城市轨道交通 CBTC系统中 LTE技术的应用

城市轨道交通 CBTC系统中 LTE技术的应用

张福华

乌鲁木齐城市轨道集团有限公司运营分公司 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000

摘要：在我国城市化进程中，轨道交通事业取得快速发展，但是轨道交通运营的安全也成为社会普遍关注的问题。在智慧城市建设中，LTE技术在城市轨道交通CBTC系统中的应用，有助于提升系统的可靠性与安全性，确保轨道交通事业在我国的健康发展。因此对城市轨道交通CBTC系统中LTE技术的应用进行研究具有重要意义。

关键词：城市轨道交通；CBTC系统；LTE技术；应用

基于通信的列车控制系统就是CBTC，该系统运行的原理是通过列车和地面设备之间的双向通信，用实时汇报列车位置和计算移动授权的移动闭塞来实现列车运行控制。下面就对城市轨道交通CBTC系统中LTE技术的应用进行分析，希望可以为相关研究人员及工作人员提供一些参考意见。

1城市轨道交通 CBTC 系统LTE技术简介

LTE是一种基于大带宽的高速无线通讯技术，目前在轨道交通行业，很多国家加大了对LTE系统的应用，并取得了良好的效果。FD-LTE频分系统和TD-LTE时分系统是LTE系统的两个重要组成部分，我国主导并研究了TD-LTE，该系统最大的优势就是可以对业务进行优先划分，且配置十分灵活，并且具有较强的抗干扰性能。其技术优势包括如下几个方面：

（1）网络采用扁平化架构，降低整体系统时延，满足关键任务中指令的上传下达，改善用户体验，降低部署和运营成本。

（2）频谱配置灵活，支持1.4MHz/3MHz/5MHz/10MHz/20MHz带宽，可根据不同的频带资源和容量需求进行灵活调整。在20M的带宽内可实现下行100Mbps，上行50Mbps的系统峰值速率。

（3）具有较好移动性，可实现终端移动速度为0~15km/h时拥有最佳性能，15~120km/h 有较好性能，120~ 350km/h保持连接，确保不掉线。

（4）延迟小，子帧长度为0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，控制面延迟小于100ms，用户面时延小于 5ms。

（5）通过系统设计和严格的多级QOS机制，能够保证不同业务优先级和实时业务的服务质量。

（6）采用分层安全机制，无线链路和核心网需要有各自的密钥，用户安全终止于eNB，提供高于2G/3G的安全协议保障。

2城市轨道交通CBTC系统中LTE技术的应用

车-地无线通信LTE设备一般是由核心层、终端层、接入层三个部分组成。

2.1整体架构

核心层是整个无线网络关键部分，完成无线传输数据的汇聚与分发，与其它业务子系统互联，为它们提供可靠的双向数据通信服务，所有的无线接入数据都需要通过核心层与外部系统通信。同时负责整个网络的管理与维护。接入层提供沿线无线接入服务，同时上行接入地面有线网络，与中心子系统对接，完成对各类业务的数据传输。终端层由车载无线终端组成，用于连接轨旁无线网络。TD-LTE系统采用冗余设计架构，因此需要考虑采用A/B红蓝双网覆盖方案，如上图所示。A/B双网采用独立网络方式，每张网内各有1套核心网和基站系统，完全覆盖行车区域。A/B双网的基站的天馈接口通过合路器汇接后与泄漏电缆或天线连接，实现无线信号的覆盖。

2.2TD-LTE承载CBTC系统业务的应用

TD-LTE系统在轨道交通承载的业务主要有CBTC、PIS以及CCTV业务。CBTC业务信息通过A、B双网承载，其他业务信息由A网独立承载。系统在运行期间，如何保证安全性与可靠性十分重要，而CBTC是保证安全性的核心设备，TD-LTE网络在CBTC的要求下，必须在承载的业务中采用最高优先级，确保数据传输的整体效率。因此A、B双网都需要具有QOS调度策略，优先保障列控信息的安全传输满足列控信息传输实时性、可靠性及安全性需求；车载终端TAU部署在列车编组的前后司机车厢，TAU天线安装在司机车厢外侧，并尽量保证与泄漏保持视距，TAU通过以太网接口与车内交换机及信号车载设备连接，实现TAU与车内数据业务的信息交互；为确保系统的可靠性与冗余性，可以采用设置在备用控制中心的方式对EPC核心网进行设置。选择频率自动控制技术，对TD-LTE网络在高速运行期间，出现的多普勒效应进行控制，保证通信质量。小区间的干扰协调则可以在ICIC的选择下，在干扰抑制组合的应用下，消除干扰。

2.3TD-LTE 网络抗干扰方面的应用

TD-LTE技术属于一种自主可控的网络技术，在实际应用中一般申请1.8 GHz的频段，可以对AB网进行合理分配，一般情况下A网的频段为1785~1800MHz，承载CBTC、CCTV以及PIS等业务，B网的频段为1800~1805MHz，只承载CBTC业务。在LTE系统实际运用过程中往往会与其它系统产生相互干扰。在考虑和地铁专用无线通信系统系统间共存分析时，通过一定算法可以得到系统间需要的最小隔离度，在网络设计及工程实施中，可采用保证两者间天线距离或提高滤波器性能的解决方案来避免系统间干扰，使得两个系统间能够在同一区域共存。在考虑和民用通信系统系统间共存分析时，地铁使用的LTE频段1785MHz~1805MHz，与其紧邻的有移动的DCS1800MHz系统下行发射频段。在实际部署中，如果地铁区间为全地下且运营商1800MHz网络不下区间和站台，则TD-LTE车地系统可以采用全部20MHz带宽；如果运营商DCS1800MHz系统要下区间和站台，必须要求重新规划频率使用，至少保证边缘保留5MHz保护间隔；

3结束语

城市轨道交通信号系统虽然取得一定的发展，但依然有很大的进步空间，尤其是在科学技术水平不断提升的背景下，LTE技术在车地无线通信中的实施，能确保信号传输的整体质量，且可靠性与安全性能较高。同时由于具有独立的传输频段，可有效提升抗干扰性能。通过对LTE技术的应用，能有效控制成本，提升该技术的应用价值，推动我国城市轨道交通事业的可持续发展。因此城市轨道交通CBTC系统中LTE技术的应用是时代发展的必然，也是我国不断提升服务功能的措施。

参考文献：

[1]贾萍, 徐淑鹏. TDD-LTE技术在城市轨道交通CBTC系统中应用[J]. 城市轨道交通研究, 2015, 018(012):113-116.

[3]吕文斌. 基于LTE的城市轨道交通CBTC列车车地无线通信的研究[J]. 数字通信世界, 2018, 000(012):50,46.