作为关系到列车运营体验和运行安全的特殊系统，CBTC 对可靠性、安全性要求极高。产品链和技术的成熟度是目前国内大部分城市采用WLAN技术承载CBTC 业务的主要出发点。

LTE 技术与传统无线局域网相比，具有延迟降低、分组传送、广域覆盖、高数据速率和移动支持能力强等诸多优势。

WLAN仅有三个完全正交的信道，而LTE组网具有丰富的干扰避免技术；从基站的覆盖范围来看，LTE 组网较传统WLAN范围更大，单个接入点支持更多的用户数，这对组网的复杂度起到降低作用，更为重要的是，对于不同等级的QoS保障，LTE也能支持，这样在承载多业务时，LTE 对业务优先级进行划分，保证关键业务的优先。对于承载地铁多业务来说，这无疑具有很大的优势，而传统的无线局域网很难达到这一点。

本文将以哈尔滨地铁3号线一期为实例，探讨基于LTE的地铁信号无线传输具体方案的设计。

1 无线传输体设计

1.1 平台总体设计

TD-LTE作为下一代无线技术的主流标准，目前在商用领域已经获得较大规模的应用。TD-LTE的核心是正交频分多址/单载波频分多址（OFDMA/SC-FDMA）、多发多收（MIMO）等技术，可以明显的提高无线通信的频谱效率和数据传输效率。

目前已向无线电管理委员会申请1 785～1 800 MHz用于本次工程的基于时分双工（TDD）模式的宽带无线接入网络。依照TD-LTE的技术特点，在已经申请的20 MHz的带宽，可以实现下行100 Mbit/s、上行50 Mbit/s的信息传输。

根据ATC业务系统传送车地信息的特点，LTE网络采用A/B独立双网的冗余设计承载业务。A/B独立双网包括A/B无线双网和A/B双核心网。

如图1所示，A/B无线双网确保在轨旁由2张无线网络实现无线信号冗余覆盖。A/B无线网络分别采用不同的频点F1和F2。

A无线网络内采用同频组网，B无线网络内也采用同频组网。A/B双核心网即是2个单独的核心网。A无线网络和A核心网组成可以实现端到端通信的LTE A 网络，B无线网络和B核心网组成可以实现端到端通信的LTE B网络。

TD-LTE车地无线通信系统采用A、B双网设计，双网同站址覆盖。通过POI设备与800 MHz专用通信系统共用一根泄漏同轴电缆，另一根泄漏电缆为信号专用泄漏电缆。

车地宽带无线网络覆盖包括正线、停车线、联络线。隧道轨旁主要部署RRU和泄漏同轴电缆（1.8 GHz）。BBU与RRU之间通过IR接口光缆连接。分别部署A、B网的核心网设备EPC，通过中心交换机实现信号系统业务的接入。

在列车的车头和车尾，分别设置LTE网络车载设备，包括车载接入单元（TAU）天馈系统等。车头和车尾各安装一台TAU，车头的TAU工作在LTE A网；车尾的TAU工作在LTE B网。系统的整体架构如图2所示。

核心网包含MME，S/P-GW和eHSS逻辑网元。MME处理UE的移动性管理和会话管理，S/P-GW处理终端和组的媒体面数据路由和承载资源分配。

MME和S/P-GW之间为S11接口，用于进行用户面承载的管理。核心网组成如图3所示。

1.2 正线覆盖方案

在全地下隧道内使用泄漏电缆进行TD-LTE的无线信号覆盖，由于隧道把地铁上行方向和下行方向物理隔离，将上行方向和下行方向分别划分为2个小区，在行车方向上配置小区邻区。

RRU放置在车站信号机房，功分/合路器也放置在信号设备房，TETRA四功分后的信号经馈线接入信号设备房的功分/合路器输入端，合路器输出端接到区间漏缆上，实现隧道内覆盖。

1.3 站台区覆盖方案

岛式站台轨道间距离较大，轨道使用泄漏电缆覆盖，能够满足隔离度的要求。岛式站台的RRU连接如图4所示。

对于侧式站台，由于轨道间距离较小，不能满足隔离度要求，将站台的上下行轨道规划为一个小区，将覆盖上下行轨道的两个RRU进行小区合并，使用泄漏电缆进行无线信号覆盖。

如果在侧式站台无法架设泄漏电缆，则采用天线方式覆盖。侧式站台RRU的连接如图5所示。

距离天线10 m处的传播损耗为57 dB，漏缆的耦合损耗按63 dB，双极化定向天线增益按8 dBi考虑，则采用6 dB的耦合器来耦合功率给站台覆盖的天线，可以保证漏缆和天线之间的场强平滑过渡。天线只需在一侧漏缆安装。

1.4 漏缆覆盖切换区计算

终端在移动过程中，需要从一个基站移动到下一个基站，从而发生基站信号的切换，在两个基站之间就会形成一个切换区，漏缆切换示意如图6所示。

切换区的计算：  

切换区距离 = 2dB/漏缆每米损耗 +2×(测量时长+切换时延）×车速

列车最大速度按120 km/h，测量时长和切换时延一般为300 ms以内，传播模型按漏缆每 100 m最小损耗3.8 dB（1.8 G）计算，车速按120 km/h计算，切换区长度计算如下： 

2/3.8×100+2×0.3×80 000/3 600=61 m

2 泄漏电缆共用方案

2.1 LTE与TETRA专用通信系统合路方案

如图7所示，全线各车站轨旁LTE和TETRA信号同时接入漏缆处，通过2个POI合路器，实现A、B网两通道RRU的接入和1路800 MHz专用通信无线信号的接入。

POI合路器a为2入2出型合路器，用于LTE A/B网信号合路；POI合路器b为4入2出型合路器，用于LTE A/B网、TETRA信号合路，需要从TETRA系统的功分器引入射频馈线接入POI合路器b，覆盖隧道的双方向。

2.2 共用漏缆隔离度分析

2.2.1 TETRA系统对TD-LTE的干扰分析

1）杂散干扰

TETRA基站带外离散杂散的辐射指标为 -30 dBm(1 MHz的测量带宽)，经过4功分器（按6 dB计算）后为-36 dBm。

TD-LTE的灵敏度按照-101.5 dB，信道带宽5 MHz，热噪声功率底为-107 dBm。如果允许TD-LTE基站灵敏度恶化3 dB，可接受的干扰电平为-107 dBm，则需要：

-30-（-107）+ 10lg（5/1）≈84 dB

即POI的800 MHz通道滤波器在1.8 GHz处的抑制为84 dB。

2）阻塞干扰

TETRA基站发射功率为25 W，44 dBm，经过4功分器（按6 dB计算）后为38 dBm。TD-LTE的带外阻塞指标按一般性要求为-15 dBm。因此，只要POI的1.8 G通道对800 MHz的隔离抑制度按照一般性要求需要达到53 dB，即可满足要求。

2.2.2 TD-LTE系统对TETRA的干扰分析

1）杂散干扰

TD-LTE基站带外离散的辐射指标一般要求为-36 dBm（100 kHz的测量带宽）。

TETRA基站动态灵敏度为-113 dBm，信道带宽25 kHz，共道C/I门限为19 dB。如果允许TETRA基站灵敏度恶化2 dB，则可接受的干扰电平为-124 dBm/100 kHz（等效-130 dBm/25 kHz），同时计入4功分器插损（按6 dB计算），则需要：

-36 -6-（-124）= 82 dB

即POI的1.8 GHz通道滤波器在800 MHz处的抑制按一般性要求为82 dB。

2）阻塞干扰

TD-LTE基站发射功率为40 W（46 dBm）。TETRA阻塞指标为-40 dBm，同时计入4功分器插损（按6 dB计算）。可以计算得出：

46 - (-40) - 6 = 80 dB

即POI的800 MHz滤波通道对1.8 G的隔离抑制度需要达到80 dB。

根据以上计算要求，选择满足隔离度要求的POI合路器。

3 抗干扰分析

TD-LTE系统内干扰主要来自同频邻区干扰，系统内小区间的同频干扰会对小区吞吐量、覆盖产生影响。

需考虑同向隧道中前后同频邻区的干扰，及位于车站两侧双隧道的两个小区的相互干扰，如图8所示。

3.1 车站两侧双隧道的两个小区的相互干扰

按照室内Keenan－Motley传播模型估算车站两侧小区的同频隔离度： 

Pathloss(dB)=32.5+20×lg(f)+20×lg(D/1000)+P×W

其中：f为工作频率；D为漏缆到天线距离；P为墙壁损耗参考值；W为墙壁数目。

1）岛式站台抗干扰分析

岛式站台上下行线间距由现场实际可知最小为13 m。站台车辆接收本侧小区信号的路损计算如下（距离天线即漏缆的距离D按照2 m计算，无穿透损耗）：

PL1=32.5+20×lg（1800）+20×lg（2/1000）

站台车辆接收对面小区信号的路损计算如下：距离天线即漏缆的距离D按13 m计算，P×W包含列车及屏蔽门穿透损耗，按10 dB计算。

PL2=32.5+20×lg（1800）+20×lg（4.8/ 1000）+10

两侧小区信号隔离度=PL2-PL1=17.6 dB，满足链路预算边缘的最高解调门限值8.5。

2）侧式站台抗干扰分析

侧式站台上下行线间距由3号线贯通方案可知为4.8 m。站台车辆接收本侧小区信号的路损计算如下（距离天线即漏缆的距离D按照2 m计算，无穿透损耗）：

PL1=32.5+20×lg（1800）+20×lg（2/1000）

站台车辆接收对面小区信号的路损计算如下（距离天线即漏缆的距离D按4.8 m计算，无穿透损耗）：

PL2=32.5+20×lg（1800）+20×lg（4.8/1000）

两侧小区信号隔离度＝PL2－PL1＝7.6 dB，不满足链路预算边缘的最高解调门限值8.5，需要进行小区合并避免干扰。

3.2 同向隧道中同频邻区间的干扰

如图9所示，前后邻区同频，在小区边缘信噪比最差可达0 dB，如果不采取抗同频干扰的措施，小区边缘的上下行干扰很严重，SINR很低，不能满足速率需求。

通过功控算法、IRC等技术来进行小区间的干扰控制和消除。

4 总结

LTE作为一种先进的无线通信技术，具有高带宽、高可靠性是其他无线通信技术无法比拟的，轨道交通LTE的发展需要解决频段的问题和行业化的问题。首先是频率问题。

哈尔滨地铁所用的1.8 GHz频段是国家给所有行业的行业专用频段，遵循先申请先得的原则，并不是轨道交通的专用频段，因此，LTE如果要在轨道交通行业广泛推广，还需要国家无线电管理委员会明确轨道交通专用频段；其次，LTE还需要针对轨道交通做大量行业适配工作。

在针对轨道交通车地无线CBTC和调度业务的承载上，需要继续和业界合作，进行对接测试和匹配的终端开发。在针对越来越复杂的各种覆盖场景上（隧道、高架、换乘站等），提供定制化的覆盖解决方案。

来源：《铁路通信信号工程技术》 作者：李厚锴（哈尔滨地铁 ）