干货分享 | 市域轨道交通基于TD-LTE技术的多网融合解决方案研究

摘要：市域铁路作为一种新型交通制式，已逐渐成为二三线城市的主流建设模式。基于此，研究了市域铁路的无线通信系统建设，设计了基于TD-LTE技术的多网融合解决方案的架构，为后续市域铁路无线通信系统的建设提供了一定参考和借鉴。

关键词：市域铁路；无线通信；TD-LTE；多网融合

1、研究背景

近年来，我国城市轨道交通建设飞速发展，各地都在加快城市轨道交通建设。其形式逐渐呈现多样化，从最初的市区线（M 线），扩张到市域快线（R 线），又逐渐兴起了市域铁路（S 线）。随着各个城市地铁线网规模的逐渐形成，主城核心区与外围卫星城、组团城市以及沿途城镇之间的交通建设迫在眉睫。缩短城区和郊区之间的距离、促进城乡统筹发展的愿望愈发强烈，市域铁路势必成为未来主流的轨道交通建设模式 [1]。

市域铁路（也称市域轨道交通）是介于铁路和城市轨道交通之间的一种新型交通制式。针对这种新型轨道交通模式，目前暂无现行规范可循，也无任何成功案例参考。其既不同于国铁，也不同于地铁，通信系统方案无法完全参照既有的轨道交通形式进行设计。市域铁路从运营管理模式来讲，更偏向于城市轨道交通，无线通信系统所承载的业务与传统的城市轨道交通基本相同。

但是，目前城市轨道交通中应用的无线通信技术仍存在一定的技术局限性，特别是广泛采用的车地宽带技术WLAN 已经无法跟上市域铁路高速发展的步伐，急需寻求一种新的技术满足市域铁路车地宽带的接入需求。

2、国内主要城市轨道交通无线通信系统的建设现状

车地无线通信是城市轨道交通安全运营的神经中枢。城市轨道交通采用无线通信技术的系统有很多，包括专用无线调度、乘客信息系统、信号系统、公安无线系统、消防无线系统、民用无线系统、车辆信息及检测信息上传系统和车载视频监控系统等。此外，还可能包括无线政务网和为了满足乘客上网需求的 WiFi 接入系统。

按照业务需求划分，上述系统需求可以分为专用业务需求和非专用业务需求。专用业务需求主要是指轨道交通内部各无线通信系统的业务需求，如信号、专用无线调度等系统。这些业务是轨道交通正常运行的保障。非专用业务需求主要包括公安、消防、政务和民用通信等。由于它的服务主体各有差异，同时需实现与各自业务系统的对接，因此不建议进行无线通信网络整合。若条件允许，可考虑无线覆盖介质共享。

本文主要讨论了专用无线通信系统进行多网融合的可行性，包括专用无线调度系统、信号系统和 PIS 系统（含车载 CCTV、车辆状态信息的上传和流媒体的分发）。

从专用无线通信系统承载的数据类型划分，主要分为车地语音通信业务（如专用无线调度系统）和车地宽带数据通信业务（如 PIS、信号系统 CBTC等）。目前，从已开通的线路来看，国内地铁大多采用 TETRA 承载车地语音通信，采用 WLAN 技术承载信号 CBTC 列控信息，采用工作在开放频段的 WLAN系统承载 PIS 业务，但也有个别城市采用双向 DVB-T（地面数字电视广播，数字视频的地面传输标准）承载车载 PIS 业务，如武汉、长沙、南昌和重庆等。随着 1.8 GHz 频率资源的开放和 TD-LTE 技术的成熟，新建地铁线路开始广泛采用 TD-LTE 技术承载业务。

3、系统方案

目前，基于 TD-LTE 技术的多网融合解决方案主要考虑承载 CBTC、专用无线语音调度业务、PIS 业务、CCTV 业务以及 PCA 业务。后五种业务均可由一张 LTE 网进行承载，温州 S1 线就采用了该实施方案。

但是，如果需要承载 CBTC 网络时，则需考虑此重新建设专门的 LTE 网进行承载 [2]。

根据信号网络的设计原则，为保证系统业务的可靠性和安全性，无线网络必须冗余设置。此时，LTE 网络架构应按照A、B双网设计，两张网络完全独立，并行工作，互不影响。

每个网络包括核心网（EPC）、基站（eNodeB）和车载无线设备（TAU）。其中，A 网络单独用于承载CBTC业务，B网络用于承载CBTC业务备份、集群语音、PIS 和 CCTV 等业务。LTE 网络逻辑架构如图 1 所示 [3]。

笔者建议A网由信号系统建设，B网由通信系统建设，具体网络结构如图 2 所示。

与单网构成方案一致，LTE 网络需要在控制中心、车站、车辆段 / 停车场、轨道旁和车辆中部署相关设备。

但是，中心设备、基站设备、车载设备和覆盖系统均按照布置两套。其中，两套核心网设备、网管及应用、接口服务器均统一安放在控制中心，两套车站及区间设备均按照同址设置考虑，车载设备也按照冗余原则配置。

此外，采用多网融合方案覆盖的区域主要包括所有车站、上下行正线、折返线、车辆段 / 停车场和试车线等。

4　结　论

目前，TD-LTE 技术非常适应市域轨道交通业务承载模型。随着各系统业务需求的不断增加，车载 CCTV由目前主流的标清视频上传逐渐演变为高清视频上传，从2路视频变为整个列车的视频上传；PIS 系统从标清视频演变成高清；语音调度通信从单纯的语音通话需求变为多媒体调度需求等。

各系统业务对无线通信系统的要求越来越高，带宽需求越来越大。未来，随着带宽需求的增加，频率资源紧张将成为发展的瓶颈。因此，无线通信技术的发展要与时俱进，以满足不断发展的业务承载需求 [4-6]。

作者简介：

作者简介：

张正杰（1988-），男，江苏盐城人，本科，工程师

苏州市轨道交通集团有限公司，主要研究方向为通信工程。

参考文献:

[1] 严伟富 . 浅谈 TD-LTE 技术特点与组网方案 [J]. 黑龙江科技信息，2012，（22）：91.

[2] 郑晓军 . 无线通信 TETRA 系统简述 [J]. 科技资讯，2010，（1）：22.

[3] 杨海宁，周　勇 . 关于 TD-LTE 的原理及关键技术的分析 [J]. 价值工程，2013，（6）：188-190.

[4] 王　迎，龚慧莉 . 论述 TD-LTE 技术的未来发展 [J]. 移动通信，2009，33（2）：5-8.

[5] 邓何勤 .LTE TDD 与 LTE FDD 技术比较研究与分析 [J].通信与信息技术，2011，（4）：52-54.

[6] 杨利强 . 城市轨道交通无线通信系统融合方案 [J]. 都市快轨交通，2015，28（2）：117-120.

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