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)定性面臨較大風險，CBTC系統(tǒng)的運營安全受到***的挑戰(zhàn)，列車運行受個人攜帶WIFI以及大功率無線設(shè)備影響而被迫停車的事件時有發(fā)生。隨著TD-LTE技術(shù)在公共通信領(lǐng)域的快速應用發(fā)展，基于LTE技術(shù)面向企業(yè)專網(wǎng)市場的無線通信解決方案eLTE技術(shù)逐漸成為地鐵、鐵路、機場和航空等行業(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具有更加強大的優(yōu)勢，特別是其專用頻點的特性，可以提高地鐵車地無線通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力，避免開放頻段用戶對CBTC專用無線網(wǎng)絡(luò)的影響，提高CBTC系統(tǒng)運營的可靠性。

2014年9月，在北京進行的基于eLTE的城市軌道交通綜合通信系統(tǒng)試驗段完成測試評審，測試結(jié)果滿足預期，證明了eLTE系統(tǒng)用于承載軌道交通綜合業(yè)務，在保障CBTC業(yè)務高可靠傳輸?shù)耐瑫r，能夠滿足緊急文本下發(fā)和列車實時狀態(tài)的傳輸需求，且能夠為CCTV和PIS等業(yè)務提供有效的無線通信通道。

2016年5月，中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布《關(guān)于推薦城軌交通項目新建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》，標志著eLTE大規(guī)模應用于城軌信號系統(tǒng)的時代已經(jīng)到來。

然而，eLTE技術(shù)本身對時鐘精度要求比較高，傳統(tǒng)的逐個站點部署GPS授時的時鐘同步方案是否適合城軌的建設(shè)特點？是否有更經(jīng)濟的時鐘同步方案適用于城軌eLTE時代？

2、eLTE技術(shù)對時鐘精度要求

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

表1 不同無線制式對時鐘精度的要求

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

1）時間精度要求

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

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

b）PTP接口：相對于UTC（世界時）的時間偏差為+/-200ns。

2）守時精度要求

當時間同步輸入功能失效時，在時間同步設(shè)備內(nèi)部時鐘無法正常跟蹤于我國1級基準時鐘的定時信號并進入保持狀態(tài)時，通過1pps+TOD接口或者PTP接口進行觀測，在8小時之內(nèi)的相對守時精度應優(yōu)于+/-250ns，在1天之內(nèi)的相對守時精度應優(yōu)于+/- 1us。

3）時間源倒換要求

在采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機，或者1pps+TOD、PTP接口作為時間輸入接口時，當不同時間接口間發(fā)生人工或自動倒換時，或者時間同步設(shè)備進入/推出守時工作狀態(tài)時，通過1pps接口或PTP接口進行觀測，在1000秒之內(nèi)的1pps基準信號相位變化應在240ns以內(nèi)。

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

3、傳統(tǒng)GPS時鐘同步方案的弊端

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

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)特點決定了地鐵通信設(shè)備機房選址于地下，站出入口往往都修建在較低的地段，導致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鐘信號，敷設(shè)距離超過100米后信號急速衰減，且對施工工藝要求非常高。即使部署完成后，部分站點基站GPS設(shè)備接收信號極易受到城市建設(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時鐘同步方案

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

4、1588V2時鐘同步方案應用研究

為了解決GPS時鐘同步方案在城軌應用中的上述弊端，華為公司針對性推出新一代時鐘同步方案——1588V2時鐘同步方案。如圖2所示，1588V2時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基站部署GPS/北斗時鐘同步設(shè)備，加設(shè)GPS天線接收來自GPS/北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的高精度時鐘信號，通過傳輸系統(tǒng)的1588V2技術(shù)傳遞高精度同步信息到各個基站，為每個基站提供高精度時鐘，從而實現(xiàn)全網(wǎng)高精度時鐘同步。

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

圖2 華為1588V2時鐘同步方案

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

圖3 華為1588V2時鐘同步詳細方案

相比于GPS方案，1588V2時鐘同步方案的使用需要傳輸設(shè)備能夠支持IEEE1588v2精確時間傳送協(xié)議，華為公司的增強型MSTP地鐵傳輸解決方案具備這一特性，并已和多個基站設(shè)備廠家、時鐘服務器廠家完成了系統(tǒng)集成測試驗證，測試結(jié)果表明其時鐘精度、穩(wěn)定性和可靠性完全符合LTE對時鐘精度的各項要求。自2014年推出以來，華為增強型MSTP地鐵傳輸系統(tǒng)解決方案已累計中標全國近60條城軌項目，其中多條城軌線路已采用傳輸系統(tǒng)的1588V2技術(shù)來實現(xiàn)高精度時鐘同步，為LTE基站授時。

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

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事業(yè)去做，實現(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鐘同步方案，1588V2時鐘同步方案可以成功接收上游時鐘服務器（BITS等）輸出的高精度時間源和頻率源（包括PTP、1PPS+TOD時間源和2Mbit/s、2MHz、SyncE頻率源），并通過傳輸系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地授時給各個基站，保持全網(wǎng)設(shè)備和時鐘服務器高精度同步，***匹配城軌eLTE系統(tǒng)對高精度時鐘的要求。

參 考 文 獻

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

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

[3] QB-B-XXX-2013《中國移動頻率同步設(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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