1、城軌車地通信系統的發展

目前大部分地鐵線路都是采用基于WIFI技術的WLAN網絡來承載列控CBTC系統，WIFI技術所使用的2.4G和5.8G頻段為開放頻段，隨著WIFI技術的大范圍普及，地鐵WLAN設備的穩定性面臨較大風險，CBTC系統的運營安全受到***的挑戰，列車運行受個人攜帶WIFI以及大功率無線設備影響而被迫停車的事件時有發生。隨著TD-LTE技術在公共通信領域的快速應用發展，基于LTE技術面向企業專網市場的無線通信解決方案eLTE技術逐漸成為地鐵、鐵路、機場和航空等行業的無線通信主流解決方案。

相比WIFI技術，eLTE技術用于承載地鐵CBTC具有更加強大的優勢，特別是其專用頻點的特性，可以提高地鐵車地無線通信網絡的抗干擾能力，避免開放頻段用戶對CBTC專用無線網絡的影響，提高CBTC系統運營的可靠性。

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試驗段完成測試評審，測試結果滿足預期，證明了eLTE系統用于承載軌道交通綜合業務，在保障CBTC業務高可靠傳輸的同時，能夠滿足緊急文本下發和列車實時狀態的傳輸需求，且能夠為CCTV和PIS等業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會發布《關于推薦城軌交通項目新建CBTC系統使用1.8G專用頻段和LTE綜合無線通信系統的通知》，標志著eLTE大規模應用于城軌信號系統的時代已經到來。

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

2、eLTE技術對時鐘精度要求

不同于WLAN網絡，eLTE通信系統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務切換。eLTE系統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備技術規范V1.0.0》還對時鐘同步設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，在時間同步設備內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時，通過1pps+TOD接口或者PTP接口進行觀測，在8小時之內的相對守時精度應優于+/-250ns，在1天之內的相對守時精度應優于+/- 1us。

3）時間源倒換要求

在采用衛星定位系統接收機，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生人工或自動倒換時，或者時間同步設備進入/推出守時工作狀態時，通過1pps接口或PTP接口進行觀測，在1000秒之內的1pps基準信號相位變化應在240ns以內。

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

3、傳統GPS時鐘同步方案的弊端

GPS時鐘同步方案作為傳統方案，大量應用于運營商的3G和4G網絡。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/北斗時鐘同步設備，通過各基站的時鐘同步設備接收GPS/北斗高精度時鐘信息給基站授時，保證全網時鐘同步。

但是，隨著城市的發展，樓宇等高層建筑越來越多,而作為城市軌道交通工具，地鐵的建設特點決定了地鐵通信設備機房選址于地下，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現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設備接收信號極易受到城市建設、過往車輛和惡劣天氣影響，可靠性得不到有效保障。

圖1 eLTE系統傳統GPS時鐘同步方案

上述各種條件限制，導致在城軌通信系統的每個基站布放GPS時鐘同步設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，只需在地鐵控制中心站點基站部署GPS/北斗時鐘同步設備，加設GPS天線接收來自GPS/北斗衛星系統的高精度時鐘信號，通過傳輸系統的1588V2技術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，從而實現全網高精度時鐘同步。

為提高系統可靠性，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備，作為備時鐘，和控制中心形成主備時鐘系統供傳輸系統選用，由傳輸系統采用***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時鐘接口給傳輸設備授時，傳輸環網使用1588v2+同步以太進行時間和頻率同步，傳輸設備通過PTP接口對LTE 基站進行授時,實現全網高精度頻率和時間同步，有效實現城軌車地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備能夠支持IEEE1588v2精確時間傳送協議，華為公司的增強型MSTP地鐵傳輸解決方案具備這一特性，并已和多個基站設備廠家、時鐘服務器廠家完成了系統集成測試驗證，測試結果表明其時鐘精度、穩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的1588V2技術來實現高精度時鐘同步，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實現，有效解決了GPS天線部署難、可靠性不足、維護費力等問題，同時還可節約GPS時鐘同步設備的投資，非常適合作為軌道交通eLTE時鐘同步解決方案。

5、結論

未來的世界是全聯接的世界，華為將繼續把軌道交通通信端到端解決方案作為一個事業去做，實現各行各業安全可靠穩定的全聯接。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），并通過傳輸系統可靠穩定地授時給各個基站，保持全網設備和時鐘服務器高精度同步，***匹配城軌eLTE系統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備技術規范》

[3] QB-B-XXX-2013《中國移動頻率同步設備技術規范》

[4] CZJS/T 0061—2016《LTE-M 系統需求規范》

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