1概述
近年来，随着社会经济的高速发展，我国城市轨道交通进入了快速发展阶段，其安全性和舒适性得到社会的普遍关注，支撑城市轨道交通安全运营生产业务不断增加,现有基于2.4GWLAN的车地通信系统面临挑战。随着4G无线宽带技术的普及，轨道交通行业建设大容量车地无线通信系统成为可能。同时，为节省有限的频率资源，减少重复建设，充分发挥系统能力，建设基于TD-LTE技术的无线通信综合承载网，综合承载城市轨道交通信号系统、乘客信息系统(PIS)、视频监控系统等生产系统的业务信息,成为未来轨道交通行业发展的必然。
2轨道交通车地无线通信业务介绍
在轨道交通行业中，涉及车地无线通信业务的主要包括以下几个系统。
2.1 信号系统
信号系统传送的信息主要为列控CBTC信息，其中地面设备对列车传输的信息包括移动授权、限速信息、列车识别号、运营调整指令等信息，列车对地面设备传输的信息包括列车车组号、屏蔽门开/关命令、本列车的定位信息、本列车的速度信息等。
在高速移动状态下，无线通信综合承载网需要提供满足宽带、稳定、具有QoS保障和实时性要求主备冗余的双向数据通道。
1)列控系统实时性、可靠性及安全需求
a.实时性、可靠性要求
*列控信息经有线和无线网络传输延迟时间应小于150ms。
*单网络信息传输的丢包率应小于1%，误码率小于10-6。
*车-地通信单网络的越区切换中断时间应在100ms以内。
*可靠性：系统设备平均无故障时间为MTBF>2×104h。
*可用性：系统的可用性指标≥99.99%。
*可维护性：系统设备的平均故障修复时间为MTTR120km/h)场景下的无线链路质量，具备优良的高速移动状态下的宽带接入能力。
抗干扰能力强：采用ICIC、IRC等专业技术，有效降低小区边缘频率干扰，提高小区吞吐率，若使用行业专有频段，外部干扰少。
QoS机制：LTE系统定义了标准的QCI属性，所有QCI属性均可根据实际需求预配置在eNodeB上，这些参数决定了无线侧承载资源的分配。在资源受限的条件下由ARP参数决定是否接受相应的承载建立请求。
3)组网方案
本工程组建的无线通信综合承载网，采用两套LTE设备冗余组成A、B两张网，全线按照链状网结构分别部署两套完全相同的“BBU+RRU”网络，通过专用传输系统提供的传输通道分别接入控制中心设置的两套LTE核心网设备。
隧道区间采用RRU+漏泄同轴电缆方式覆盖，车辆段采用RRU+天线方式覆盖。两张网络完全独立，并行工作，互不影响。
每个网络均包括EPC、eNodeB、车载无线终端(CPE)。信号系统信息在两套网络上同时传输，以保证其对网络可靠性的要求，由信号系统同时接收并判断确定使用有用信息。
4)频率规划及指配
a.网络承载业务带宽需求
根据第2节业务带宽需求分析，无线通信综合承载网需要承载的业务信息。
b.频率资源规划
正线(地下部分)无线频率需求：
*根据业务信息承载统计，正线A、B双网共需20MHz频率资源。
*A网使用15MHz带宽组网。
*B网使用5MHz带宽组网。
车辆基地(地面部分)无线带宽需求：
*根据业务信息承载统计，A、B双网共需10MHz频率资源。
*A网使用5MHz带宽组网。
*B网使用5MHz带宽(与正线B网组网方式始终一致)。
c.需要说明的问题
由于A网在车辆段(地面)和正线(地下)采用不同的频率带宽组网，在2个不同频带的eNodeB小区边界位置(位于出入段线附近)会产生1～2s的链路中断时间，用于注册到A网的车载终端执行小区重选操作;B网在正线和车辆基地的组网方式始终一致，切换不受影响。
在上下行时隙配置一致时，两个TD-LTE网络可以同站址共存。本方案通过对基站和车载设备侧的合路器加装滤波器进一步消除网络干扰，提高频谱利用率。
5)与运营商无线频率干扰
无线通信综合承载网与运营商间干扰主要需考虑TD-LTE与其频段最接近的运营商无线系统间的干扰，主要为FDD上行频率1755～1785MHz，移动DCS下行1805～1830MHz，通过分析运营商无线系统和TD-LTE(1785～1805MHz)系统杂散和阻塞要求，两系统间必须具备80dB的隔离度，既运营商无线系统的频率和TD-LTE(1785～1805MHz)间需设置5MHz的保护间隔。
在实际工程中，轨道交通建设方可与运营商进行协商，要求运营商进行频率规划，在轨道交通中不引入与TD-LTE(1785～1805MHz)相邻的频段，且保证5MHz的频率间隔。
6)QoS规划
基于LTE技术的无线通信综合承载网承载了信号系统列控CBTC信息、PIS系统、视频监控系统、紧急文本信息等业务，各业务的ARP分配由高到低;同时根据各业务对可靠性、时延的要求，系统为其分配不同的QCI。
7)无线信号覆盖设计
a.系统指标
根据无线通信综合承载网的承载需求，无线网络覆盖率的设计目标需要满足如下指标。
*要求在覆盖区域内，TD-LTE无线网络覆盖率应满足RSRP≥-95dBm的概率大于95%;
*要求在同频组网条件下,满足车地承载业务信息需求的概率大于95%;
*无线接通率：基本目标>98%;
*掉线率：基本目标98%;
*块误码率(BLER)：基本目标<10%，挑战目标<1%。
b.区间覆盖
覆盖方式：无线通信综合承载网无线覆盖可以采用天线和漏缆覆盖，对于地下线路建议采用漏缆方式进行覆盖，对于车辆段(维修基地)和地上线路建议采用天线覆盖。
漏缆方案：对于单漏缆和双漏缆的选择，不能仅仅考虑设备数据吞吐能力的差异，还需要考虑漏缆部署的可靠性和安全性，当其中一根漏缆出现问题时，另外一根漏缆仍可以正常使用，系统可以通过传输模式自动转换(如从TM3转为TM1模式)消除无线覆盖的单点故障。另外双漏缆部署，按双流方式实现MIMO空间复用，可以有效提高信道的容量。综合以上分析，建议使用双漏缆方案。
5实验测试
20xx年上半年，由北京市轨道交通建设管理有限公司组织，多家LTE设备厂家、信号系统设备厂家、乘客信息系统设备厂家和视频监控系统设备厂家参与，共同进行了无线通信综合承载网试验。本次试验共分为两步：第一步为实验室测试，第二步为现场测试。20xx年上半年进行的实验室测试验证了LTE系统在城市轨道交通车地无线通信综合承载的可用性;20xx年下半年进行的现场测试对无线通信综合承载网及各项技术指标进行了验证，包括丢包率、切换试验和不同频宽的吞吐量，现场测试结果验证了基于LTE技术的无线通信综合承载网满足轨道交通信号系统、PIS系统、视频监控系统、紧急文本下发等业务需求。
6结论
综上所述，经过业务分析、技术比选和LTE技术研究，确立了基于LTE技术无线通信综合承载网的技术方案。实验测试数据验证了该技术方案的可用性和可行性。建设基于LTE技术无线通信综合承载网，可以有效解决专用频率资源的问题，同时还可以大大减少工程投资。因此，建设基于LTE技术的无线通信综合承载网将成为未来轨道交通建设的必然选择。