鐵路無線通信工程中的LTE—R技術探討

【摘要】 LTE-R技術使得視頻監控與實時互聯網等業務等得到了實現。本文主要分析了LTE-R技術的性能，并分析了LTE-R技術在鐵路無線通信中的應用。

【關鍵詞】 鐵路 無線 通信 LTE-R技術

隨著鐵路交通的迅猛發展，傳統的GSM-R技術在語音與數據服務上已經無法適應當前列車和乘客對于高速數據的需求。而當前的乘客都需要使用移動寬帶服務，通過運用筆記本等移動設備在鐵路旅途中完成一些必要的商務工作或者進行娛樂游戲消遣時間，已經成為了一種趨勢，因此，LTE-R技術在鐵路無線通信工程中得到了應用。

一、LTE-R技術的性能分析

1.1 LTE-R的主要技術特征

LTE-R（Long Term Evolution for Railway）是為了滿足高速鐵路運營需求而發展起來的新型移動寬帶接入技術。LTE-R技術具有一些傳統技術所沒有的特征：LTE-R技術可以提供好幾種帶寬服務，能確保百兆級的數據傳輸能力；LTE-R所使用的網絡結構是全IP的，不管開展哪種業務，都是建立在IP分組交換的基礎上；保證了無線網絡的準時性。將控制面的時間延遲控制在100ms以內；而用戶面的時間延遲控制5ms以內；對很多無線接入技術具有特別的功效，比方說3G、2G、WiMaX、WiFi，在這些方面的連接能力相當強。

1.2 LTE—R的關鍵技術

1、OFDM技術 。OFDM也叫做正交頻分復用技術，是一種多載波調制技術。OFDM技術能在很大程度上避免多徑時延而導致的碼間干擾與頻率選擇性不強等問題。OFDM主要是把高速率信息變成無數個并行的低速率的分數據流，將其調制到正交的子載波上完成傳輸；接收端試用一樣數量的子載波調解接收信號，在獲取了低速信息后，再適時進行并與串的轉變，獲取高速信號。如果子信道的帶寬太小，能有效克服碼間干擾。為了減少發射終端的的成本消耗，LTE空中接口上行鏈路常常會用到SC-FDMA技術。此技術下發射的就是時域信號，最終能夠有效防止OFDM系統發送頻域信號所產生的PAPR問題。

2、MIMO技術 。MIMO，即多輸入多輸出技術，是通過使用多數量的天線發射與接收信號來切實提高信息的傳輸速率。MIMO結合OFDM技術，能有效增強系統性能。MIMO技術可以使得空間中出現獨立的并行信道，并且將多路數據流在同時傳輸，在系統帶寬不增加的前提下，增強頻譜效率，切實提高系統傳輸速率。所以，把MIMO與OFDM技術相結合，既能確保較高的數據傳輸速率，又能借助分集確保可靠性。

3、高階數字調制技術。基于頻帶利用率提高的目的，LTE使用了高階數字調制技術。上行采用了QPSK四相相移鍵控與16QAM 十六進制的正交幅度調制。下行則使用了QPSK，16QAM與64QAM。跟上行調制方式不同的是，LTE的下行中設置了64QAM，以此確保下行100Mb/s的速率。

二、鐵路無線通信中的LTE-R技術的應用

2.1支撐新型鐵路業務的傳輸技術

在今后鐵路的發展中，還存在較多尚待開發的潛在通信業務，比方說視頻監控與旅客多媒體服務，所以對于LTE-R技術的要求更高。LTE-R技術亟需對鐵路業務起到支撐作用的傳輸技術，按照相關的驗證結果，應當使用QoS指標來確保LTE-R技術的業務承載性能。具體來說，應當改進以下傳輸技術。1、優化配置鐵路場景中的上下行配比。在以前的公網LTE技術中，常常是在下行信道中傳輸承載業務。在鐵路無線通信工程中，列車監測與智能感知等都會使用到大量上行信道帶寬。所以，對LTE-R技術在靈活性上提出了更高的上下行信道帶寬分配（上下行配比）機制，以便符合相關上行傳輸的要求。2、上行鏈路自適應提升技術。LTE-R技術在上行吞吐率上的要求比較高，甚至會遠遠高出當前LTE中的上行業務，這時就可以使用鏈路自適應技術來提升上行傳輸能力。3、組織呼叫和廣播語音技術。在HSS網元中增設了組呼信息、廣播信息和呼叫控制功能，使之能像GSM-R系統一樣實現GLR功能。

2.2改進網絡結構

LTE-R技術需要在下面方向進行網絡結構方面的研究，以滿足鐵路無線通信的要求。鐵路無線通信中要求實現組呼和電話調度等語音通信的要求，因為LTE技術中的核心網使用包交換的復用方式，不能夠支持電路交換的語音業務，應該在實驗室中進行2G語音回落模塊和IMS等支持電路域交換的LTE網元測試。實現跟GSM-R的連接。要想更好的跟GSM-R技術做好過渡，應該增設SGSN網關設備來切換GSM-R和LTE-R系統。

2.3改進型小區切換技術

根據在朔黃LTE項目的實施經驗，減小小區切換時延和切換重疊區，以適應鐵路應用要求。在鐵路應用中，切換重疊區的縮短便于開展頻率規劃，減小系統內干擾。同時，在朔黃重載鐵路項目中，切換時間的減小有利于保證重載列車操控和列尾數據的完整、有效傳輸。

參 考 文 獻

[1]杜燕.談現代鐵路通信發展趨勢[J].科技創新與應用.2O12（3）：52.

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