軌道交通LTE技術的應用及創新實踐

【電纜網訊】近日，中國城市軌道交通協會發布《關于推薦城軌交通項目新建CBTC系統使用1.8G專用頻段和LTE綜合無線通信通信系統的通知》，通知中提到，隨著我國城市軌道交通的快速發展，對使用無線CBTC信號系統時必須滿足安全可靠的運營提出了更高要求，基于1.8G專用頻段（1785-1805MHz）和第四代通信制式（TD-LTE）制定的城市軌道交通無線通信技術規范（LTE-M），在安全性、傳輸速率、延時、通信質量、對更高速度的適應性和互聯互通等方面都比wifi制式有更好的應用場景，并且由于TD-LTE技術已經在國內形成了完整的產業鏈，因此，協會建議新建城軌項目使用LTE-M規范，那么，LTE技術到底擁有何種魅力，能夠獲得城軌行業的青睞呢？

1.LTE匹配軌道交通業務需求，成為軌道交通車地無線主流技術。

LTE是3GPP標準組織制定的目前最先進的無線通信技術，是無線通信技術的發展趨勢，LTE系統引入了OFDM（正交頻分復用）和MIMO（多輸入多輸出）等關鍵傳輸技術，顯著增加了頻譜效率和數據傳輸速率（20M帶寬下行峰值速率為100Mbps，上行為50Mbps），并支持多種帶寬分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等。LTE系統網絡架構更加扁平化簡單化，減少了網絡節點和系統復雜度，從而減小了系統時延，也降低了網絡部署和維護成本。

針對軌道交通行業，LTE無線專網具有如下先進的技術特點：

1.LTE有著系統的抗干擾設計，通過多種技術手段和算法，LTE可將干擾控制到最低來保證整體網絡環境，有效降低網絡整體干擾水平。

2.LTE無線專網極大的提高了無線覆蓋范圍，單小區的覆蓋范圍可達1.2km，降低了小區切換頻度和設備維護成本。

3.LTE支持高可靠性的無損切換和快速及時的無縫切換，以及基于非競爭的快速隨機接入，確保越區切換時延小于100ms，丟包率小于1%。

4.LTE支持高達9級的業務優先級控制，能夠在一張網上承載多業務，并對不同的業務分配不同的優先級，實現全方位QoS保障。在提供CBTC（基于無線通信的列車自動控制系統）業務承載的同時，更可滿足軌道交通其它安全運營相關業務的承載。

LTE無線專網具有的先進特點，無論是抗干擾性還是高速移動狀態下的穩定性，都能夠確保軌道交通CBTC、PIS、CCTV等業務系統的可靠性和穩定性，并進一步提升軌道交通的可靠性和安全性，同時LTE具有的多業務QoS保障機制可實現一張網承載多業務，降低部署和維護成本。

2015年2月28日，工業與信息化部發布無[2015]65號文件"關于重新發布1785-1805MHz頻段無線接入系統頻率使用事宜的通知"。明確了城市軌道交通車地無線通信可以使用1.8G頻段。隨著該文件的發布，全國地鐵LTE車地無線建設開始加速，2015年已經有18條線路車地無線采用LTE技術，其中7條承載CBTC業務。LTE已經成為軌道交通車地無線主流技術。

2.LTE在軌道交通的應用還面臨諸多挑戰

對軌道交通應用來說，LTE還是一個新的技術，隨著LTE在軌道交通的深入應用，一些新的問題也開始出現，這些問題有的是LTE自身的特性引入的(如時鐘同步)，有的現網建設過程中產生的(復雜場景覆蓋)，還有的是對LTE提出的更高需求(數據加密需求)。LTE需要直面問題，給出合理的解決方案：

1、時鐘同步需求

由于國內普遍采用的的是TD-LTE技術，對時鐘同步要求精度極高，一般采用GPS時鐘同步，但由于軌道交通的特殊性，在地下站點不一定能夠有通道拉出GPS天線，即使有通道拉出天線，由于GPS天線采用同軸電纜，超過100米后信號衰減就不可用，給LTE在軌道交通的部署帶來極大的困難。

2、復雜場景覆蓋

目前國內的城市軌道交通正在由線路向線網快速推進，多條線路交匯帶來各種復雜的覆蓋場景，包括線路交叉，線路共用，線路并行，同站換乘，共用場段等復雜場景。LTE需要從頻段，容量等方面綜合考慮復雜場景的解決方案，從而避免多線路多線路共用區段帶來的信號干擾。

3、信息安全要求

目前國家已經明確要求軌道交通信號系統必須滿足安全等保3級，按照安全等保3級要求"應對通信過程中的整個報文或會話過程進行加密"。這樣就對LTE傳輸的過程的加密提出了更高的要求，必須對信號系統業務數據實現端到端的加密。

3.華為eLTE解決方案創新融合，全面解決LTE車地無線面臨的挑戰

華為eLTE軌道交通解決方案與時俱進，針對LTE在軌道交通部署中的難點，提供全方面的解決方案：

1、采用Atom時鐘同步，有效解決地下站點GPS引入困難的工程部署難題解決地下站GPS拉遠部署難題：將GPS授時轉換為1588V2IP時鐘報文通過光纖拉遠到車站，拉遠距離可達5KM以上；支持多時鐘備份：ATOMGPS支持1+N備份，還能和管控中心的時鐘同步服務器同時部署，確保信號系統時鐘同步可靠性設備安裝和維護簡單：即插即用，自動上線，可通過網管遠程配置。

2、根據客戶實際情況采用多種解決方案，實現復雜區域的無線規劃在有足夠的頻率規劃時，利用頻點劃分規避干擾交匯區域兩條線路采用不同的頻率。此方案需要分配兩組紅藍網頻率給CBTC，兩條線路頻率完全分開，互不干擾。在頻點資源有限情況下，采用跨核心網切換方案交匯區域由其中一條線路無線覆蓋。此方案規劃時需要考慮容量的增加，其它線路的列車進出此區域需要進行兩次跨網切換，從目前測試結果看，跨網切換依然能滿足CBTC業務要求。

在多線路可以共核心網的情況下，采用小區干擾規避方案

多線路同核心網，統一管理交匯區間基站。此方案需要較為復雜的鄰區規劃和無線規劃，以避免誤切換引起切換失敗等。

3、采用端到端的數據加密，確保無線系統無明文

華為eLTE安全解決方案支持空口終端和網絡的雙向鑒權認證，支持祖沖之加密算法的空口加密，通過車載TAU和OCC管控中心的安全服務器建立IPSec通道，實現整個LTE承載系統的s數據加密。

4.華為eLTE成功實踐，推動軌道交通車地無線走向成熟

鄭州地鐵1號線成功商用

2013年11月29日，華為在鄭州發布全球首個eLTE城市軌道交通解決方案，這是全球第一條基于4GLTE技術的地鐵綜合業務無線解決方案。通過采用該解決方案，鄭州地鐵公司在公共安全管理、改善乘客出行體驗、減少設備維護上等方面實現了創新性突破。

1.在公共安全管理方面，基于eLTE的寬帶傳輸和低時延性能，在車廂和車站內進行的視頻拍攝可以及時將情況同步傳輸到管理中心，實現實時管控。

2.在提升乘客出行體驗方面，利用eLTE進行承載，通過車內的高清視頻終端可為乘客實時提供實時的新聞、廣告、電視節目等，增添出行趣味，并增加地鐵客戶的運營收入。

3.在減少設備維護上，由于eLTE設備穩定性及更少網絡節點部署，大幅度降低無線網絡運維難度及成本，鄭州地鐵1號線開通一年，沒有因為LTE設備故障下過一次區間。

深圳地鐵11號線即將商用

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