淺談LTE技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳少華

摘要：地鐵通信信號系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量關(guān)系到地鐵的正常、安全運(yùn)營。地鐵因其速度快、運(yùn)載量大、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，被各大中城市所追捧。截至目前，北上廣深等一線城市都具有成熟的地鐵通信系統(tǒng)。本文主要通過LTE技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)中應(yīng)用進(jìn)行分析，供同行借鑒參考。

關(guān)鍵詞：地鐵通信;信號系統(tǒng);LTE 技術(shù);應(yīng)用

一、LTE 技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)中應(yīng)用的必要性分析

CBTC系統(tǒng)的車地通信方式大部分是應(yīng)用WLAN 技術(shù)，也就是我們所說的免費(fèi)開放的無線局域網(wǎng)絡(luò)，這種技術(shù)保持著2. 4 GHz 頻段應(yīng)用效果，同時(shí)也存在一定的問題，即是容易受到相同頻的設(shè)備干擾，需要布置較多的軌旁無線設(shè)備，因此，無法充分有效支持地鐵高效的移動(dòng)效果。和WLAN 技術(shù)相比，LTE 技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)中的應(yīng)用更具優(yōu)勢，第一，在無線干擾信號方面，WLAN 技術(shù)主要采用了開放頻段，受到外部干擾的情況較多。而LTE技術(shù)能夠申請到專用的頻段，減少受到外部設(shè)備干擾的情況出現(xiàn)，并且LTE采用的ICIC技術(shù)手段還能夠針對系統(tǒng)內(nèi)部各項(xiàng)因素將進(jìn)行有效的抗干擾;第二，可維護(hù)性層面。WLAN技術(shù)實(shí)際能夠覆蓋到的地鐵信號距離較短，通常需要按照 200m 的距離就設(shè)置無線設(shè)備，需要有大量的設(shè)備布置在軌道旁邊，給后期維護(hù)工作造成了較大難度。而LTE 技術(shù)的應(yīng)用，只需要通過較少的網(wǎng)元數(shù)量，就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的信號覆蓋效果，設(shè)置軌旁設(shè)備的距離一般為1～1. 2km;第三，移動(dòng)性方面。WLAN 技術(shù)在較為低速的環(huán)境中應(yīng)用情況較多，一旦地鐵列車運(yùn)行的速度不斷加大，將會(huì)容易導(dǎo)致丟包率和切換失敗率加大。相應(yīng)的LTE技術(shù)在這方面依然能具備較好的應(yīng)用效果，這是因?yàn)槠浒l(fā)揮了自動(dòng)頻率校正技術(shù)作用，促進(jìn)列車信號在高速的移動(dòng)下依然保持著穩(wěn)定狀態(tài);第四，服務(wù)質(zhì)量（QoS）方面。WLAN技術(shù)采用的QoS算法競爭性較強(qiáng)，沒有絕對的優(yōu)先級用戶。而LTE技術(shù)可以設(shè)置合理的優(yōu)先級，從而在傳輸信號的時(shí)候，能夠保證地鐵系統(tǒng)無線傳輸信息的及時(shí)性和有效性。

二、地鐵信號系統(tǒng)中 LTE 技術(shù)的應(yīng)用

（一）LTE 技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)的應(yīng)用測試

在進(jìn)行測試時(shí)，應(yīng)搭建科學(xué)合理的測試平臺(tái)，同時(shí)在信號廠商和通信廠商模擬測試工作過程中，將能夠良好的模擬地鐵信號系統(tǒng)無線通信傳輸活動(dòng)情況。地鐵信號系統(tǒng)中采用的 CBCT 系統(tǒng)數(shù)據(jù)包為400Bytes，采用 100ms 的發(fā)送周期，借助于ITU-VA信道模型，針對信道仿真器進(jìn)行設(shè)置。在模擬城市軌道交通無線傳輸場景，需要模擬出 200km/h 的速率，并且從漏纜信道衰落特點(diǎn)情況，設(shè)置信道仿真器的鏈路衰耗，這時(shí)候需要將傳輸頻寬設(shè)置在 15 mHz和5mHz。測試 LTE 技術(shù)在地體信號系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用情況，需要實(shí)現(xiàn)各家信號廠商和通信廠商的良好配合，重點(diǎn)測試 LTE 技術(shù)的一些關(guān)鍵性指標(biāo)情況。

（二）中心控制子系統(tǒng)

1.主要內(nèi)容

地鐵信號系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用 LTE 技術(shù)的過程中，需要重點(diǎn)針對該項(xiàng)技術(shù)的各項(xiàng)系統(tǒng)部分進(jìn)行研究。中心控制子系統(tǒng)主要是涉及到了 OMC（LTE 網(wǎng)管）和 EPC（LTE 核心網(wǎng)設(shè)備）這兩個(gè)方面，并且能夠和傳統(tǒng)的 CBTC 業(yè)務(wù)系統(tǒng)保持著良好的對接效果。LTE 技術(shù)中的 EPC，在各級交換傳輸網(wǎng)絡(luò)的作用下，針對城市地鐵軌道沿線的各項(xiàng) LTE 基站設(shè)備進(jìn)行充分連接，分布較為廣泛。同時(shí) LTE 技術(shù)中的 OMC，主要是針對地鐵信號系統(tǒng)無線覆蓋過程中的全部 LTE 基站進(jìn)行配置和管理的，推進(jìn)各項(xiàng)基站的正常使用。最終 EPC 能和網(wǎng)管連接基站，這其中需要發(fā)揮交換機(jī)或者路由器的作用。

地鐵信號系統(tǒng)中采用 LTE 技術(shù)，需要做好各個(gè)基站的布置工作，在光纖的連接作用下，使得基站和控制中心保持著良好的信號連接。同時(shí)想要增強(qiáng)信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在全網(wǎng)范圍內(nèi)都保持著正常的切換效果，基站通過使用 1588 時(shí)鐘將能夠?qū)崿F(xiàn)全網(wǎng)時(shí)鐘的同步效果，從而針對信號系統(tǒng)進(jìn)行良好的控制，便于全網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部都形成統(tǒng)一的運(yùn)行狀態(tài)。對于LTE車載設(shè)備來說，其在實(shí)際設(shè)置的過程中，主要是和LTE基站采用無線連接的方式，從而接入到車載交換機(jī)上，為后續(xù)各項(xiàng)系統(tǒng)的良好運(yùn)行奠定一定的前提基礎(chǔ)。

2.中心控制子系統(tǒng)的應(yīng)用

LTE技術(shù)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，其核心網(wǎng)EPC設(shè)備，這是各項(xiàng)業(yè)務(wù)實(shí)際開展的進(jìn)口和出口。將LTE技術(shù)投入到地鐵信號系統(tǒng)中，開展通信網(wǎng)絡(luò)工作，需要同時(shí)采用兩套EPC系統(tǒng)設(shè)備發(fā)揮良好的運(yùn)行作用，從而為兩方面的 LTE 網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)傳輸通道，需要注意到的是，其中的數(shù)據(jù)傳輸通道是不同的，因而信息傳輸過程中能夠有效傳輸不同情況的信息和數(shù)據(jù)。LTE 網(wǎng)管系統(tǒng)能夠針對 LTE 的A和B雙網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一性的負(fù)責(zé)，主要是針對LTE基站、LTE核心網(wǎng)以及LTE車載終端等設(shè)備進(jìn)行全面細(xì)致的管理和配置，同時(shí)強(qiáng)化整體的維護(hù)工作。在SNMP協(xié)議的作用下，LTE網(wǎng)管系統(tǒng)還能有效開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)控和管理功能，這主要是針對其他方面設(shè)備進(jìn)行的，通常是時(shí)鐘服務(wù)器進(jìn)行的，并且能夠向外部網(wǎng)管系統(tǒng)提供系統(tǒng)性和綜合性的信息和數(shù)據(jù)，比如說地鐵信號系統(tǒng)運(yùn)行中LTE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部出現(xiàn)的一些事件、重要狀態(tài)以及告警信息等方面內(nèi)容。在當(dāng)前地鐵運(yùn)行系統(tǒng)之中，按照一條地鐵線路設(shè)置兩臺(tái)時(shí)鐘服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)開展各項(xiàng)布置工作，保證地鐵信號系統(tǒng)能夠擁有充分的信號支撐。布置時(shí)鐘服務(wù)器的時(shí)候，主要是采用1588V2的網(wǎng)絡(luò)同步方式，這是一種精確時(shí)間協(xié)議PTP，能夠保證LTE技術(shù)系統(tǒng)中的A和B網(wǎng)基站都將具備同步的微秒級時(shí)鐘效果，按照每臺(tái)時(shí)鐘的服務(wù)器之中都能夠采用獨(dú)立的GPS輸入方式，從而整體的地鐵信號系統(tǒng)時(shí)鐘都具有著同樣的標(biāo)準(zhǔn)，減少信號延遲的情況出現(xiàn)。

（三）基站覆蓋子系統(tǒng)

LTE 基站覆蓋子系統(tǒng)其中主要是包含了無線系統(tǒng)、車站交換機(jī)以及LTE 基站等方面內(nèi)容。首先，LTE基站設(shè)備中同樣采用了A和B雙網(wǎng)形式的冗余設(shè)計(jì)方式，工作過程中需要采用1785～1805 mHz中的兩個(gè)5m頻段。一般情況下，A和B網(wǎng)基站組網(wǎng)已經(jīng)呈現(xiàn)出了完全獨(dú)立的狀態(tài)，在實(shí)際供電和開展光纜通路工作的過程中保持著較高的獨(dú)立性，將單點(diǎn)故障所引起的信號盡可能地控制。同時(shí)A和B網(wǎng)基站在采用布點(diǎn)覆蓋方式的時(shí)候，需要和天饋系統(tǒng)保持著一致性，并且需要注意到A和B網(wǎng)基站本身在信號強(qiáng)度方面的分布情況具有較高的相似性，相鄰基站之間的重疊覆蓋范圍較大，將能良好提升信號覆蓋時(shí)的充分性和可靠性，為強(qiáng)化地鐵線路之間的信號傳輸效果提供重要的前提支撐。其次，將 LTE骨干網(wǎng)交換機(jī)設(shè)置在地鐵線路設(shè)備的集中站內(nèi)，促進(jìn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)通信在時(shí)間上都保持著較高的同步性，這其中骨干網(wǎng)交換機(jī)主要是針對地鐵軌旁 LTE 基站和核心網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和處理的。該骨干網(wǎng)交換機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的過程中，想要實(shí)現(xiàn)信號傳輸在時(shí)間上的同步性，需要采用 1588V2 協(xié)議，更好地支撐 LTE 基站時(shí)間需求。再者，地鐵信號系統(tǒng)中針對LTE無線信號的發(fā)送和接收情況。想要全面有效保障 LTE系統(tǒng)的總體服務(wù)質(zhì)量，需要從LTE基站的覆蓋距離、發(fā)射功率、無線頻段以及 UE 接收靈敏度等方面的參數(shù)設(shè)計(jì)情況出發(fā)，采用科學(xué)合理的方式，針對基站的總體布置距離進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選擇合適的傳輸介質(zhì)（如漏纜、波導(dǎo)管、無線天線等）及其布置形式。

三、結(jié)束語

當(dāng)前，LTE 技術(shù)在地鐵通信信號中的應(yīng)用效果比較可靠，具有較高的應(yīng)用性能和抗干擾性，能夠良好應(yīng)用在多種移動(dòng)環(huán)境中，并保證無線信號實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全的傳輸，其傳輸成功率較高，相較于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)，具有明顯的積極作用。

（作者單位：深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部）