系统介绍

城市轨道交通专用长期演进宽带无线通信系统LTE‑M（Long Term Evolution for Metro/Urban Rail）。基于 3GPP LTE 物理层技术，针对地铁隧道、高速移动、高可靠业务定制优化，其中“3GPP为第三代”即 3G 移动通信标准 的制定。后来虽然技术已经发展到 4G、5G，名字仍然保留，没有改名。3GPP 主要做的是制定技术规范，包括：无线接入网标准、核心网标准、终端标准、频谱与接口要求、安全机制、业务能力与网络架构。

车载部分

LTE-M车载部分主要包含UM-E、天线，若涉及到信号系统与综合承载共用时，需要将车载无线接入单元UM-E独立设置，天线通过合路器共用。UM-E典型板卡包括：

• 基带处理板：完成 LTE 协议栈、调制解调、承载管理；

• 射频收发板：上下行射频变换、滤波、增益控制；

• 功放/低噪放单元：增强发射与接收灵敏度；

• 主控板：会话管理、设备管理、日志与告警；

• 接口板：以太网、串口、USB、维护口；

• 安全与鉴权模块：USIM、证书、密钥、身份认证；

• 电源板：适配车辆供电环境和瞬态扰动。

UE‑M

定义

        UE‑M（User Equipment for Metro）车载无线终端是列车上的无线接入设备，即车载 CPE / TAU车载无线单元。

主要功能

• 接入 LTE‑M 网络，完成鉴权、附着、数据收发；
• 与 eNodeB‑M 建立空口连接，收发 CBTC 数据；
• 测量邻区信号，支持高速切换；
• 提供以太网接口，对接车载 CC、PIS、CCTV。

安装位置

• 主机：列车车厢内设备柜
• 天线：列车车顶（全向 / 定向天线）

合路器

合路器可以把两路信号工作在不同频段，可利用滤波器把它们组合到一条通道中，不同设备输出的射频信号合并后，再送到同一根馈线或同一天线。

• 两台无线设备共用一副天线

• 不同频段业务共用一根馈线

• 发射与接收链路按规则组合

天线

在 LTE-M 车地无线系统中，车载天线设备是列车无线链路的最前端设备。它安装在列车顶部或司机室附近的指定位置，用来完成列车与轨旁无线网络之间的 无线信号发射与接收。它的核心任务是把车载无线终端输出的高频电信号变成电磁波发射出去，同时把轨旁来的电磁波接收回来，再送回车载无线终端。如果没有天线，车载无线终端就无法与轨旁网络建立空口连接。

轨旁及车站部分

LTE-M轨旁主要由漏缆、馈线、合路器、RRU、BBU等设备组成；

漏缆

        漏缆，完整名称通常叫 漏泄同轴电缆 或 辐射同轴电缆。它本质上还是同轴电缆，但与普通馈线不同，它不是只负责“传”，还要沿线“辐射”和“接收”无线信号，所以常说它兼有馈线传输和分布式天线两种作用。

漏缆的组成由铜芯、绝缘介质、开槽外导体、外护套组成，其中开槽外导体由铜 / 铝带制成，周期性开槽 / 缝隙是核心 —— 让信号可控地 “泄漏” 辐射 / 接收。正因为开槽，传输衰减远大于普通馈线；合路器、RRU、BBU距离漏缆有一定的距离，且该段不需要天线的功能，为了降低信号传输的衰减，因此采用馈线。

eNodeB‑M

定义

        eNodeB‑M（Evolved Node B for Metro/Urban Rail）城市轨道交通专用演进型基站

是 LTE‑M 车地无线通信系统的无线接入节点，实现轨旁与列车之间的空口无线连接，是车地双向数据传输的关键设备。

主要功能

• 无线接入与空口通信实现与车载终端（UE‑M）之间的双向无线收发，完成物理层调制解调、信道编译码。

• 无线资源调度基于 OFDMA/SC‑FDMA 技术，为列车分配时频资源，保证多列车同时接入。

• QoS 保障对 CBTC、调度语音、PIS、CCTV 等业务分级调度，优先保障 CBTC 高可靠、低时延。

• 移动性管理与切换执行测量邻区信号，配合 MME 完成列车高速移动下的基站切换，保证通信不中断。

• 功率与覆盖控制控制射频发射功率，实现隧道 / 地面区间的稳定覆盖。

• 设备监控与告警实时上报运行状态、故障、信号质量至网管系统。

安装

        eNodeB‑M 采用 BBU + RRU 分布式架构，两部分安装位置不同：

（1）BBU（基带单元）

• 安装位置：车站通信设备室、区间设备机房、轨旁设备箱内
• 特点：不直接暴露在隧道环境。

（2）RRU（射频拉远单元）

• 安装位置：隧道内壁、区间轨旁支架、桥梁侧面、高架线路旁
• 间距：一般 200～300 米部署一台，实现区间无缝覆盖。

（3）天线

• 安装位置：隧道侧壁、轨旁、高架线路侧，使用定向天线沿线路覆盖。

RRU

定义

        RRU（Remote Radio Unit）射频拉远单元是eNodeB‑M 的射频收发部分，通过光纤与 BBU 连接。

原理与功能

• 将基带信号转为射频信号，功率放大后发射；
• 接收车载终端信号，下变频回传给 BBU；
• 实现隧道区间无线覆盖。

安装位置

• 隧道侧壁、轨旁、高架线路侧面间距约 200～300 米 一台。

BBU

定义

        BBU（Base Band Unit）基带处理单元是eNodeB‑M 的数字与协议处理核心，负责基站基带信号处理。

主要功能

• 完成 IFFT/FFT、信道编解码、调制解调；
• 无线资源调度、切换控制、链路维护；
• 支持 1588v2 精密时钟同步；
• 与核心网 MME/SGW 通信。

安装位置

• 车站通信机房、区间设备机房不暴露在隧道恶劣环境。

中心部分

中心设备主要由专用传输系统、A 网 LTE 核心网路由器（综合承载 A 网）、A 网 EPC-M （EPC-A）、ATC 红网交换机、B 网 LTE 核心网路由器（综合承载 B 网）、B 网 EPC-M（EPC-B）、ATC 篮网交换机，以及配套的网管服务器、时钟同步服务器、防火墙、接口监测器等设备组成，通过 GE 光口与专用传输系统互联，实现 A/B 双网冗余的车地通信与 ATC 业务承载。

专用传输系统

专用传输系统是城市轨道交通专用的骨干光传输网络（通常采用 SDH/OTN/IPRAN 技术），基于光纤介质，通过时分复用 / 分组复用技术，提供高带宽、低时延、高可靠的端到端数据传输通道，支持 GE/10GE 光接口，具备链路冗余和 50ms 级保护倒换机制。作为整个 LTE-M 系统的物理传输底座，负责连接控制中心与各车站、车辆段，透传 A/B 网 LTE 核心网数据、ATC 业务数据、网管数据等，是中心侧与接入侧数据交互的唯一通道，保障数据在长距离传输中的稳定性和安全性。

LTE 核心网路由器

工业级三层路由 / 交换设备，基于 IP/MPLS 协议，支持 VLAN 隔离、QoS 优先级调度、链路聚合与冗余保护，实现 A/B 网内所有设备的数据路由转发与流量控制。作用：是 A/B 网的核心交换枢纽，负责对接 A/B 网 EPC-M、ATC 红网交换机、网管服务器、时钟同步服务器等设备，将车地传输的 A /B网数据高效转发至对应业务系统，同时通过 VLAN 和 QoS 保障 ATC 安全业务的最高优先级，避免其他业务抢占带宽。

ATC 红/蓝网交换机

工业级以太网交换机，支持 VLAN 隔离、QoS 优先级、环网冗余，与红/蓝网物理独立部署。是 ATC 红/蓝网（备用安全业务网）的核心交换节点，仅对接 B 网 LTE 核心网路由器与 ATC 信号设备，作为红/蓝网的冗余备份，当红/蓝网故障时，承载 ATC 备用业务数据，保障列车安全运行。

网管服务器

基于 SNMP/NetConf/RESTCONF 等网管协议，对全网设备（核心网、路由器、交换机、BBU/RRU 等）进行集中监控、配置管理、故障告警、性能统计与日志审计。实现 LTE-M 系统的可视化运维，实时监控设备状态与业务质量，快速定位故障，保障系统稳定运行，提升运维效率。

时钟同步服务器

基于 1588v2（PTP）精密时间协议或 NTP 协议，向全网设备（核心网、基站、ATC 设备等）分发微秒级 / 毫秒级时间同步信号，保障全网时间基准一致。确保列车切换、ATC 业务时序同步，避免因时间偏差导致的信号逻辑混乱，保障列车运行安全与业务连续性。

防火墙

基于包过滤、状态检测、应用层网关（ALG）等技术，对不同业务域（LTE 核心网域、ATC 信号域、PIS/CCTV 业务域）进行访问控制与流量隔离。严格隔离安全业务与非安全业务，防止非法访问、数据泄露与网络攻击，保障 ATC 安全业务的保密性、完整性与可用性。

接口监测器

基于流量镜像、数据包捕获与协议分析技术，对核心网与 ATC 之间、核心网与传输系统之间的关键接口进行实时数据监测与分析。用于故障排查、业务审计与性能分析，验证数据传输的正确性与完整性，为系统优化与问题定位提供依据。

EPC‑M

定义

        EPC-M 不是单一设备，而是一组核心网功能的组合。 在 LTE/EPS 体系里，典型包括 MME、S-GW、P-GW、HSS、PCRF 等功能实体；它们分别负责控制面接入、移动性管理、用户面转发、用户鉴权资料和策略/QoS控制。

主要功能

        EPC-M 是“车地无线的大脑和交换中枢”。它向上连接 CBTC、调度、PIS、CCTV 等业务系统，向下连接车站无线设备和轨旁基站，核心任务是：

• 让列车终端合法接入网络

• 在列车移动时维持会话不断

• 把数据准确转发到正确业务系统

• 给不同业务分配不同优先级和时延保障

• 用鉴权、加密、完整性保护保证网络安全

安装

        EPC-M 一般部署在控制中心机房/OCC 的中心级通信机房，而不是沿线轨旁或车上典型做法是：

• 主用核心网部署在 OCC/控制中心机房

• 备份/灾备核心网部署在 备用控制中心、异地灾备中心，或主备控制中心各一套

MME

定义

        MME（Mobility Management Entity）移动性管理实体是 LTE / LTE‑M 核心网（EPC‑M）里的信令面核心网元，不转发用户业务数据，只负责信令处理、接入控制、移动性管理、安全控制，在轨道交通 LTE‑M 中，是保证列车安全接入、可靠切换、不被非法接入的关键控制节点。

主要功能

        通过 3GPP 标准接口完成鉴权、加密、位置管理、切换控制、承载管理，不处理用户数据。主要作用如下：

• 处理车载 UE 的附着、去附着、跟踪区更新（TAU）。
• 安全管理与 HSS 交互完成 AKA 双向鉴权，生成空口加密与完整性密钥。
• 移动性管理负责列车在不同基站之间的切换决策与信令控制。
• 承载管理建立、维护、删除 EPS 承载，保障 CBTC 业务 QoS。
• 状态管理维护终端空闲态 / 连接态，实现寻呼控制。

安装

        MME 设备采用冗余配置，主备用 MME 均安装于控制中心（OCC）通信机房核心网机柜，通过工业以太网交换机与车站 eNodeB‑M 基站、HSS 用户数据库、SGW/PGW 网关设备互联，为全线列车提供接入认证、切换控制及安全管理功能。

SGW

定义

SGW（Serving Gateway）服务网关是LTE‑M 核心网用户面网关，负责列车业务数据的路由、转发与切换锚点。

主要功能

• 处理 CBTC、PIS、CCTV 等用户数据，不处理信令；
• 使用 GTP‑U 隧道封装 / 解封装车地数据；
• 列车跨基站切换时，作为数据锚点，保证 IP 连续、不丢包；
• 执行上下行业务速率统计与 QoS 调度。

安装位置

• 控制中心通信机房与 MME、PGW、HSS 共同部署在核心网设备区。

PGW

定义

PGW（PDN Gateway）分组数据网关是LTE‑M 系统边界网关，是无线系统与信号系统、外部数据网络的对接点。

主要功能

• 为车载终端分配 IP 地址；
• 对接 CBTC 区域控制器（ZC）、PIS、CCTV 等上层系统；
• 实现业务隔离、防火墙、带宽控制、QoS 保障；
• 是车地数据进入地面系统的总出口。

安装位置

• 控制中心通信机房与核心网设备集中部署。

HSS

定义

HSS（Home Subscriber Server）归属签约用户服务器是LTE‑M 核心网用户身份数据库，存储所有车载终端的签约信息与安全密钥。

原理与功能

• 存储车载终端 IMSI、鉴权密钥、接入权限、业务权限；
• 为 MME 提供鉴权数据，完成 AKA 双向身份认证；
• 防止非法终端、伪基站接入系统。

安装位置

• 控制中心通信机房核心网安全区集中部署。