LTE-M在城市軌道交通中的運用

鄧杰

摘要：軌道交通的發展方便了人們出行，而車地的通信問題也需要穩步提升。從有線車地通信到現在的無線通信，車地通信質量越來越好。其中LTE-M技術發揮了很重要的作用。本文從軌道交通的無線通信情況為基礎，分析LTE-M技術在軌道交通的應用，同時為更好的使用LTE-M技術提供參考，進一步促進城市的社會經濟交流。

關鍵詞：無線通信;LTE-M技術;通信質量

傳統的基于窄帶的Tetra技術在城市軌道交通中呈現出服務單一、功能簡單的特性。但是現有的寬帶技術不但能夠帶來傳統的語音集群技術，還可以提供視頻業務和多媒體業務。同時，可為信號CBTC業務提供寬帶傳輸通道，滿足信號車地無線通信的要求。

一、LTE-M技術發展的背景

在LTE-M技術發展之前，WLAN 技術作為比較成熟的無線通訊技術，就已經在軌道交通領域中進行初步應用，但是WLAN技術的大量使用也造成了通信頻段的疊加，導致通信質量的下降，嚴重的可能引發軌道交通系統網絡的安全問題。此外，WLAN技術頻段使用2.4GHz的工作設備以及工作頻段，基本上為公開頻段，通信的穩定和質量不能得到保證。當前智慧城市的建設設立了大量的4G工作基站和5G 工作基站，使得原本紛亂的電磁工作環境變得更加復雜多變，通信終端的大面積增加對軌道交通的通信系統的干擾也大幅度增加。

為了讓軌道交通通信質量得到保證，城市軌道交通的工作頻段從原先的頻段更改為1785—1805 MHz頻段。該無線通信系統可以在LTE上運行。充分利用專用頻段，建設創新型城市軌道交通地面無線通信系統，通過城市軌道交通協會技術設備委員會的合作，制定了軌道交通行業標準。預計LTE-M系列技術標準統一，開展城市軌道交通地面無線通信系統的標準化生產，解決不同信道間的接口問題;使不同線路的有線通信系統相互通信。LTE-M系列的規范包括不同的類型：系統需求、架構和功能規范、接口規范、系統組件、測試規范和技術規范。

二、LTE-M 技術在城市軌道交通中的架構

LTE-M技術架構的引入，做到了不同地區之間信息的即時交換，進而實現了城市軌道交通行業中常規用戶和移動用戶之間的溝通和連接，并為其提供了安全便捷的通訊方式，落實了控制部門和管理人員，維護人員之間的無縫縫銜接。無線通信系統為列車和地面提供有線列車服務。列車有線換乘信息主要包括沿線語言集群（中央分配器與司機、移動用戶之間的通信）、數據（信號控制信息、售票系統交易等數據信息、車輛狀態、應急信息等）、視頻（車載視頻）的傳輸，其中自動駕駛系統是保障道路安全、增強運輸效率以及監管水平，增強服務水平的重要方式。

2.1 EPC、核心交換機、調度服務器、網管服務器、二次開發服務器、錄音服務器等將位于控制中心，EPC通過傳輸網絡正線設備機房中使用的基站（BBU）建立IP連接，實現LTE-S1接口和網絡管理可以實時監控整個網絡的運行狀態。

2.2在正線設備信號室和車輛段布置無線基站。借助傳輸系統所專有的設施，BBU實現了PC以及BBU之間IP信息通道的連接，同時還借助光纖技術，還與沿線的RRU相連接。BBU借助全球導航衛星系統（GPS）來當作自身的同步手段，時鐘服務器作為備份同步方案。

2.3軌旁布置射頻單元RRU和定向天線覆蓋軌道，定向天線覆蓋車輛段和停車場。

2.4在列車前部和后部分別設置1個車載TAU，用于列車語音調度和車地無線網絡的數據信息接入。系統速率規劃方案采用5MHz帶寬的雙網同頻網絡承載寬帶集群業務、信號業務信息、PIS應急文本、車載視頻監控圖像上傳等。系統的無線覆蓋指標為：列車車頂天線增益處的最小參考信號接收功率不小于-95 DBM，信號干擾噪聲比不小于3 dB。采用適合現場的各種無線覆蓋方式。

三、LTE-M 技術的特點及優勢

3.1傳輸速率高且抗干擾能力強

LTE-M是為適應物聯網而提出的一種技術。它源于TD-LTE技術，適用于高速移動環境。采用專用頻段及相關抗干擾技術，避免了公共開發模式的頻段干擾和系統內部干擾。

3.2覆蓋范圍廣，穩定性及兼容性強

LTE-M的覆蓋范圍可以達到傳統WiFi的3倍，并且該技術可以與軌道交通中應用的現有技術如MIMO、OFDM等兼容，同時由于其起源于現有成熟的通信傳輸技術，具有很強的穩定性。

3.3簡化網絡結構，易維護

與傳統傳輸網絡相比，LTE-M具有更大的覆蓋范圍，相應的無線設備需求減少，設備的維護方式也得到了大幅度的降低，進而系統的維護成本也得到了顯著的減少。

四、LTE-M 技術在城市軌道交通中的實際應用案例

作為我國通信產業的引領者，華為借助增強自主創新能力，積極參加TD-LTE和演進版TD-LTE+的標準化工作以及TD-LTE產品的研發，進而合格的做到了POC測試，在工業和信息化部組織的TD-LTE概念驗證和物聯網的同時，積極參與中國移動組織的“6+1”城市規模試驗工作，承包建設TD-LTE規模試驗網，為LTE-M的研究積累了足夠的技術和經驗。

例如現階段的莆田市LTE-M軌道交通系統，將現代軌道交通通信工作作為自身的工作準則，以此來追求交通系統運行過程中監管以及控制系統的安全性以及可靠性，科學地落實了城市軌道交通系統通信工作的有機統一。面對現代城市軌道交通運營中高速車輛運營、實時視頻監控和寬帶車輛服務的趨勢和挑戰，本系統提供了一種全新的寬帶無線信道，即建立一套網絡，提供專業的數據傳輸，同時提供視頻傳輸和寬帶集群服務。

此LTE-M無線網絡系統解決方案已應用于青島地鐵13號線智能控制系統、甘肅天水有軌電車智能控制系統、廣州黃埔有軌電車1號線智能控制系統。廣州市黃浦區有軌電車1號線（長嶺居蘿崗）起于香雪站，止于永和新豐站。全線約14.34km，路基段長度約12.05km，橋梁段長度約1.51km，框架及U型槽長度約0.78km，平均站間距約0.75km，最大站間距約1.18，最小站間距0.37km（香雪站至凱洛大道站）。

五、總結

城市軌道交通建設越來越密集。作為軌道交通運營的核心，車地通信技術的應用越來越受到重視。本文主要探討了LTE-M車地無線通信技術在城市軌道交通中的應用，重點分析了LTE-M車地無線通信技術的技術框架和技術優勢，通過在實際工程項目中實施技術解決方案，進一步探討了LTE-M技術在城市軌道交通中的應用。

參考文獻

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