論LTE在地鐵中的應用

陳靜

（南昌軌道交通集團有限公司運營分公司）

摘 要： 隨著車載視頻監控系統傳輸實時性要求不斷提高，以及禮車旅客信息系統中多媒體數據流傳輸寬帶需要的不斷增加，以WLAN為代表的車地無線通信技術已經不能完全滿足地鐵行業的需要，本文主要闡述了LTE技術在地鐵中的應用及其優勢。

關鍵詞： 地鐵；LTE技術；應用

1.背景

隨著我國城市化進程不斷加深，城市人口空前膨脹，公共交通已經成為困擾各大城市的頑疾，地鐵作為城市公共交通客運系統的重要組成部分，以其大眾化，大運量以及安全、舒適、快捷、準時的特點成為最受歡迎的交通工具。

地鐵列車上的旅客信息系統委托多媒體網絡技術，以車載顯示器向媒介旅客提供信息服務，包括乘車須知、列車到發時間、各類公告、媒體新聞等信息，在火災、阻塞及恐怖襲擊等非正常情況下，提供動態緊急疏散提示。

2.LTE技術概述

LTE是指長期演進技術，是第4代的移動通信標準，它是由3GPP組織制定的長期演進，它也是UMTS技術標準的Long term evolution。LTE技術適合在高速的移動環境使用，按照理論來講，它移動速度可以被允許在500km/h；因為LTE使用的是專用頻段，所以抗干擾性很強；LTE可以很好的支持視頻、圖像的傳輸。LTE采用分組傳輸、低延時，能夠在地鐵高速移動情況下實現無縫覆蓋的高數據率。LTE能夠在20MHz頻譜帶寬下提供下行100Mb/s，上行50Mb/s的峰值速率。LTE技術在解決帶寬和移動性上具有優勢。技術發展較為成熟，產業鏈豐富完善。TD-LTE技術可以充分地利用通信信道對稱性的特點，簡化系統設計復雜度，提高系統性能，并且系統高層總體上可以與FDD保持一致，更好地實施數據傳輸融合。

和3G網絡技術相比而言，LTE網絡技術本身具備著一定的優勢，首先LTE網絡技術具備著高數據速率，能夠實現分組傳送大數據，降低網絡延遲，并且該項網絡技術的覆蓋范圍相比較其他網絡技術而言更為廣泛，能夠完成向下兼容等技術難題，所以該項技術被專家學者們認為是3G網絡技術逐步向4G發展的最為重要的主流技術。就現今而言，大部分的主流運營商對于LTE標準都是表示支持的態度，這為長期演進技術的發展而言，具有著十分重要的影響作用。

目前，在我國新建地鐵項目中，開始逐步引入LTE技術實現車-地無線通信。國內鄭州的一號線地鐵建設時，最先將LTE技術用在無線車地通信上。目前，全國各地包括廣東的地鐵新線建設中，LTE技術已被作為一種成熟的技術廣泛的應用于地鐵PIS無線車地通信中。

3.LTE技術在地鐵中的應用

3.1地鐵的LTE需求

車載CCTV的安全需求。LTE可為車載CCTV提供較為清晰的視頻傳輸，同時保證列車的運行以及車廂內乘客的情況得以實時監控，保障能夠實時傳輸動態圖像，及時處理各項突發事件和治安問題。列車運行的突發問題能夠提供明顯提示，確保運營的絕對安全。利用LTE技術，使得列車上的各項設備能夠準確接受系統發出的信息，用于車廂內各項信息的播報，使乘客得到正確的引導，正確的換乘地鐵。

乘客信息服務系統的需求。隨著信息技術的飛速發展，網絡已成為人們生活中的重要組成部分，同時也成為了乘客需要服務的部分。LTE技術可為地鐵提供高品質視頻傳輸，縮短延時，盡可能保證實時播放各種新聞、賽事及娛樂節目等，使人們的需求得以滿足。

增值業務需求。由于LTE可進行高清傳輸且能夠有效縮短延時，因而可為各類高清廣告提供有效的實時播放平臺。可以對地鐵各個時段的客流量及乘客人群進行調查，合理的確定投放廣告的類型及數量，帶來經濟效益，從而降低運營成本。

網絡安全需求。LTE網絡需要通過對容災進行備份而為地鐵安全數據提供可靠性的保證。首先就要采用雙層網絡與雙網冗余實現對核心網的接，eNodeB板卡要進行冗余配備，然后再采用雙頻和雙網對其進行交織與覆蓋，必須要在系統安全冗余有保證的前提下，避免同頻干擾，從而為網絡的性能及其安全提供保證。

3.2干擾問題

LTE技術使地鐵運營更加安全、便捷、舒適。同時，引入LTE之后，也會帶來一些問題，如系統間的干擾問題。通過有效的技術手段和建設手段完全可以降低干擾，使地鐵中的各種無線通信系統安全、可靠地運行。

對于任意一個通信系統下處于工作中的接收機來說，別的通信系統發出的信號都是干擾信號。這些干擾主要包括阻塞干擾、互調干擾和雜散干擾等，而對于地鐵的LTE無線車地通信系統，它的主要干擾來源是LTE的自身的同頻率干擾和WLAN、公網信號等其他的無線網絡。而其中，針對同頻率干擾，它可以進行IRC、ICIC、調度算法等方法來小區間的消除、干擾控制和協調。（1） IRC技術：它是說在地鐵上，因為各車間有間隔，按照CBTC信號系統的要求，各車間隔不能小于90s，而列車運行的平均車速是50km/h，那么90s行車間的距離是1250m。（2）ICIC技術：它是說經過頻率規劃，來達到小區的中心有相同的頻率，而相鄰的兩小區邊緣不同頻率的配置，這樣可以使小區中心的吞吐量最大化，并且確保小區的邊緣信噪比較高，來實現小區邊緣速率的提高。

多徑干擾是指無線信號在地鐵無線車地通信系統中從發射天線開始，通過許多個路徑最終到達接收天線需要的不同的傳播時延。地鐵區間是通過泄漏電纜的方式達到覆蓋，來減少多徑造成的時延差，保證信號的傳播路徑有限。這樣可以減少多徑干擾。而且，LTE技術本身就使用了OFDM技術和增加循環前綴相結合的方法對抗多徑干擾。

4. LTE技術優勢

若要從根本上解決無線通信中的干擾問題，保證通信系統可靠、穩定的工作，智能通過采用專用頻段及更新進的無線通信技術來解決。因此，LTE技術的出現，堪稱車地無線通信干擾問題的救星，其主要具備以下幾個優勢：

（1）以分組域業務為主要目標，系統在整體架構上基于分組交換。

（2）在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。0～120 km/h移動場景下平均吞吐速率達到60Mbps，上行速率16Mbps，下行速率44Mbps。

（3）LTE技術的數據業務速率和頻譜利用率高。

（4）支持成對或非成對頻譜，可靈活配置1.4MHz-20MHz間的多種系統帶寬。TDD LTE可以調整上下行流量。

（5）扁平化組網方案，網絡架構簡單，網元節點少，系統可靠性高。

（6）增加小區邊界比特速率，提供1bps/Hz的小區邊緣速率。小區覆蓋半徑可達100km。

（7）嚴格的QoS機制保證實時業務（如VoIP）的服務質量。

（8）采用頻偏補償機制，有效克服多普勒效應，確保高速移動場景下的無線鏈路質量。

（9）切換時參考頻率偏移變化，提高切換成功率，保證高速切換場景下的帶寬穩定。

（10）多RRU共小區，減少由于切換帶來的時延、抖動、丟包，保證高速切換場景下的帶寬穩定。

（11）無須在隧道中另外布設天線，可共用商用通信的泄漏電纜。隧道內單個RRU覆蓋1.2KM漏纜，能夠提供穩定的覆蓋。

（12）LTE技術采用扁平化網絡結構，有效地縮短了端到端的數據傳輸時延，更加滿足城市軌道交通特別是信號系統的應用需求。

5. 結語

隨著社會經濟的快速發展，我國城市地鐵線網逐步形成，客流量持續高速增長。地鐵在為乘客提供安全快捷交通服務的同時，保障連續的4G網絡覆蓋將成為提升綜合服務水平的重要手段。LTE技術具有高帶寬、低時延、抗干擾等特點。將LTE技術引入地鐵車-地無線通信系統，充分利用LTE的特點，提高地鐵交通運輸的服務質量，提升乘客服務體驗。

參考文獻

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