LTE系統在地鐵專網中的應用與發展

張朝

摘要：城市軌道交通無線通信業務有如下3種需求：對車廂進行實時監控，從而提高列車運行過程中的安全性;通過車載PIS業務和車內寬帶接入業務提升乘客的出行體驗;通過承載列車列控信息，對列車的運行狀況進行實時監控。基于LTE（LongTermEvolution）無線通信的集語音、視頻和數據為一體的寬帶數字集群技術可以滿足高寬帶、高可靠性業務需求。

關鍵詞：LTE系統;地鐵專網;應用與發展

地鐵通信是保證城市軌道交通行車組織和安全的重要手段，主要完成調度員與列車司機之間溝通、行車指令下達、監視列車運行、客流情況分析及票務數據分析等。地鐵通信主要是傳送語音業務、數據業務及視頻業務，早期都是通過2M通道和以太網通道進行傳輸，需要的帶寬小。近年來，由于視頻信號由原來的模擬信號發展成現在的高清數字信號、模擬語音發展成現在的數字視頻通話等，因此需要的帶寬越來越大，對穩定性的需求也越來越高。隨著4G網絡技術的不斷成熟，LTE系統慢慢進入了地鐵通信行業。

1傳統車地無線與LTE技術對比

基于WLAN的傳統車地無線具有如下幾種問題。（1）信號覆蓋距離短、信號穩定性差，特別是高速場景下的業務可靠性差。（2）列車在AP之間頻繁切換造成的頻繁漫游，容易造成實時視頻流的中斷和產生馬賽克。（3）網絡安全問題。使用公共的WLAN頻段，容易受到公共頻道干擾，存在一定的網絡安全甚至是行車安全隱患。（4）產生管理問題。線路多、隧道區間長導致AP設備多，設備管理和維護難度增大。軌道交通車地無線業務需求場景中：CBTC為上下行低速數據業務，業務需求需要提供雙向、連續、高可靠的車地無線傳輸通信;乘客PIS業務則以下行數據為主，向乘客提供各類信息節目播放;車載CCTV業務則以上行數據傳輸為主，將列車實時監控圖像上傳到控制中心供調度指揮人員查看。通過業務場景的分析可知，需要為車地之間的數據、圖像、視頻等多種業務提供實時性和高可靠性的無線傳輸通道。LTE（LongTermEvolution）是由3GPP組織制定的UMTS（通用移動通信系統）技術標準的長期演進。由于引入了OFDM（正交頻分復用）和MIMO（多輸入多輸出）等關鍵通信技術，大大增加了數據的傳輸速率和頻譜效率。在20MHz頻譜帶寬下能提供下行100Mb/s、上行50Mb/s的峰值速率，國內軌道交通行業可供劃分使用的LTE頻段為1.785～1.805GHz。

2軌道交通無線調度系統組網解決方案

地鐵調度系統主要完成在線列車運行控制、車次號的自動識別與追蹤、事件與報警管理等功能，可以實現調度員對列車司機、運營、維護、治安值班等工作人員的高效及時的調度控制及授權人員之間的互相通話，是地鐵提高運營效率、確保行車安全以及應對突發事件的必要手段。TD-LTE的數據傳輸能力優勢主要能支持以下幾個功能：1.現場視頻監控。利用固定臺、車載臺的攝像頭，調度臺可以對車站值班室、列車駕駛室進行實時的現場監控;利用手持臺，也可以直接進行視頻回傳。2.現場應急指揮調度。在傳統語音指揮調度的基礎上，支持應急現場接入設備。3.IP數據雙向傳輸。系統提供了IP數據雙向傳輸能力，全IP式的系統架構，可以承載其他的各種應用，功能擴展性強。本系統可以給旅客信息系統PIS提供無線傳輸通道，帶寬完全可以滿足PIS系統的需要。甚至CBTC系統也可以借助本系統的數據傳輸通道進行穩定傳輸。系統根據承載的應用類型提供不同優先級的業務保證，確保高優先級應用的服務質量。

3地鐵信號系統中LTE技術的應用

3.1基站覆蓋子系統

LTE基站覆蓋子系統其中主要是包含了無線系統、車站交換機以及LTE基站等方面內容。首先，LTE基站設備中同樣采用了A和B雙網形式的冗余設計方式，工作過程中需要采用1785～1805mHz中的兩個5m頻段。一般情況下，A和B網基站組網已經呈現出了完全獨立的狀態，在實際供電和開展光纜通路工作的過程中保持著較高的獨立性，將單點故障所引起的信號盡可能地控制。同時A和B網基站在采用布點覆蓋方式的時候，需要和天饋系統保持著一致性，并且需要注意到A和B網基站本身在信號強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，能良好提升信號覆蓋時的充分性和可靠性，為強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骨干網交換機設置在地鐵線路設備的集中站內，促進各項數據通信在時間上都保持著較高的同步性，這其中骨干網交換機主要是針對地鐵軌旁LTE基站和核心網的相關數據進行控制和處理的。

3.2中心控制子系統的應用

LTE技術系統運行過程中，其核心網EPC設備，這是各項業務實際開展的進口和出口。將LTE技術投入到地鐵信號系統中，開展通信網絡工作，需要同時采用兩套EPC系統設備發揮良好的運行作用，從而為兩方面的LTE網絡提供數據傳輸通道，需要注意到的是，其中的數據傳輸通道是不同的，因而信息傳輸過程中能夠有效傳輸不同情況的信息和數據。LTE網管系統能夠針對LTE的A和B雙網關鍵設備進行統一性的負責，主要是針對LTE基站、LTE核心網以及LTE車載終端等設備進行全面細致的管理和配置，同時強化整體的維護工作。在SNMP協議的作用下，LTE網管系統還能有效開展狀態監控和管理功能，這主要是針對其他方面設備進行的，通常是時鐘服務器進行的，并且能夠向外部網管系統提供系統性和綜合性的信息和數據。在當前地鐵運行系統之中，按照一條地鐵線路設置兩臺時鐘服務器的標準開展各項布置工作，保證地鐵信號系統能夠擁有充分的信號支撐。布置時鐘服務器的時候，主要是采用1588V2的網絡同步方式，這是一種精確時間協議PTP，能夠保證LTE技術系統中的A和B網基站都將具備同步的微秒級時鐘效果，按照每臺時鐘的服務器之中都能夠采用獨立的GPS輸入方式，從而整體的地鐵信號系統時鐘都具有著同樣的標準，減少信號延遲的情況出現。

4結語

LTE系統具有頻帶寬、成本低及承載業務多等優點。當地鐵列車實現無人駕駛時，需滿足大量的列車視頻上傳、列車狀態信息上傳及自動控制信號的穩定傳輸等需求，LTE系統是最好的選擇。目前，該系統在地鐵上的應用還處于摸索階段，需根據地鐵現場需求進行改進，以實現更多的功能。

參考文獻：

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（作者單位：成都地鐵運營有限公司）