LTE在地鐵乘客信息系統(tǒng)無線傳輸中的應(yīng)用

文/肖雙杠，合肥城市軌道交通有限公司運(yùn)營分公司

1 LTE的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 OFDM技術(shù)分析

OFDM是LTE系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，它的技術(shù)原理是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的傳輸分散到多個正交的子載波上完成他們的傳輸任務(wù)，這種分散傳輸?shù)姆绞侥軌蚪档妥虞d波的符號速率，從而提高時延抵抗力，最終減弱符號間的干擾的功效。LTE系統(tǒng)在工作中一般會在OF DM符號前加入相應(yīng)的保護(hù)間隔，保護(hù)間隔的設(shè)置能夠有效的消除L TE系統(tǒng)符號間干擾ISI。

2 LTE技術(shù)

LTE(LongTermEvolution)是是第三代移動通信與第四代移動通信技術(shù)之間的一個過渡，這種以O(shè)FDM／FDMA為核心的技術(shù)可以被看作“準(zhǔn)4G”技術(shù)。LTE按照雙工方式可分為頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)兩種。我國應(yīng)用最多的是TDD—LTE。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

考慮到商用無線DCSl800引入地下帶寬為上行：1710—1725MH z(移動)、1735—1755MHz(聯(lián)通)，下行：1805～1820MHz(移動)、18 30～1850Mhz(聯(lián)通)，為確保系統(tǒng)不對其他系統(tǒng)造成干擾，建議乘客信息系統(tǒng)車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)使用頻率為1795—1805MHz。

3.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由控制中心、車站、車載和遠(yuǎn)端設(shè)備四部分組成。控制中心部分為系統(tǒng)提供無線調(diào)度控制中心接口、核心網(wǎng)設(shè)備及配套網(wǎng)管平臺，設(shè)置LTE交換設(shè)備；車站部分為LTE基站和配套設(shè)備BBU；車載部分由車載設(shè)備和天線等構(gòu)成；在隧道區(qū)間內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)端設(shè)備R UU。通常將BBU放置于車站機(jī)房內(nèi)，完成Uu接口的基帶處理功能(適合空中傳輸?shù)男诺谰幋a、復(fù)用、調(diào)制和擴(kuò)頻等)，RRU通過發(fā)送和接收射頻信號實(shí)現(xiàn)無線覆蓋。RRU通過跳線及合路設(shè)備與漏纜連接，BBU通過隧道內(nèi)敷設(shè)的光纜與RRU相連，控制中心的LTE中心交換設(shè)備通過地鐵傳輸系統(tǒng)與各車站的BBU相連。乘客信息系統(tǒng)利用車載無線單元和天線通過放置于隧道RRU接收無線信號，依靠L TE技術(shù)提供的無線寬帶傳輸網(wǎng)(最高帶寬100M、有效帶寬50M)可以在列車上實(shí)現(xiàn)實(shí)時多媒體信息。

控制中心級子系統(tǒng)為乘客信息系統(tǒng)和綜合信息平臺提供車地寬帶無線系統(tǒng)及集群無線調(diào)度控制中心接口，核心網(wǎng)設(shè)備及配套網(wǎng)管平臺；車站級子系統(tǒng)由LTE基站及配套設(shè)備構(gòu)成，在控制中心和列車之間形成信息中轉(zhuǎn)站；車載子系統(tǒng)主要由TAU構(gòu)成，接收控制中心傳送的各種信息并顯示在車載LCD屏幕上，并上傳車載攝像頭拍攝的監(jiān)控視頻，提供車載乘客信息系統(tǒng)的無線傳輸接口。乘客信息系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示。

3.2 隧道覆蓋方案

隧道內(nèi)的覆蓋一般采用漏纜，由于GSM和WCDMA上下行分開，所以一般隧道壁會安裝兩根漏纜。無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)可以考慮共用這兩根漏纜，在節(jié)約建網(wǎng)成本的同時也提供比較良好的覆蓋性能。對于長距離地下隧道，可以采用RRU級聯(lián)進(jìn)行延伸覆蓋，級聯(lián)RRU可以采用同小區(qū)技術(shù)，減少不必要的切換，系統(tǒng)可靠性高。對于長度小于1000m的地鐵隧道，采用隧道兩端RRU信號分別將TD—LTE信號接入泄露電纜的方式進(jìn)行覆蓋，在隧道中央位置作為切換帶。對于長度大于1000m的地鐵隧道，需將RRH放置在隧道中央，并拉遠(yuǎn)其間距，從隧道中央向兩側(cè)接人泄露電纜以便增強(qiáng)隧道的覆蓋。單RRU的覆蓋距離不應(yīng)大于600m；再考慮相鄰RRU間的切換和重疊覆蓋，建議單RRU的覆蓋距離為600×0．75=450m。

3.3 快速切換設(shè)計(jì)

信號從RRU射頻口輸出后經(jīng)過衰減器饋入無線覆蓋系統(tǒng)。LTE系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型及帶寬需求靈活配置LTE幀的上、下行配比，如2DL：2UL、3DL：1UL等。在建的鄭州地鐵5號線中，系統(tǒng)按車站雙向隧道劃分小區(qū)，將地鐵在兩個運(yùn)行方向上劃分成不同小區(qū)，并利用小區(qū)合并技術(shù)，減少小區(qū)數(shù)量及切換次數(shù)。這樣可以使地鐵兩個運(yùn)行方向上，都獲得足夠的資源支持大數(shù)據(jù)傳輸。同時采用非競爭切換方式，降低切換時延，如圖2所示。在設(shè)計(jì)中事先規(guī)劃了小區(qū)間覆蓋重疊區(qū)域(切換帶)，按地鐵列車車速80km／h(22m／s)考慮，切換帶在100—150m之間，切換帶的信號覆蓋電平在一110dBm以上。這樣就能保證系統(tǒng)在地鐵上、下行運(yùn)行時，都能獲得足夠的資源來滿足大容量數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 系統(tǒng)小區(qū)規(guī)劃圖

4 結(jié)語

LTE技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率目前依然在逐漸提升，據(jù)最新的資料顯示：LTE的上行數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到500MB/s，下行的數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到1Gbit/s。在此基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)傳輸速率依然可以增加，可以結(jié)合高階調(diào)制MIMO技術(shù)優(yōu)化提升傳輸率技術(shù)，降低外在因素對信號傳輸?shù)母蓴_作用，增加統(tǒng)一區(qū)域的信息傳輸量，進(jìn)而提升整個無限網(wǎng)絡(luò)通信傳輸產(chǎn)業(yè)的管理性能。

[1]穆瀟，夏昕．基于LTE的乘客信息系統(tǒng)車地?zé)o線通信方案研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012.