LTE-M技术在温州市域铁路S2线一期工程信号系统的应用方案

郑儆醒

（温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司运营分公司，浙江温州 325000）

市域（郊）铁路是城市中心城区联接周边城镇组团及其城镇组团之间的通勤化、快速度、大运量的轨道交通系统，提供城市公共交通服务，是城市综合交通体系的重要组成部分。加快市域（郊）铁路发展，对扩大交通有效供给，缓解城市交通拥堵，改善城市人居环境，优化城镇空间布局，促进新型城镇化建设，具有重要作用。

1 S2线信号系统初步设计方案背景

根据2012 年完成的《浙江省温州市市域轨道交通线网规划》，规划温州市域轨道交通推荐线网由6 条线组成，如图1 所示。线路总长361.8 km，设站128 座，其中换乘站14 座。推荐线网中市域线4 条，线路长269.3 km；市区线2 条，线路长92.5 km。

图1 温州市域轨道交通线网规划示意Fig.1 Schematic diagram of network planning of Wenzhou Rail Transit

温州市域铁路S2 线初步设计开展于2016 年上半年，于2016 年6 月完成了初步设计评审。但时至2016 年中期，LTE 技术尚未取得在轨道交通信号系统中的应用业绩，考虑到S1 线点式ATC 的应用和S2 线的运行能力，S2 线初步设计方案仍采用了点式ATC 系统方案，在车站（含折返线、存车线等）及站台接近区域（上述区域内列车运行时速较低）布设WLAN 无线通信设备，可实现列车精确停车、站台门/车门联动、站台区域防护、无人自动折返、临时限速等功能。初步设计审查会期间，各位专家对本线信号系统方案进行了深入探讨和分析，相关审查意见认为率先推荐点式ATC 系统，并推荐远期升级为基于CBTC 的ATC 系统的原则基本可行；基本同意“S2 线预留升级为LTE 的工程条件”的原则。

2 LTE-M技术在轨道交通信号系统的应用

工业与信息化部于2015 年2 月发布了《关于重新发布1785～1 805 MHz 频段无线接入系统频率使用事宜的通知》，明确指出1 785～1 805 MHz 频段可用于城市轨道交通行业，解决了城市轨道交通车地无线通信迫切需要的专用频段问题。另一方面，“中城协”于2016 年4 月颁布《关于发布＜城市轨道交通车地综合通信系统（LTE-M）规范＞中7 个子规范的通知》，明确CBTC 信号系统车地无线通信应采用LTE 无线通信技术。

相比较传统的WLAN 车地无线通信技术，LTE-M 技术具有移动接入性强、传输速率高、稳定性和抗干扰能力强等优点。武汉地铁6 号线作为国内首条采用LTE 承载CBTC 业务的城市轨道交通线路，于2016 年12 月28 日开通运营；南京宁高城际，作为国内首条速度目标值120 km/h，LTE-M综合承载CBTC、PIS、车载CCTV、TCMS 业务的线路，已于2017 年12 月30 日开通运营；北京大兴机场线，作为国内首条交流牵引条件下，速度目标值160 km/h 的市域轨道交通项目，其LTE-M综合承载了CBTC 和PIS 业务，工程于2019 年9月26 日开通运营。

现阶段，LTE-M 已成为了城市轨道交通和市域轨道交通中的主流车地无线通信技术，无论是新建的或是改造的轨道交通项目信号系统车地无线通信均采用LTE-M 方案。

3 LTE技术在温州S2线信号系统的应用方案研究

针对国家层面对于交通建设互联互通的发展纲领、温台一体化的发展战略，以及LTE 技术在轨道交通中的应用现状，S2 线工程正线信号系统采用基于无线通信的CBTC 系统方案，车地无线通信采用LTE-M 技术方案。采用移动闭塞原理，列车从车地无线通信设备获得的移动授权的目标点总是随前行列车的移动而变化，可大大缩短运行间隔，具有较强的行车控制和管理能力。

3.1 LTE车地无线通信组网方案

1）LTE 组网方案

目前，采用LTE-M 技术的CBTC 系统传输组网方案有以下两种。

方案一：信号独立组网，双网冗余，如图2 所示。此时车地通信网络由信号独立组建，带宽为信号独享，实时性、可靠性均可以满足要求。

图2 LTE信号独立组网示意Fig.2 Schematic diagram of independent networking of LTE signals

方案二：采用综合承载网，即组建A、B 双网，分别承载CBTC 列控业务与综合业务（CBTC 列控业务、车载CCTV、车载PIS 及紧急文本信息等业务），如图3 所示。

图3 LTE综合承载组网示意Fig.3 Schematic diagram of networking of LTE comprehensive bearer network

2）综合承载业务类型

温州S1 线已采用LTE 承载CCTV、PIS 及宽带语音集群技术业务，根据总体初步设计方案，S2线仍然沿用宽带语音集群方案。为了避免同台换乘和并行段区间的LTE 同频干扰问题，以及从可实施性和工程造价方面考虑，S2 线工程拟采用LTE-M承载CBTC 的列控数据业务和宽带语音集群业务，车地传输媒介为漏缆。

3.2 项目实际应用将面临的问题及可选方案探析

根据温州市域铁路规划及工程实施情况，温州市域铁路S1 线通信系统现采用1.8 GHz（目前为1 785～1 800 MHz 共15 MHz）频段 的TD-LTE技术承载CCTV、PIS 及语音集群业务，S2 与S1 在灵昆站、机场站同台换乘，并且两条线路于灵昆站、机场站及相应区间存在并行段。针对线路之间的干扰问题，在以上区域的LTE 网络有如下两个方案。

1）调整S1 线频率规划，独立组网

S1 线在并行段采用1 785～1 795 MHz 共10 MHz 承载集群、PIS 及CCTV 业务。S2 线的A网采用1.4 MHz 组网，承载CBTC 业务，B 网采用3 MHz 组网，承载集群和CBTC 业务。

2）使用超级小区及RAN-SHARING 技术

S2 线在S1 线并线段相同的位置安装RRU，S1线与S2 线A/B 网相同位置的RRU 做超级小区，并接入同一个BBU。共线段的BBU 需要同时接入S1线核心网及S2 线B 网核心网。S1 线及S2 线B 网的终端将根据不同的PLMN 号分别接入各自的核心网，完成业务的分离。

考虑到S1 线承载的业务为集群、PIS 和CCTV，需要在10 MHz 组网情况下才能满足业务需求。同时2 个小区必须在同样的频宽情况下才能组成超级小区。为此，S1 线在并线段将使用1785～1795 MHz 组网，S2 线A 网同样使用1 785～1 795 MHz 组网。B 网使用1 795～1 800 MHz 组网。

温州市域铁路S2 线信号系统采用LTE 承载列车控制系统的制式，LTE 同时承载专用无线通信系统。根据地铁设计规范，专用无线通信系统蓄电池后备供电时间应不少于2 h。针对信号系统内相关设备后备供电时间的不同要求，可选方案有：1）电源系统分时下电方案；2）由信号系统为LTE 的A 网设备提供电源，供电时间不小于30 min，由通信系统为LTE 承载网络的B 网设备提供电源，供电时间不小于2 h。鉴于市域铁路站间距较大的特点，设备供电线缆配置方案同样需要在后续深化设计过程中进一步探究。

以上温州市域铁路S2 线信号系统项目实际建设中将面临的问题，目前城市轨道交通行业暂无相同场景下的成熟应用案例，具体需要在设计联络阶段确定详细的解决方案。

4 结语

WLAN 技术已不能完全满足轨道交通车地无线通信系统的需求。随着LTE-M 技术的日趋成熟，其应用也更加广泛。现阶段，LTE-M 已成为了城市轨道交通和市域轨道交通中的主流车地无线通信技术，承载的业务也逐步多元化。随着计算机网络与通信技术的不断成熟并推广应用,必将为轨道交通车地无线通信方案设计提供更多思路与选择。