聯絡線為例，探討了市域鐵路LTE移動通信系統(tǒng)的設計方案及其實際系統(tǒng)組成。

關鍵詞：市域鐵路；無線通信；LTE；上海機場聯絡線

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.12.024

中圖分類號：TN 92；U 285.2" " " " " " 文獻標志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）12-00-03

Design and Practice of Wireless Communication System for Urban Railway

--Taking Shanghai Airport Connection Line as an Example

GU Ying

（China Railway Shanghai Design Institute Group Co.， Ltd.， Shanghai 200070， China）

Abstract： With the acceleration of urbanization， urban railways play an increasingly important role in the urban transportation system， alleviating urban traffic pressure and improving travel efficiency. The design and implementation of the wireless communication system for urban railways， as a key technical equipment to ensure train operation safety and improve operational efficiency， are of great significance to the development of urban railways. This article takes the Shanghai Airport Link Line as an example to explore the design scheme and actual system composition of the LTE mobile communication system for urban railways.

Keywords： urban railway; wireless communication; LTE; Shanghai airport connection Line

隨著城市化進程的加速，市域鐵路的發(fā)展提高了城市交通的效率。市域鐵路無線通信系統(tǒng)，作為保障列車運行安全、提供乘客信息服務、提高運營效率的關鍵技術設備，其設計和實施對于提升市域鐵路服務質量和運營效率具有重要意義。

國際上，許多發(fā)達國家的鐵路與城市軌道交通已經實現了無線通信技術的廣泛應用。在國內，隨著高速鐵路和城市軌道交通的快速發(fā)展，無線通信技術也得到了迅速推廣。例如，北京地鐵采用TETRA系統(tǒng)，為地鐵運營提供了穩(wěn)定可靠的調度通信服務。上海地鐵則在部分線路上部署了LTE-M技術，以支持智能監(jiān)控和維護系統(tǒng)。

本文首先概述了市域鐵路無線通信系統(tǒng)的重要性和發(fā)展現狀，重點分析了上海機場聯絡線無線通信系統(tǒng)的功能需求和技術方案。接著，詳細闡述了上海機場聯絡線專用無線通信系統(tǒng)的總體方案、無線網絡方案和系統(tǒng)構成，并對關鍵技術和設備展開探究。最后，對市域鐵路無線通信系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢進行了展望，特別是5G技術在市域鐵路領域的應用前景。

1" "市域鐵路專用無線通信系統(tǒng)概述

市域鐵路作為城市交通網絡的重要組成部分，其無線通信系統(tǒng)主要用于承載信號業(yè)務、集群調度業(yè)務、列車廣播和列車運行狀態(tài)監(jiān)控業(yè)務，這些功能對于保障列車安全運行、提高運營效率以及為乘客提供服務具有至關重要的作用。

無線通信技術的發(fā)展歷程經歷了從模擬到數字，從窄帶到寬帶的重大轉變。早期的模擬無線通信系統(tǒng)帶寬有限，數字無線通信技術的興起，如GSM和CDMA，極大提高了頻譜利用率和通信質量；TETRA（Terrestrial Trunked Radio）技術，專為關鍵通信設計，以其快速的呼叫建立時間和高網絡可擴展性，在需要高可靠性通信的場合，如緊急響應和優(yōu)先級調度中發(fā)揮著重要作用；LTE技術因其高速數據傳輸能力和良好的頻譜效率，成為市域鐵路無線通信的主流選擇，可支持傳統(tǒng)的語音和數據通信，以及復雜的控制信號和高清視頻傳輸。

2" "上海機場聯絡線無線通信系統(tǒng)

上海機場聯絡線的專用無線通信系統(tǒng)是確保鐵路運營安全、提升效率和乘客體驗的關鍵技術支撐。本章將詳細闡述該系統(tǒng)的技術方案和系統(tǒng)構成。

2.1 系統(tǒng)總體方案

市域鐵路的調度指揮由城市市域鐵路調度中心負責，遵循《市域快速軌道交通設計規(guī)范》，列車運行控制采用城市軌道列車自動控制CBTC制式[1-3]。

城市軌道交通車地無線通信網絡以往主要采用無線局域網（WLAN）技術，該技術在開放頻段工作，容易受到外界的頻繁干擾，有時甚至會影響到信號系統(tǒng)的正常功能。隨著工業(yè)和信息化部〔2015〕65號《工業(yè)和信息化部關于重新發(fā)布1785～1805MHz頻段無線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知》的發(fā)布與執(zhí)行，1.8 GHz頻段的LTE-M無線通信技術開始被廣泛采納，用以承載CBTC列控業(yè)務的數據傳輸[4]。

LTE-M系統(tǒng)是目前城市軌道交通和市域鐵路領域內承載列控業(yè)務和語音調度業(yè)務的主流技術，2015年工業(yè)和信息化部和中國城市軌道交通協會已明確發(fā)文支持LTE在軌道交通控制方面的應用，中國城市軌道交通協會還制定了相應的LTE-M技術規(guī)范，為LTE系統(tǒng)建設提供了指導。LTE技術在城軌交通行業(yè)內已成為主流趨勢[5]。

基于上述情況，為了滿足市域鐵路列車的運營需求，本線路建立專用的LTE-M無線通信系統(tǒng)，以確保列車運行的高效與安全；為滿足與國鐵互聯互通的運營要求，預留GSM-R專用無線通信系統(tǒng)接入條件[6]。

2.2 無線網絡方案

本工程使用頻率資源為LTE-M規(guī)范定義的1.8 GHz頻段（1 785～1 805 MHz共20 MHz），該頻段位于運營商Band3頻段（上行1 710～1 785 MHz/下行1 805～1 880 MHz）FDD系統(tǒng)的上下行無線鏈路隔離帶上。

2.3 系統(tǒng)構成

上海機場聯絡線LTE車地無線通信綜合承載系統(tǒng)采用LTE-M技術體制，其由核心網設備、基站BBU設備、基站RRU設備、應用接口服務器、調度臺、無線終端〔車載TAU設備、車載臺設備（含錄音及打印設備）、車站固定臺、移動人員手持臺〕、網絡維護管理設備（含維護終端及打印機等）、監(jiān)測檢測設備、天饋系統(tǒng)（由功分器、耦合器、泄漏型同軸電纜及天線構成）、防雷設備以及傳輸通道組成。

LTE-M車地無線通信綜合承載系統(tǒng)滿足調度命令和無線車次號校核信息傳送業(yè)務、信號ATO業(yè)務、集群調度業(yè)務、列車緊急文本下發(fā)業(yè)務、列控系統(tǒng)車載監(jiān)測（DMS）業(yè)務、動車組司機操控信息分析（EOAS）業(yè)務、IMS視頻監(jiān)控業(yè)務、乘客信息系統(tǒng)等業(yè)務需求，系統(tǒng)按單網建設。LTE-M車地無線通信綜合承載系統(tǒng)架構示意圖如圖1所示。

本工程在正線區(qū)間、車站站廳、站臺、車輛段等區(qū)域采用同址雙套RRU設備的配置方式實現20 MHz頻段小區(qū)組網；在與虹橋、浦東機場LTE覆蓋重疊區(qū)采用5 MHz+15 MHz的單網分頻組網方式實現頻率復用；其中5 MHz（1 800～1 805 MHz）頻段獨立承載行車安全告警類業(yè)務，15 MHz（機場區(qū)域共享1 785～

1 800 MHz）頻段承載多媒體寬帶及運維業(yè)務。具體頻率運用方案可根據可用頻率情況調整。

2.4 設備組成

2.4.1 調度中心設置

上海機場聯絡線工程LTE-M系統(tǒng)在調度中心設LTE-M核心網設備、應用接口服務器、網絡管理平臺（配備網管終端和打印設備）、調度服務器、二次開發(fā)網管、通信接口服務器及基站等設備。調度中心的LTE-M網絡整體架構及設備設置納入上海市域鐵路調度中心工程。

2.4.2 接入網設備設置

由于本工程信號列控系統(tǒng)采用CTCS2+ATO方式，LTE-M移動通信系統(tǒng)在車站區(qū)域采用冗余覆蓋。

（1）覆蓋范圍。LTE-M系統(tǒng)（含集群調度業(yè)務）通信服務范圍包括但不限于以下范圍，以滿足通信質量指標的要求：雙正線區(qū)間線路（含車站站屬區(qū)間）、折返線；各車站站廳、站臺、主要設備用房、辦公用房、公共區(qū)域、換乘通道（建筑限界內）、出入口等區(qū)域；車輛段出入段線、咽喉區(qū)、停車列檢庫、檢修庫、綜合樓、變電所等；

（2）覆蓋方式。主要由基站BBU設備（含GNSS天線）、RRU、信號合路設備、漏纜、吸頂或定向天線及配套附屬設備等實現覆蓋。在全線車站、4個通風井、調度中心、車輛段及停車場設置BBU/RRU設備，在區(qū)間設置RRU，覆蓋區(qū)間的RRU設備均設置在上下行側軌旁設備安裝平臺；每個區(qū)間站點設置雙套RRU形成冗余覆蓋。其中區(qū)間BBU通過傳輸網提供的傳輸通道與調度中心的核心網設備相連，并通過傳輸網與集群調度核心網設備相連，BBU與RRU之間通過光纜連接。

RRU設備負責車站內部的信號覆蓋，安裝在專用通信設備室、配線間或弱電間（壁掛或放置于機柜內），確保站廳、站臺的公共區(qū)、設備區(qū)、辦公區(qū)以及出入口、換乘通道的無線通信需求得到滿足。每站用于室內覆蓋的RRU數量暫按2套考慮。

⊙ 站廳、設備區(qū)、辦公區(qū)、出入口采用吸頂天線覆蓋。

⊙ 站臺層：島式站臺、側式站臺根據站房結構選擇采用漏纜覆蓋或吸頂天線覆蓋。

⊙ 區(qū)間覆蓋：隧道區(qū)間采用漏纜覆蓋，隧道單側敷設1條1～5/8英寸漏纜，收發(fā)共用1條漏纜，與其他系統(tǒng)敷設的漏纜間隔為350 mm以上；其中含島式站臺軌行區(qū)漏纜安裝位置接近車頂，側式站臺軌行區(qū)漏纜安裝位置接近車地，具體安裝方案設計在聯絡階段確定。原則上隧道區(qū)間按每1.2 km考慮設置一個RRU延伸信號覆蓋距離，以保證覆蓋質量。

⊙ 車輛段覆蓋：車輛段列檢庫與隧道口之間（咽喉區(qū)）的場內線路采用室外鐵塔天線覆蓋。車輛段停車列檢庫、綜合樓等單體建筑采用室分天線覆蓋。

2.4.3 與機場頻率復用方案

上海機場聯絡線與虹橋、浦東樞紐兩個機場區(qū)域1 785～1 800 MHz頻段頻率復用的LTE專業(yè)移動通信系統(tǒng)可采用共享基站（RAN Sharing）方案實現，提高頻率利用率，降低網內干擾。

機場線新設的LTE核心網設備，與既有機場核心網（虹橋機場、浦東機場各一套）相對獨立。為最大效率地利用15 MHz頻率資源，滿足各自的業(yè)務場景需求，在可能產生干擾的區(qū)域可采用接入網共享的方式共用頻率資源，每套eNodeB通過S1-T接口分別接入兩套核心網系統(tǒng)，如圖2所示。

通過業(yè)務可靠性調度算法，確保重要業(yè)務的可靠性。當機場或市域鐵路出現應急狀況時，在覆蓋重疊區(qū)的共享基站處，僅保證兩家優(yōu)先級較高的業(yè)務，優(yōu)先級較低的業(yè)務在應急狀況下可能出現網絡延時。

上海機場聯絡線無線通信系統(tǒng)的設計和實施綜合考慮功能需求、技術方案和系統(tǒng)構成，以確保系統(tǒng)的高效性、安全性和可持續(xù)性。

3" "結束語

隨著5G技術的發(fā)展，5G技術以其超高速的數據傳輸、極低的延遲和更高的連接密度，推動著通信領域的革命。未來的市域鐵路無線通信系統(tǒng)將可能集成5G技術，以滿足不斷增長的寬帶需求和實現更高效的列車控制與乘客服務，同時解決國鐵和市域鐵路共線運營時的業(yè)務需求。

參考文獻

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[3] GB50157-2013，地鐵設計規(guī)范[S]．

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[6] 真才基．TD-LTE移動寬帶系統(tǒng)[M]．北京：人民郵電出版社，2013．