LTE技术在地铁信号系统中的应用与优势

随着城市发展、人口增多，交通堵塞成大问题，地铁是缓解交通压力的好选择。信号系统是地铁运行关键，负责控制列车，其性能影响运营效率和安全性，LTE技术出现，它是新型无线通信技术，速度快、延迟低、可靠性高，为地铁信号系统升级提供新方案。

一、 LTE技术概论与需求分析

（一） 技术概论

数据通信子系统（Data Communications Subsystem，DCS）形成了一个封闭的通信网络架构，专门向信号系统提供稳定、可靠、稳定且具有安全保障的数据传输通道。

数据通信子系统基于开放的业界标准，采用具有开放标准协议和接口的商用设备，并且采用透明传输的方式进行信息传输，有线通信部分严格依照IEEE 802.3以太网标准，而无线通信部分则采纳前沿的LTE技术标准,具备多种带宽分配能力。

（二）需求分析

近几十年，轨道交通发展迅速，特别是地铁轨道交通。地铁无线通信系统主要是为地铁安全、高密度、高效运营之根本保障。

LTE系统提供满足宽带、稳定、具有保障和实时性要求的信号列控信息（双向）、PIS、CCTV信息、列车状态监视信息车地无线数据业务承载功能，综合承载 CBTC、PIS、CCTV 业务和列车状态监视业务。

（三）LTE系统需求

1.3.1系统总要求

（1）传输通道宜采用独立的双网作为冗余的物理通信路径。

（2）访问控制准则。

（3）在安全监测、审计与监控、网络反病毒以及备份与灾难恢复等关键领域，做好应急保障措施和应急流程，并确保具备充分的防御能力，以有效预防内外部人员进行的违规操作和攻击破坏[1]。

（4）要确保车载无线单元和基站间数据传输的安全性。

（5）无线覆盖范围内，任意地点都应实现A/B双网覆盖。

（6）车头、车尾分别提供与A、B网的无线传输通道。

二、LTE系统组成

LTE系统由车-地无线网络、中心设备、车站设备构成。

（一） 车-地无线网络

无线网络主要为信号轨道旁设备及车载设备提供传输通道。南通地铁1号线信号系统的数据通信DCS子系统中车地无线方案采用基于3GPP标准的TD-LTE无线移动通信技术建设，采用A/B红蓝双网冗余架构设计。A/B红蓝双网采用独立的网络布局模式，每张网内单独配置1套核心网和基站系统，A/B双网一共部署2套核心网和基站系统，双网基站和泄漏电缆连接，通过这种方式保障无线信号全域覆盖。TD-LTE系统的核心网EPC设置在控制中心[2]。

通过SGi接口与信号系统的骨干环路的交换机相连，继而连接到信号系统的地面CI、ZC、ATS、ATP/ATO等信号系统各子系统设备。

车载终端设置在列车的前后司机车厢内，基于以太网接口与车载ATP/ATO系统连接，建立了车载ATP/ATO与地面信号系统中的CI、ZC、ATS、ATP/ATO之间的点到点连接。

（二）中心设备

中心设备包括LTE宽带移动核心网设备、中心路由器、网管服务器及管理终端等。核心网设备按不同业务接入APN地址区分CBTC和其它业务，建立不同传输通道发往各自业务服务器，并通过传输网络与各无线基带单元BBU通信。CBTC轨旁接口设备等应用服务器通过中心路由器与无线核心网通信。LTE网管服务器负责平台内所有设备和端口的参数管理与状态监测，支持多远程终端连接，还与时间系统连接获取标准时间。  

（三）车站设备

LTE基站设备包括BBU和RRU，BBU部署在车站机房，RRU通过光纤拉远就近部署在覆盖区域。BBU放置在车站专用机房，全线BBU可集中或分别放置在不同车站，通过光纤与RRU连接，RRU可部署在机房或轨旁，位置由站间距确定，将BBU设备放置于车站信号设备室[3]。

三、LTE技术方案

（一） LTE 系统的整体架构

控制中心机房部署无线核心网和网管设备，通过LTE轨旁以太网连接车站。CBTC业务服务器运行时，利用以太网交换机接口，经LTE网将采集信息发至列车。设备集中站、车辆段、停车场设无线基站（BBU），各LTE基站经以太网与车站网络交换机连接，再通过LTE轨旁以太网连接无线核心网和网管。

（二） LTE 轨旁以太网设计方案

在研究中，针对LTE轨旁以太网的部署方案，我们采纳了双网冗余设计的策略，以保障LTE承载网络的稳定性和可靠性。具体而言，LTE A网被设定为综合承载网络，而LTE B网则专门用于承载CBTC业务。值得注意的是，有线网络并不对CBTC业务或PIS业务进行区分，而是统一承载所有LTE业务。在此架构中，承载网的主要职责是建立LTE基站与LTE核心网之间的通道连接。

综上所述，本设计方案旨在确保LTE承载网络的高效运行和稳定性能，同时满足不同业务需求的网络接入要求。

四、 LTE技术在信号系统中的优势

（一）系统可靠性及可用性高

通过完全扩展的冗余结构实现高度可靠性和可用性。在轨旁，冗余 CSR、骨干网拓扑、带两个冗余无线通道的 LTE 网络及冗余 WCN 网，提供完全冗余的轨旁结构；系统为列车建立与不同轨旁无线设备的多个无线连接，实现冗余的空间链路传输功能。在列车上，两个带互为冗余 LTE 无线设备的列车单元构成车载冗余配置。这种冗余设置允许单个车载和轨旁无线设备故障，不影响列车控制数据通信性能。

（二）系统安全性高

数据通信子系统（DCS）在城市轨道交通信号系统中至关重要，主要功能是确保城市轨道交通自动列车控制（CBTC）系统中轨旁控制器与列车单元间列车控制数据传输的安全性。在LTE无线网络环境下，列车控制数据传输依靠安全防护措施和加密技术，抵御潜在未授权访问和欺骗行为。同时，LTE网络设备中的防火墙可阻止非法用户通过与LTE基站连接对数据通信子系统进行非法访问。

（三）系统可维护性高

系统运行期间，网络管理系统实时监控设备状态，识别故障组件，允许用兼容备件替换。其通过模块化结构和配置数据定制化配置，满足不同客户需求。网络管理系统与中央系统路由器协同，将配置数据传至接口设备，诊断支持功能分为运行诊断支持和调试诊断支持，前者涉及外部服务信息与诊断系统集成，后者涵盖综合服务与诊断功能整合。

五、结语

经过长期的发展，LTE技术已构建出先进的架构，并且技术成熟且稳定，能够完全满足城市轨道交通行业对无线通信的需求。在国内城市轨道交通领域，该技术得到了广泛的应用，并且其功能已经得到了充分的验证。在城市轨道交通信号系统无线通信中，LTE技术发挥了至关重要的作用，并且被视为未来信号系统发展的主要趋势。

文章来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html