LTE技術在城市軌道交通信號系統中的應用

李堅,周澤

摘 要：城市軌道交通有著大容量、高密度的客運要求，因此其交通信號系統的要求也十分嚴格。LTE技術具備了高速率、低時延、抗干擾、高移動性能等優勢，不僅能夠有效滿足城市軌道交通信號系統的需要，還能夠維持軌道交通信號的高速正常運行。本文基于LTE技術的概念及特點，就其在城市軌道交通信號系統中的具體應用展開探討。

關鍵詞：城市軌道交通;信號系統;LTE技術

城市軌道交通信號系統主要由地面控制中心和車載信號系統共同構成，通過動態化的指揮軌道列車，進而推動列車運行自動化，提升其安全性和運營效率。信號系統的控制模式主要是通過控制中心，對運行中的列車發出指令，而車載系統接收指令并執行。將LTE技術應用于信號系統中，能夠保障控制中心及時準確的傳輸指令，讓車載系統及時接收，進而實現高效可靠的車地無線通信。

1 城市軌道交通CBTC系統運行狀況

在CBTC系統的實際運行過程中，其主要是利用2.4 GHz的無線局域網WLAN技術，雖然該項技術能夠在一定程度上滿足軌道交通的通信需求，但是不可避免的會出現抗干擾性差、設備數量過多、移動性能差等問題。當前，2.4 GHz屬于免費開放頻段，大部分的乘客在使用同頻段設備的時候十分容易對車地通信造成嚴重干擾，進而使得信號質量嚴重受損，甚至會中斷信號的傳輸過程，使得列車無法順利正常的行駛[1]。基于此，我們必須要依據CBTC系統的現實運行狀況，充分探討其中存在的問題和原因，并制定針對性的改善措施，確保該系統的各方面性能有所優化，使得系統能夠達到穩定的運行狀態。如信號傳播途徑優化和基礎信號控制等措施。與此同時，CBTC系統也具備了一定的優點，如運輸能力強、間隔時間較短等等。

2 LTE技術概述

LTE技術可以理解為信號系統建立高效運行速率及低時延特性的無線傳輸通道所應用的移動通信標準，其能夠在合理的范圍內實現信號系統的多種功能運行。通常情況下，LTE技術采用了扁平化的網絡結構，其不僅能夠全權負責移動信息指令的發送和接收，還能夠提升信號交互速率，確保其在穩定的環境中高效運行。與此同時，LTE技術的核心網主要是由服務網關和移動管理兩個部分組成的，需要兩個部分互相作用，才能夠實現城市軌道的安全運行。就目前實際應用情況來看，LTE技術在原有的基礎上逐步引入了更多先進技術內容，能夠實現對終端高速移動機網絡扁平化運行的支持，應用價值較高。

3 城市軌道交通CBTC系統無線通信現狀

3.1 干擾大

如上述所說，2.4 GHz是免費使用的開放頻段，并且市面上使用相同頻段的設備很多，當乘客攜帶了這些設備，就很容易對車地通信造成不同程度的干擾和負面影響，使得信號傳輸質量受損，不能夠正確的解析分辨，甚至信號傳輸中斷造成列車緊急制動。

3.2 移動性能差

依據當前各個城市的軌道交通發展規劃情況來看，列車運行的最高速度可以達到120 km/h甚至更高。但是WLAN的定位就是覆蓋機場、賓館、辦公室等場所，并且主要是面向步行速度的慢速移動，所以在多普勒效應的影響之下，信號誤碼率容易增大，并不能夠滿足現實情況下的車地信息交互需求。

3.3 設備數量多

WALN的單個設備覆蓋最多200 m，因此在一條長為10 km的線路上就會布置一百多個AP。國內各個城市交通軌道路線上，軌旁設備眾多，在使用過程中難免會發生或多或少的故障。再加上城市軌道交通的特殊性，如果維修人員不能夠在第一時間到達故障地點，展開搶修工作，則會影響到列車的順利運行。

4 LTE技術的優勢

4.1 抗干擾能力強

LTE技術在實際的傳輸過程中，所呈現出來的抗干擾能力十分強。原因是LTE技術被應用于城市軌道交通信號系統中，其在整個動態化的運行期間，涉及到的每一組信息都會對應一個信號。換句話說，系統所對應的消息有確定的消息集。這樣就能夠有效的規避傳統無線通信技術在使用中存在的諸多弊端。與此同時，針對外界因素帶來的干擾和影響，LTE技術也可以充分發揮自身的丟包重傳功能，以此達到降低干擾的目的[2]。

4.2 靈活性程度高

針對不同類型的產品，LTE技術都能夠保障其安全正常的使用。例如，將LTE技術應用于軌道交通信號系統中，能夠支持不同頻段進行組網處理，也能夠支持不同地區、不同時差，實現同步協議。LTE技術憑借獨特的靈活優勢，目前被廣泛應用于復雜的環境之中。

4.3 維護成本低

LTE技術在傳輸介質的選擇方面，其主要是采用了漏泄同軸電纜，和傳統的無線通信技術不一樣，LTE技術應用于軌道交通信號系統中，能夠顯著降低軌道旁邊設備的數量。與此同時，LTE技術還能夠利用扁平式的網絡架構組成無線網絡體系，由此也能進一步減少元件設備的應用，不僅方便維修人員及時準確的進行保養維護，還能夠避免出現負面損害。

4.4 高速移動性

LTE技術主要結合了多普勒頻偏糾正技術，能夠有效的解決列車在高速移動下，無線信號所出現的一系列不穩定問題。與此同時，結合現實情況來看，LTE技術目前最高可以支持350 km/h的移動速度。

5 LTE技術在城市軌道交通信號系統中的應用

將LTE技術應用于城市軌道交通信號系統中，其主要可以從三個層面展開分析：核心層、接入層、終端層。

其中，就核心層來說，LTE技術能夠為軌道交通信號系統提供良好的數據傳輸功能，憑借靈活性的優勢，進一步加強信號系統和核心層數據之間的雙向傳輸，由此不僅能夠暢通信號傳輸渠道，還能夠安全可靠的進行。LTE技術還可以利用自身的維護管理功能，對信號傳輸過程展開動態化的管理，及時修復錯誤，避免出現傳輸失誤的情況。

在接入層方面，LTE技術的應能能夠有效實現列車和控制中心之間的連接，推動列車安全高效運行。在實際的操作過程中，LTE技術發揮其抗干擾能力，不斷提升信息傳輸的安全性，同時還能夠降低信息傳輸質量不高的問題，有效的解決傳輸效率低的情況。

在終端層方面，可以將其看做成核心層和接入層的匯總體現，通過信號發出對列車進行指示，促使列車能夠按照相關要求操作運行。終端層將所有的數據匯總起來并保存，同時對地面控制中心產生的數據進行交換，使得數據的安全性得到大幅度提升。核心網設備可以被布置在線路控制中心中，由此使得列車和信號系統之間互聯互通，使得無線通信業務的安全性得到不斷提高，信息傳遞的暢通性得到提升。除此之外，LTE技術的應用還能夠實現信號系統和控制中心之間的直接連接，確保信號系統能夠在第一時間獲得實時信息，并向控制中心反饋列車當前的運行情況。如果發現運行過程中某個節點出現異常，則能夠借助裝置系統定位信息來源的位置，讓工作人員及時采取針對性的處置措施[3]。

6 結語

LTE技術和傳統的無線通信技術相比，其具備了獨特的優勢。將LTE技術應用于城市軌道交通信號系統中，能夠大大提升列車信號的傳輸效率，保障列車安全運行。相關人員應加強對LTE技術的探索和應用，不斷優化系統，以此擴大其應用范圍，為城市軌道交通信號系統帶來更多便捷。

參考文獻：

[1]劉凈，陳燕.LTE技術在城市軌道交通信號系統中的應用探討[J].科技資訊，2020（22）：20-22.

[2]何爛君.淺談LTE技術在城市軌道交通信號系統車―地無線通信中的應用[J].科學與信息化，2019（21）：153+155.

[3]韓臻，楊智.城市軌道交通TD-LTE綜合承載業務探討[J].鐵路通信信號工程技術，2019，16（3）：51-54.