铁路TDD LTE 无线通信接入及多网并行探讨

樊智伟

（国能朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

近年来，随着中国铁道事业的迅速发展、铁路行业功能的拓展和延伸，单纯的专网接入已不能满足铁路行业对行车质量及服务质量的要求。在铁路原有的专网接入模式下，探索专网与公网融合，甚至多网融合，才能顺应科技发展的潮流，优化顶层设计，进一步创新改进铁路运行模式，提升服务质量。

1 4G LTE 无线通信技术在铁路的运用

目前，4G LTE 无线通信技术已在铁路行业广泛运用。具体运用方式为：LTE 核心网EPC 及LTE 接入网E-UTRAN 内部通过X2 接口、S1 接口互联，提供网络通信数据平台支撑，同时接入铁路数字调度主、分系统及CIR 一体化电台、列尾排风、无线重连、语音及视频监控等车载设备，实现车站、机车、调度三方高效联控。

与传统2G、3G 网络相比，LTE 的网络结构更加趋于扁平设计，不仅增加了组网的灵活性，而且降低了组网成本，同时在极大程度上减少了用户数据和控制信令的传输时延。LTE 网络之所以能够高效、精准地进行信号覆盖，除了独具优势的扁平化网络结构和高新集成的分组核心功能之外，还得益于UMTS 框架下，UE 用户设备终端无线天馈系统强大的功能性和稳定性。而天线和漏缆（天馈系统）作为UE 用户信号输出的终端节点，其性能好坏、传输稳定与否，直接从底层设计角度影响LTE 网络覆盖的整体效果。

2 单一漏缆传输方式的讨论

2.1 铁路无线通信特点

漏缆在最初的实际运用和推广中，在军事、城市、铁路等多种领域均有尝试。但在城市运用中，受城市布局密集性、信号接收发散性、建筑高低错乱分布等因素的制约，漏缆传输一般不适用于城市使用，尤其在信号发射及接收方面，漏缆的无线信号定向发射功能并不适用360°圆弧形覆盖场景。不论是4G 还是5G 无线技术，均是利用天线来达到信号全覆盖的需求。

在铁路运输系统中，线长、点多、面广是其固有的行业特质。而漏缆的无线信号定向辐射功能，正适用于铁路专用线特有的双线形、长距离、既定线路及定向往返的特定运输模式。部分专用线铁路现在采用的就是基于LTE 网络漏缆传输的方式实现机车联控、同步操作、行车调度、列车调度等专业性较强的功能。

2.2 泄漏电缆的概念及功能

漏缆是漏泄同轴电缆的简称，通常也称为泄漏电缆或漏泄同轴电缆，是一种专门用于泄漏通信无线信号的高频电缆，其本身既具有传输信号功能，又具有无线发射功能。其信号辐射方式是通过控制外导体开口，将受控的电磁波能量沿既定方向均匀地进行辐射及接收，以实现网络全覆盖的功能。漏缆具体构成及传输方式，相关文献资料已描述很多，不再赘述。

2.3 单一漏缆传输方式优缺点

单一漏缆传输方式的优点：在山区、弯道尤其是隧道等特殊地段，受地形遮挡原因，仅利用外置天线无法达到信号全覆盖的效果。LTE 网络信号覆盖质量的稳定是列车安全运行的首要前提。铁路线的特定运输模式，决定了列车主、从同步运行必须有相对稳定的网络信号覆盖强度，而漏缆正解决了此问题。将漏缆架设在线路两端，随特殊线路地形进行对应敷设，尤其在隧道内，将漏缆敷设在隧道内壁进行网络信号覆盖，既解决了地形遮挡问题，又确保了网络信号的定向、稳定传输。

单一漏缆传输方式的缺点：对于一般普速铁路而言，铁路运输距离较长，要想实现LTE 网络的全覆盖，需要双线平行敷设与线路等长的漏缆，但在实际运用中，一方面受漏缆敷设的材料成本与人力成本的限制；另一方面，考虑到漏缆电气元件及接点过多，故障、障碍率发生频次较高的问题。在空旷、长距离直线型地段，不建议天馈系统采用敷设漏缆的方式进行网络信号覆盖，而推荐以天线来代替漏缆进行LTE 网络信号定向覆盖。

2.4 漏缆与天线的组合覆盖建议

漏缆与天线都属于LTE 天馈系统终端节点设备，均具有定向辐射网络信号的功能。根据铁路线路架设特点及既定运输模式要求，结合上述单一漏缆传输优缺点，按照“网络精准覆盖、信号稳定传输”的安全行车原则，建议采取天线与漏缆相结合的信号覆盖方式，针对列车运行中的不同地形地貌及现场环境，搭建相对应的漏缆与天线相组合的LTE 天馈系统网络覆盖场景，既节约了成本，又增强了信号覆盖的稳定性，一举两得。

3 现有网络覆盖模式及公网并入实例分析

3.1 朔黄铁路隧道内现有专网运行模式

以朔黄铁路双线电气化重载铁路为例，其原有运输模式为：LTE 网络A、B 网双网覆盖，列车主、从同步运行，A 网数据流向走华为10 G 通道传输，B 网数据流向走华为2.5 G 通道传输。以铁路特定行车组织方式下，RU 单基站隧道漏缆覆盖场景（不含外置天线）为例：A、B 网双网合路后的铁路无线网络信号传输方向分为上下两行别及对应大小公里，共4 个方向，即：上行大公里方向，上行小公里方向，下行大公里方向，下行小公里方向。

隧道内列车运行LTE 天馈系统常规的无线覆盖场景为：传输设备通过以太网接口板与BBU UMPT 主控板相连通信，A、B网BBU（基带处理单元）通过LBBP 板（基带处理板）光通道，下挂对应网元的A、B 网RRU（射频拉远单元）。A、B 网RRU 射频口发出的信号，经过3DB 电桥合路后，通过1/2 馈线、7/8 馈缆将各电气接点进行连接，最终通过漏缆或天线将网络信号进行输出。

RRU 射频口电气接电的连接方式，以A 网RRU 出线侧为例，连接方式为：双网的RRU 射频口—合路器—室内避雷器—室外避雷器—直流阻断器—天线侧（漏缆或天线），B 网RRU 同理。朔黄铁路专网LTE 天馈系统（隧道内）连接方式见表1。

表1 朔黄铁路专网LTE 天馈系统（隧道内）连接方式

3.2 朔黄铁路现有公网并接方式

随着无线通信技术发展，尤其在无线信号异频、邻频合路方面的不断突破，铁路应急指挥接入及机车呼叫联控的质量需求进一步提高，专网并接公网合路输出的铁路运行模式已日趋明显。

LTE 专网与公网合路并行，是保持原有专网室外馈线连接方式不变，仅改变室内RRU 射频端口合路方式，将不同频段（射频）信号进行二次合路，达到公网与专网信号融合发射的效果。以A、B 网0 口与专网合路为例：A 网0 口信号与公网合路后，输出信号再次与B 网0 口信号合路，二次合路后，即可在上、下行双方向输出公网与专网合路信号。

简而言之，就是在RU 射频信号输出端口处，公网（C 网）0口与A 网0 口进行合路后的信号再与B 网0 口进行二次合路并输出，公网（C 网）1 口、A 网1 口与B 网1 口依照同方法也进行二次合路输出，即可达到上下行、大小公里共四方向的合路信号覆盖。

4 邻频、异频信号合路及干扰的探讨

以朔黄铁路专网与公网并行为例，不同频段的无线信号合路（异频合路），存在相互干扰，进而影响无线信号传输质量及稳定性。而在邻频系统合路中，这种互相产生干扰的现象更加明显。只有克服不同频段间干扰，实现多网并行、频谱高效利用，才能保证无线信号稳定传输。

朔黄铁路专网与电信的TDD LTE 信号合路，是在朔黄既有频段基础之内，隧道内使用电信LTE 1.8 G 频段与既有频段进行合路，隧道外使用电信LTE 2.1 G 频段与既有频段进行合路。朔黄铁路双线电气化重载铁路双网并行频率指标对比见表2。

表2 双网并行频率指标对比

频段相邻，如果同时部署、合路输出，就可能产生邻频干扰。对于邻频系统，可采用邻频合路技术，实现最小隔离带宽邻频合路。

在异频合路时，不需考虑邻频合路所涉及的明显干扰及影响，采用3 db 电桥或5 MHz 隔离带宽合路器进行合路并行即可。

5 专网与公网等多网融合并行的展望

在2G、3G 网络时代，网络制式较少，载波带宽小，在分配频率资源时，充分考虑到了相邻频率间的干扰问题，在设计运营商不同制式时，通常在运用频率间设置一定的频率隔离，将干扰降低到最小。随着4G 网络技术的不断发展，数字信号逐步代替模拟信号，窄带与宽带数字技术相互融合的趋势日趋明显。LTE 单载波最高可配置20 MHz，使得移动通信频率资源严重紧缺的矛盾变得日益突出。

随着无线通信技术的不断发展，要切实实现频谱的高效利用，降低辐射与干扰的影响，在信号合路后，依然保持稳定及安全的传输速率。未来，寻求频谱利用最优解，提高无线信号合路的有效性和安全性并降低风险性是未来需要深入探讨和研究的方向。