1、城軌車地通信系統(tǒng)的發(fā)展

目前大部分地鐵線路都是采用基于WIFI技術(shù)的WLAN網(wǎng)絡(luò)來承載列控CBTC系統(tǒng)，WIFI技術(shù)所使用的2.4G和5.8G頻段為開放頻段，隨著WIFI技術(shù)的大范圍普及，地鐵WLAN設(shè)備的穩(wěn)定性面臨較大風(fēng)險(xiǎn)，CBTC系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全受到***的挑戰(zhàn)，列車運(yùn)行受個(gè)人攜帶WIFI以及大功率無線設(shè)備影響而被迫停車的事件時(shí)有發(fā)生。隨著TD-LTE技術(shù)在公共通信領(lǐng)域的快速應(yīng)用發(fā)展，基于LTE技術(shù)面向企業(yè)專網(wǎng)市場(chǎng)的無線通信解決方案eLTE技術(shù)逐漸成為地鐵、鐵路、機(jī)場(chǎng)和航空等行業(yè)的無線通信主流解決方案。

相比WIFI技術(shù)，eLTE技術(shù)用于承載地鐵CBTC具有更加強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，特別是其專用頻點(diǎn)的特性，可以提高地鐵車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力，避免開放頻段用戶對(duì)CBTC專用無線網(wǎng)絡(luò)的影響，提高CBTC系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的可靠性。

2014年9月，在北京進(jìn)行的基于eLTE的城市軌道交通綜合通信系統(tǒng)試驗(yàn)段完成測(cè)試評(píng)審，測(cè)試結(jié)果滿足預(yù)期，證明了eLTE系統(tǒng)用于承載軌道交通綜合業(yè)務(wù)，在保障CBTC業(yè)務(wù)高可靠傳輸?shù)耐瑫r(shí)，能夠滿足緊急文本下發(fā)和列車實(shí)時(shí)狀態(tài)的傳輸需求，且能夠?yàn)镃CTV和PIS等業(yè)務(wù)提供有效的無線通信通道。

2016年5月，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布《關(guān)于推薦城軌交通項(xiàng)目新建CBTC系統(tǒng)使用1.8G專用頻段和LTE綜合無線通信系統(tǒng)的通知》，標(biāo)志著eLTE大規(guī)模應(yīng)用于城軌信號(hào)系統(tǒng)的時(shí)代已經(jīng)到來。

然而，eLTE技術(shù)本身對(duì)時(shí)鐘精度要求比較高，傳統(tǒng)的逐個(gè)站點(diǎn)部署GPS授時(shí)的時(shí)鐘同步方案是否適合城軌的建設(shè)特點(diǎn)？是否有更經(jīng)濟(jì)的時(shí)鐘同步方案適用于城軌eLTE時(shí)代？

2、eLTE技術(shù)對(duì)時(shí)鐘精度要求

不同于WLAN網(wǎng)絡(luò)，eLTE通信系統(tǒng)需要接入同步時(shí)鐘源，以滿足基站無線信號(hào)的時(shí)鐘和空口TDD同步要求，保證相鄰基站間的業(yè)務(wù)切換。eLTE系統(tǒng)對(duì)時(shí)鐘頻率和時(shí)間精度分別要求達(dá)到0.05ppm和+/-1.5us。

表1 不同無線制式對(duì)時(shí)鐘精度的要求

此外,《中國(guó)移動(dòng)高精度時(shí)間同步設(shè)備技術(shù)規(guī)范V1.0.0》還對(duì)時(shí)鐘同步設(shè)備的接口的時(shí)鐘精度、守時(shí)精度和倒換性能提出了以下要求：

1）時(shí)間精度要求

在正常跟蹤于衛(wèi)星接收機(jī)的情況下，各種時(shí)鐘接口的輸出絕對(duì)時(shí)間精度要求如下：

a）1pps+TOD接口：相對(duì)于UTC（世界時(shí)）的時(shí)間偏差為+/-200ns；

b）PTP接口：相對(duì)于UTC（世界時(shí)）的時(shí)間偏差為+/-200ns。

2）守時(shí)精度要求

當(dāng)時(shí)間同步輸入功能失效時(shí)，在時(shí)間同步設(shè)備內(nèi)部時(shí)鐘無法正常跟蹤于我國(guó)1級(jí)基準(zhǔn)時(shí)鐘的定時(shí)信號(hào)并進(jìn)入保持狀態(tài)時(shí)，通過1pps+TOD接口或者PTP接口進(jìn)行觀測(cè)，在8小時(shí)之內(nèi)的相對(duì)守時(shí)精度應(yīng)優(yōu)于+/-250ns，在1天之內(nèi)的相對(duì)守時(shí)精度應(yīng)優(yōu)于+/- 1us。

3）時(shí)間源倒換要求

在采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機(jī)，或者1pps+TOD、PTP接口作為時(shí)間輸入接口時(shí)，當(dāng)不同時(shí)間接口間發(fā)生人工或自動(dòng)倒換時(shí)，或者時(shí)間同步設(shè)備進(jìn)入/推出守時(shí)工作狀態(tài)時(shí)，通過1pps接口或PTP接口進(jìn)行觀測(cè)，在1000秒之內(nèi)的1pps基準(zhǔn)信號(hào)相位變化應(yīng)在240ns以內(nèi)。

為了滿足eLTE系統(tǒng)對(duì)時(shí)鐘的同步要求，目前普遍的做法是在每個(gè)LTE基站布放一套GPS/北斗同步設(shè)備單獨(dú)為每個(gè)基站授時(shí)。

3、傳統(tǒng)GPS時(shí)鐘同步方案的弊端

GPS時(shí)鐘同步方案作為傳統(tǒng)方案，大量應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)商的3G和4G網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示，GPS時(shí)鐘同步方案需要在每個(gè)基站均部署一個(gè)GPS/北斗時(shí)鐘同步設(shè)備，通過各基站的時(shí)鐘同步設(shè)備接收GPS/北斗高精度時(shí)鐘信息給基站授時(shí)，保證全網(wǎng)時(shí)鐘同步。

但是，隨著城市的發(fā)展，樓宇等高層建筑越來越多,而作為城市軌道交通工具，地鐵的建設(shè)特點(diǎn)決定了地鐵通信設(shè)備機(jī)房選址于地下，站出入口往往都修建在較低的地段，導(dǎo)致GPS天線的安裝受到各種各樣的限制，在工程施工過程中往往發(fā)現(xiàn)部分地鐵站點(diǎn)無通道拉出GPS天線，即使有通道拉出天線，由于GPS天線采用同軸電纜傳輸時(shí)鐘信號(hào)，敷設(shè)距離超過100米后信號(hào)急速衰減，且對(duì)施工工藝要求非常高。即使部署完成后，部分站點(diǎn)基站GPS設(shè)備接收信號(hào)極易受到城市建設(shè)、過往車輛和惡劣天氣影響，可靠性得不到有效保障。

圖1 eLTE系統(tǒng)傳統(tǒng)GPS時(shí)鐘同步方案

上述各種條件限制，導(dǎo)致在城軌通信系統(tǒng)的每個(gè)基站布放GPS時(shí)鐘同步設(shè)備成為了一件費(fèi)事費(fèi)力的事情，延長(zhǎng)工期不說，可靠性也難以得到有效保證。

4、1588V2時(shí)鐘同步方案應(yīng)用研究

為了解決GPS時(shí)鐘同步方案在城軌應(yīng)用中的上述弊端，華為公司針對(duì)性推出新一代時(shí)鐘同步方案——1588V2時(shí)鐘同步方案。如圖2所示，1588V2時(shí)鐘同步方案是一種主從同步系統(tǒng)，只需在地鐵控制中心站點(diǎn)基站部署GPS/北斗時(shí)鐘同步設(shè)備，加設(shè)GPS天線接收來自GPS/北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的高精度時(shí)鐘信號(hào)，通過傳輸系統(tǒng)的1588V2技術(shù)傳遞高精度同步信息到各個(gè)基站，為每個(gè)基站提供高精度時(shí)鐘，從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)高精度時(shí)鐘同步。

為提高系統(tǒng)可靠性，還可以在車輛段或者選擇一個(gè)其它車站站點(diǎn)再部署一套時(shí)鐘同步設(shè)備，作為備時(shí)鐘，和控制中心形成主備時(shí)鐘系統(tǒng)供傳輸系統(tǒng)選用，由傳輸系統(tǒng)采用***算法原則進(jìn)行選源。

圖2 華為1588V2時(shí)鐘同步方案

圖3是華為提供的eLTE系統(tǒng)端到端時(shí)鐘同步解決方案。時(shí)鐘服務(wù)器外接GPS，通過PTP/ 1PPS+TOD 時(shí)間接口以及2M/SyncE時(shí)鐘接口給傳輸設(shè)備授時(shí)，傳輸環(huán)網(wǎng)使用1588v2+同步以太進(jìn)行時(shí)間和頻率同步，傳輸設(shè)備通過PTP接口對(duì)LTE 基站進(jìn)行授時(shí),實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)高精度頻率和時(shí)間同步，有效實(shí)現(xiàn)城軌車地eLTE通信。

圖3 華為1588V2時(shí)鐘同步詳細(xì)方案

相比于GPS方案，1588V2時(shí)鐘同步方案的使用需要傳輸設(shè)備能夠支持IEEE1588v2精確時(shí)間傳送協(xié)議，華為公司的增強(qiáng)型MSTP地鐵傳輸解決方案具備這一特性，并已和多個(gè)基站設(shè)備廠家、時(shí)鐘服務(wù)器廠家完成了系統(tǒng)集成測(cè)試驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果表明其時(shí)鐘精度、穩(wěn)定性和可靠性完全符合LTE對(duì)時(shí)鐘精度的各項(xiàng)要求。自2014年推出以來，華為增強(qiáng)型MSTP地鐵傳輸系統(tǒng)解決方案已累計(jì)中標(biāo)全國(guó)近60條城軌項(xiàng)目，其中多條城軌線路已采用傳輸系統(tǒng)的1588V2技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步，為L(zhǎng)TE基站授時(shí)。

通信的車輪永遠(yuǎn)是碾壓著歷史不斷前行的，1588V2時(shí)鐘同步方案將時(shí)鐘同步功能集成到傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，有效解決了GPS天線部署難、可靠性不足、維護(hù)費(fèi)力等問題，同時(shí)還可節(jié)約GPS時(shí)鐘同步設(shè)備的投資，非常適合作為軌道交通eLTE時(shí)鐘同步解決方案。

5、結(jié)論

未來的世界是全聯(lián)接的世界，華為將繼續(xù)把軌道交通通信端到端解決方案作為一個(gè)事業(yè)去做，實(shí)現(xiàn)各行各業(yè)安全可靠穩(wěn)定的全聯(lián)接。作為新一代城軌高精度時(shí)鐘同步方案，1588V2時(shí)鐘同步方案可以成功接收上游時(shí)鐘服務(wù)器（BITS等）輸出的高精度時(shí)間源和頻率源（包括PTP、1PPS+TOD時(shí)間源和2Mbit/s、2MHz、SyncE頻率源），并通過傳輸系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地授時(shí)給各個(gè)基站，保持全網(wǎng)設(shè)備和時(shí)鐘服務(wù)器高精度同步，***匹配城軌eLTE系統(tǒng)對(duì)高精度時(shí)鐘的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 3GPP TR 36.898 《Network Assistance forNetwork Synchronization》

[2] QB-B-018-2010《中國(guó)移動(dòng)高精度時(shí)間同步設(shè)備技術(shù)規(guī)范》

[3] QB-B-XXX-2013《中國(guó)移動(dòng)頻率同步設(shè)備技術(shù)規(guī)范》

[4] CZJS/T 0061—2016《LTE-M 系統(tǒng)需求規(guī)范》

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