LTE在城市軌道交通車地寬帶移動通信中的應(yīng)用

李鑫

摘 要：隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，其運(yùn)行速度、帶寬需求等不斷發(fā)生變化，本文結(jié)合國內(nèi)目前城市軌道交通寬帶移動通信現(xiàn)狀，充分研究了LTE技術(shù)特點(diǎn)以及方案的適應(yīng)性，以期為城市軌道交通寬帶移動通信方案設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；寬帶移動通信；長期演進(jìn)；無線局域網(wǎng)；移動性；車載

中圖分類號： U231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.概述

城市軌道交通寬帶移動通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代城市交通運(yùn)輸中發(fā)揮了巨大的作用，主要用來保證車-地間信息交換。城市軌道交通必須具有一套獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)，從而保證車-地間通信貸款，保證列車和車站之間信息傳輸無縫漫游。以此為列車提供電視直播服務(wù)、信息通信服務(wù)以及對列車車廂內(nèi)的安全監(jiān)控服務(wù)。

1.現(xiàn)狀分析

目前城市軌道交通車地通信主要通過無線局域網(wǎng)承載，該網(wǎng)絡(luò)特性存在一定的弊端，例如需要頻繁切換，覆蓋率相對較差，帶寬低且安全性差，容易受到外界環(huán)境干擾。主要表現(xiàn)如下：

抗干擾能力差主要表現(xiàn)在開放頻段，難以避免干擾，缺乏系統(tǒng)內(nèi)抗干擾技術(shù)；

移動性差則表現(xiàn)在，無線網(wǎng)不具備抗頻偏算法，由于目前無線局域網(wǎng)面向的主要是辦公室、賓館以及機(jī)場等固定場所，目的是減少網(wǎng)絡(luò)布線率，因此在協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定研發(fā)時(shí)就將目標(biāo)放在支持步行速度上。

頻段靈活性表現(xiàn)在限定在2.4G的20MHz帶寬；

建設(shè)和維護(hù)成本高表現(xiàn)在，軌道交通使用無線局域網(wǎng)就需要每隔200m設(shè)置一個AP，不但加大了施工難度，并且后期的維護(hù)成本也會大大提升。另外AP功率相對較低，因此無法同泄露電纜連接在一起，此外也很難完全覆蓋彎曲隧道。

覆蓋距離也相對較短，在實(shí)際應(yīng)用中單個AP覆蓋200m。

切換頻度高且切換時(shí)間長，這主要體現(xiàn)為在80km/h的速度下，9秒切換一次，切換增多影響服務(wù)質(zhì)量；500ms的切換時(shí)間將影響實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)質(zhì)量。

最后在可擴(kuò)展性方面也相對較差，由于其通信質(zhì)量相對較差，且安全性相對較低，因此只能服務(wù)于要求較為單一的廣播業(yè)務(wù)或視頻業(yè)務(wù)，對于語音集群業(yè)務(wù)尚無法承載。

2.LTE技術(shù)特點(diǎn)及城市軌道交通的適用性分析

2.1 LTE技術(shù)特點(diǎn)

移動通信技術(shù)隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展也發(fā)生了巨大的變化，尤其是無線通信技術(shù)，逐漸呈現(xiàn)出IP化、寬帶化，并且其以動畫也越來越強(qiáng)，因此在通信市場中開始占據(jù)一定的市場份額。隨著移動通信競爭的家居，3G為了保證其能夠在未來擁有更大的發(fā)展空間，3GPP的技術(shù)研發(fā)方向開始向著UTRA長期演進(jìn)發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)B3G向著4G的過度。LTE技術(shù)研發(fā)目標(biāo)主要為低成本、短時(shí)延、高數(shù)據(jù)傳輸率，從而擴(kuò)大系統(tǒng)容量，令覆蓋范圍更廣泛。就目前世界通信發(fā)展形勢分析，眾多研究機(jī)構(gòu)、運(yùn)營商以及通信設(shè)備廠家、通訊組織都開始選擇4G演進(jìn)技術(shù)。

LTE技術(shù)采用了OFDM、MIMO，以及自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)，同時(shí)結(jié)合了混合自動重傳等技術(shù)。與此同時(shí)對小區(qū)邊緣用戶的通信質(zhì)量進(jìn)行提升，并降低了系統(tǒng)延遲，同時(shí)最大程度地拓展了小區(qū)容量。同時(shí)在系統(tǒng)定義上，LTE同時(shí)應(yīng)用了時(shí)分雙工以及頻分雙工。由于系統(tǒng)應(yīng)用了TD-LTE制式，因此系統(tǒng)可以自由調(diào)配賞析性資源，并具備靈活的頻譜申請等特點(diǎn)，其優(yōu)勢在于：

首先抗干擾能力得到提升，由于系統(tǒng)頻段為專用頻段，因此可以有效避免外界干擾，同時(shí)采用現(xiàn)金的IRC技術(shù)、ICIC技術(shù)，有效解決了系統(tǒng)內(nèi)部干擾。其次具有高移動性，系統(tǒng)算法應(yīng)用了抗頻偏算法，因此速度可達(dá)到430km/h。從實(shí)踐驗(yàn)證，該算法完全可以慢速城市軌道交通通信要求。另外系統(tǒng)頻段靈活性較強(qiáng)。可以靈活進(jìn)行各類業(yè)務(wù)的申請，并支持5/10/15/20MHz組網(wǎng)；除此之外系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)成本低，可以利用商用通信的泄漏電纜；覆蓋距離長：隧道內(nèi)單個RRU覆蓋1.2Km；最后切換頻度高且切換時(shí)間長。在80km/h的速度下，54秒切換一次。且切換時(shí)間短<100ms。

2.2 LTE在城市軌道交通的適用性分析

LTE無線網(wǎng)絡(luò)是在3GPP技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)的，因此不但容納了3GPP兼容性良好的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上LTE的靈活性更強(qiáng)、頻譜利用率更高。

LTE系統(tǒng)的拓展性相對較高，且覆蓋區(qū)間也相對較長，移動性能也得到了提升，帶寬相對于其他網(wǎng)絡(luò)更高，因此相對教育既有寬帶移動通信，LTE能夠滿足軌道交通移動通信網(wǎng)絡(luò)無縫漫游以及高帶寬等要求。

3.城市軌道交通LTE系統(tǒng)方案建設(shè)

3.1業(yè)務(wù)需求

TD-LTE車地寬帶移動通信系統(tǒng)將提供滿足系統(tǒng)功能需求（傳輸1路MPEG-2格式的高清電視和多路MPEG-4格式的清晰的視頻監(jiān)視信息），下行不小于6M的帶寬，并能夠?qū)崿F(xiàn)控制中心同時(shí)調(diào)看1列車的不少于2路（總共4M速率）圖像監(jiān)控信息。TD-LTE車地寬帶移動通信系統(tǒng)建議使用頻率為1795～1805MHz，系統(tǒng)不對其他通信系統(tǒng)（如商用無線、民航等）造成干擾。

3.2 TD-LTE整體方案建議

如圖1所示，在控制中心的子系統(tǒng)上，應(yīng)當(dāng)設(shè)置核心網(wǎng)設(shè)備，主要用以接收視頻信息。核心網(wǎng)設(shè)備通過以太網(wǎng)交換機(jī)將接受信息傳輸至視頻服務(wù)器以及中心服務(wù)器，并通過TD-LTE將相關(guān)信息在反饋至列車。

在車站及軌旁子系統(tǒng)方面，可以在車站站置LTE基站的BBU和RRU設(shè)備，通過通信傳輸系統(tǒng)提供的通道與控制中心連接。覆蓋站臺周邊區(qū)域，實(shí)現(xiàn)與車載無線設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通信。

而車載子系統(tǒng)上，可以分別設(shè)置1套TAU在列車的車尾以及車頭，即通過設(shè)置車載無線設(shè)備增強(qiáng)車載子系統(tǒng)性能。車載交換機(jī)以及控制器同LCD控制器相連，用來接收由控制中心提供的1路實(shí)時(shí)視頻信息和向控制中心發(fā)送2路實(shí)時(shí)的車廂監(jiān)控信息。

結(jié)語

隨著城市軌道交通寬帶移動通信的業(yè)務(wù)需求不斷增加，結(jié)合目前國內(nèi)寬帶移動通信系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及分析比較，適時(shí)提出采用LTE技術(shù)方案，從抗干擾能力、移動性差、頻段靈活性、建設(shè)和維護(hù)成本、切換頻度、切換時(shí)間等方面綜合考慮，充分論證LTE技術(shù)方案的可實(shí)施性，為今后城市軌道交通寬帶移動通信方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)及參考。

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