解析TD-LTE技术在城轨信号系统车-地通信中的应用

解析TD-LTE技术在城轨信号系统车-地通信中的应用

王珮瑶

中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

摘要：城市轨道交通信号系统中的车-地无线通信负责将行车安全的重要数据信息传输出去，是CBTC系统的关键技术之一。以前的WLAN技术存在不适应高速移动环境、干扰风险等弊端，逐渐出现与CBTC信号系统不兼容的情形，而TD-LTE技术的出现及发展，为城轨信号系统车-地无线通信打开了新的思路。本文首先分析了TD－LTE技术的特点，结合信号系统车-地无线通信的需求，着重阐述TD－LTE技术在城市轨道交通车地无线通信系统的应用构成，考虑了抗干扰措施，以期为今后TD－LTE技术的发展提供指导。

关键词：城市轨道交通；TD-LTE技术；车地无线通信

引言

随着国家逐渐重视交通运输的重要性，近些年来我国公共交通发展非常迅猛，城市轨道交通以其舒适性和安全性逐渐替代先前人们的出行选择。一方面城市轨道交通更加便捷快速，另一方面要求轨道交通的车地无线通信也要随之改进，并对其提出了更高的标准。首先要确保城市轨道交通车地无线通信系统的安全性，其次要满足大量乘客的无线多媒体通信需求，而前者是确保轨道交通稳定安全运行的前提。本文首先分析了TD－LTE技术的特点，然后研究了TD－LTE技术在城市轨道交通车地无线通信系统的具体应用，促进该技术的优化。

1.TD－LTE技术的特点

TD－LTE技术作为目前4G时代里的重要主导技术，是国际上公认的标准，已经得到了广泛国际认可。无线通信技术从最原始的2G时代到4G时代，也一步步见证了TD－LTE技术的出现和发展。如今该项技术也被我国城市轨道车地无线通信系统所应用，TD－LTE技术的优势在于上网速度快、功控要求较低和频谱利用率高，其缺陷在于易受干扰、码资源易受限制以及同步要求高。所以针对其优劣势，在城市轨道交通车地无线通信系统中，要尽量克服TD－LTE技术的缺陷，大力发挥其优势。

2.信号系统车-地无线通信的需求分析

实现列车与地面的实时、双向通信是城市轨道信号系统车-地通信的主要功能。列车实时地将自己的实际速度、位置、运行方向和车次号传递给地面轨旁设备；当地面轨旁设备接收到所有列车发出的信息后，由内部的处理单元计算后生成列车的运行权限，主要包括车门控制信息、运行方向、允许的最大速度和停车点位置等，最后再返回给列车。

由于CBTC对传输通道的安全性、可靠性有较高的要求，而且车-地无线通信系统有着较大的传输信息量，因此，对于车-地通信信号系统的性能指标来说，行业内相关规范及标准中的规定较为严格，具体如下表1所示。

车辆段/停车场设置BBU、RRU和天线，车库内及生产区域采用室内全向天线实现场强覆盖。

3.2城轨信号系统车地通信系统的功能

城轨信号系统车地通信系统主要包括以下功能：时钟同步功能、系统设备自动检查功能、虚拟专网功能、单站集群（故障弱化）功能、系统网络管理功能、动态基站分配（越区切换功能）、录像录音功能、存储功能、传输数据、编号及编组功能、语音辅助功能、视频、语音的呼叫和调度功能。

3.3系统功能的实现

3.3.1列车控制信息

在CBTC系统中，为了实现车辆状态信息、CBTC、PIDS信息以及车载视频等相关数据的传输，可以通过信号系统与公务电话子系统、车辆广播、车载PIS系统、车载视频监控系统等专业接口连接来完成，最终实现一些如：显示列车位置、完成车次、行车状态等ATS信息、故障报警等功能。

3.3.2无线集群调度信息

无线集群调度是城市轨道交通的通信系统的重要内容，其畅通是确保轨道交通安全运行的关键。其中，利用系统中的语音、语音辅助功能、视频调度和呼叫功能等功能，来实现司机、值班员以及调度员之间的呼叫通信。同时为了给调度员提供合理的决策依据，需要用轨道交通沿线的录像监控功能来加以辅助，调度台通过互联的专用视频监控系统与控制中心以及监控系统的接口，将从终端获取的视频传到控制中心，通过控制中心的调度台将视频传到监控系统。这样，不仅保证了调度员、值班员、司机之间的语音通话的同时还可以进行传输一些短信、图片以及视频等。

3.3.3信息的传输

城市轨道交通的运行速度很快，在此期间如果固定基站与终端系统之间的距离变化过快，就会导致地面轨旁设备与车载无线通信终端间的连接变弱，这时系统检测测量消息与移动终端下发信号强度，通过动态基站分配（越区切换功能）功能来完成，由终端进行信号强度检测。当测得的信号强度达到网络侧的要求时，终端会将所测的信息报给网络，根据终端发出的报告信息，网络会自动切换到相对较好的信号强度区域。网络侧在进行切换时，移动终端会测量由基站下发的测量信息，当所测的结果满足触发测量时就会将其报告给基站。

当满足条件被触发后，会生成与切换相关的信令信息并进行切换判决，后将信息发送给RRC连接重配置（移动终端），RRC连接重配置收到消息后需要在目标小区进行随机接入，先前要执行到目标小区的同步，随后用户终端给基站发送已完成RRC连接重配置信息，使其知晓终端已经实现更换到目标小区。为了告知该用户终端已经切换了小区，目标基站要将向路径转换消息发送给核心网MME。在移动终端面将下行路径切换到目标侧之前，MME要发送用户面更新请求给S－GW。一般0.32s为切换触发时间默认值（由满足迟滞开始，到上报完成测量报告的时间），2dB为切换的迟滞默认值。如果切换的处理时间为0.05s（基站下发切换命令与收到测量报告的时间），则切换的信令面时延基线为0.038s（在邻区接收到完成RRC连接重配与之前下达RRC连接重配命令的时间）。如果列车按照120km/h的速度运行，则理论上计算切换带的结果应该为77米，但在实际上通常会预留80～100米的切换带，这样确保工程实施中有更大的几率实现切换成功。

3.4抗干扰措施

TD-LTE网络干扰包括外部干扰和内部干扰。TD-LTE网络的外部干扰主要来自于其他网络的同频干扰。内部干扰主要体现在A、B双网间的干扰和同频组网情况下小区间的同频干扰2个方面。

3.4.1A、B双网间干扰分析

A、B双网异频组网，当2个网络频段相邻，倘若2个网络接收和发射不同步，则会由于带外辐射和杂散的原因互相干扰，造成网络性能下降甚至阻塞。因此需保证：A、B双网必须严格保证时钟同步；双网必须严格保证时隙配比和特殊时隙配比一致，来避免该类干扰的发生。

3.4.2小区间同频干扰

由于采用同频组网，处于小区边缘的用户下行业务由于受到邻区业务和导频的干扰导致信噪比较低，从而影响下行吞吐量。为了缓解同频干扰的影响，可以通过以下手段进行优化：通过修改切换参数，使用户及早切换到目标小区，优化边缘用户切换时的吞吐量；通过参数优化，使业务信道的功率提升，改善处于边缘用户的信噪比，从而提升吞吐量；引入新的无线管理算法，使互为邻区的2个小区下行频带错开，提升边缘用户的吞吐量，减小处于边缘用户业务信道的干扰。

3.4.3外部网络的同频干扰

若存在外部同频干扰（如北京的政务网等），为了满足TD-LTE接收信号SINR（信号与干扰加噪声比）的要求，可采取如下措施：增强无线信号接收强度，包括增大天线增益，减少覆盖半径，提高功率；全线采用漏缆进行覆盖；无线参数调优；车载天线放置车底。

4.结束语

由上可知，在城市轨道交通信号系统车地通信中应用TD-LTE技术，可实现诸多功能，同时促进将可靠的无线通信传输平台搭建在轨道交通系统中。为不断提高城市轨道交通车地无线通信的应用水平，还需要研究人员不断努力研发，进一步提高该技术，考虑多种电磁干扰问题及抗干扰措施，促进TD-LTE以及多个厂家的通信系统与IP电话、PSTN固话的互联互通。

参考文献

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