關于城市軌道交通地鐵行業LTE系統需求的探討

章艷津

摘 要：近幾年無線技術飛速發展，LTE系統在城市軌道交通中也在逐步推進，LTE技術是基于3G網絡技術進行開發創新的延伸。通常情況下LTE技術會被人誤解為4G技術，但事實上LTE只是介于3G和4G之間的過渡技術，如果按照嚴格的標準劃分LET技術屬于3.9G的范疇。將LTE技術運用在城市軌道交通信號系統中可以充分的發揮LET技術的優點。

關鍵詞：LTE系統；城市軌道交通；需求

1 導言

隨著城市軌道交通地鐵行業的飛速發展，建設者對于車地無線數據傳輸的安全性、穩定性和及時性需求越來越迫切，同時，隨著通信3GPP技術的演進，LTE技術也逐漸成熟，那么LTE在城市軌道交通地鐵行業的應用就成為必然。

LTE技術在城市軌道交通地鐵行業應用已經有很多成功的經驗，從這些建設經驗中，我們可以了解到建設者對LTE系統的需求。

2 建設者對LTE系統的穩定性有迫切的需求

LTE技術是在3GPP技術上長期演進而來的，LTE技術從3GPP技術上繼承了許多穩定，可靠的優良技術，技術穩定成熟；同時，LTE技術，通過采用穩定性算法，可以避免LTE系統吞吐率，丟包率，傳輸時延等重要指標大幅度波動，降低由于指標不穩定導致的系統性功能異常。

2 建設者對LTE系統的安全性有嚴格要求

在地鐵建設中，建設者會面臨使用LTE系統承載CBTC業務的需求，由于CBTC數據安全性的考慮，LTE系統的安全性就備受關注。

3 LTE系統可以通過如下三種方式提高自身安全性。

3.1 專用頻率

地鐵LTE系統使用國家無線電委員會批準的專用頻率，可在獲批頻率范圍內合法使用頻率資源。LTE終端為針對性定制終端，其它LTE終端無法搜索該頻率且無法接入該網絡；

3.2 雙向鑒權

LTE終端在注冊網絡時，需將自己的key信息上報給核心網，核心網對該信息進行鑒權。同時核心網也會將自己的key信息發送給終端進行鑒權。只有當雙向鑒權全部通過后，才允許終端接入網絡進行正常業務；

3.3 高加密算法

LTE網絡支持AES、Snow 3G和祖沖之加密算法，優先采用祖沖之加密算法。祖沖之加密算法是中國自主設計的流密碼算法，被3GPPLTE采納為國際加密標準，即第四代移動通信加密標準，廣泛應用于國防、電力、水利、公安等行業。

4 AES加密

AES的全稱是 Advanced Encryption Standard，即高級加密標準。相比前一代 DES加密算法，解決了DES密鑰過短而存在攻破的可能，目前可以用AES 128位的密鑰來加密數據可以保證極強的安全性。

對于 AES128加密算法，其128位長度的密鑰代表的隨機數可能性為 2 的 128 次冪或 3.4 乘以10的38次冪（即一共有38個0），如果假定：

5 Snow 3G加密

Snow 3G加密技術是字節流密碼加密技術。它在一個128位的密鑰和一個128位初始變量控制下產生每組以32位字為單位的流序列。使用這個流序列加密明文或者作為摘要對信息完整性進行比對。其工作流程分為2步，第一步初始化密鑰；第二步在時鐘周期的控制下產生流序列。

6 祖沖之加密

祖沖之加密算法是一個面向字的流密碼。它采用128位的初始密鑰作為輸入和一個128位的初始向量（IV），并輸出關于字的密鑰流（從而每32位被稱為一個密鑰字）。密鑰流可用于對信息進行加密/解密。祖沖之加密算法的執行分為兩個階段：初始化階段和工作階段。在第一階段，密鑰和初始向量進行初始化，即不產生輸出。第二個階段是工作階段，在這個階段，每一個時鐘脈沖產生一個32比特的密鑰輸出。

7 建設者對LTE系統的經濟性也尤為關注

在常規地鐵建設中，不同的車地無線系統分別建設自己獨立的車地無線網絡，例如常規的車載PIS/IMS系統和CBTC系統就分別建設了三張車地無線網絡，其中車載PIS/IMS獨立建設一套車地WLAN網絡設備，CBTC系統分別建立一套車地紅網WLAN網絡和藍網WLAN網絡，建設成本大增。

地鐵中使用LTE系統作為車地無線網絡建設后，近期可以將車載PIS/IMS和CBTC的三張車地無線網絡整合成一張LTE網絡，中遠期可以與TETRA集群調度系、地鐵公安無及政務無線共用漏纜，遠期還可以使用LTE系統的集群調度功能，與民用通信公共漏纜等方式，這樣做都可以提高各系統間的集成度，減少不同系統間的重復投資，降低業主的建設成本。

8 建設者對LTE系統的便捷性也有很大需求

LTE技術在3GPP技術的基礎上演進，系統設備的集成度被大幅度提升，將一些功能單一但體積龐大的設備與其他設備集成，減少了設備數量，同時整個系統采用扁平化的設計原則，減少了中間環節設備，使整個系統的組成更加簡潔，從而降低了安裝難度，方便施工進場安裝。

LTE系統采用全IP技術設計，在數字化高度發達的今天，與其他系統的對接更加便捷，更加準確，在整個系統內、外部的調試過程中更加簡單，為地鐵建設節省了大量的調試時間，為后續試運行創造更有利的條件。

9 結論

總之，LTE技術在城市軌道交通地鐵行業中有著廣闊的應用前景，隨著地鐵行業的發展，乘客及運營人員使用需求的不斷提高，LTE技術必將會發揮其更加重要的作用。

參考文獻

[1]趙彥芳.LTE技術在城市軌道交通車地無線通信系統中的應用探索[J].天津建設科技，2016，（02）：78-80.

[2]賈萍，徐淑鵬.TDD-LTE技術在城市軌道交通CBTC系統中應用[J].城市軌道交通研究，2015，（12）：113-116.

（作者單位：河北遠東通信系統工程有限公司；

身份證號碼：130726198701023510）