LTE技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

劉勇

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)對(duì)保證列車(chē)正常運(yùn)行、提高列車(chē)運(yùn)行效率具有重要意義。WLAN技術(shù)易受同頻段其他設(shè)備干擾，不支持高速移動(dòng)，城市軌道交通兩側(cè)無(wú)線(xiàn)設(shè)備較多，本文分析了我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)通信的現(xiàn)狀，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，以期進(jìn)一步提高LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：LTE技術(shù);城市軌道交通;信號(hào)系統(tǒng)

1、引言

LTE 技術(shù)是建立在3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新發(fā)展演變而來(lái)，也被大多數(shù)人認(rèn)為是4G 技術(shù)，但是LTE 技術(shù)實(shí)際上屬于3.9G 的范圍。LTE 技術(shù)是實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)化的基礎(chǔ)，在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，主要是由地面相應(yīng)的信號(hào)設(shè)備對(duì)行駛的列車(chē)進(jìn)行移動(dòng)的命令授權(quán)行為，列車(chē)通過(guò)車(chē)載的信號(hào)接收設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)命令的執(zhí)行操作，在這一過(guò)程中，交通信號(hào)的傳輸過(guò)程一般需要依靠LTE 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)通信的現(xiàn)狀

2.1容易受到其他同頻段設(shè)備的干擾

從我國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，大多數(shù)信號(hào)系統(tǒng)采用基于通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)（CBTC）。CBTC系統(tǒng)主要由安全設(shè)備、對(duì)象控制器和訪(fǎng)問(wèn)輔助設(shè)備組成。這些設(shè)備可以連接到外部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)控制。CBTC信號(hào)系統(tǒng)具有列車(chē)間隔短、軌道運(yùn)輸能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些不足。一個(gè)明顯的問(wèn)題是城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)非常容易受到其他類(lèi)似頻率設(shè)備的干擾，從而影響正常信號(hào)傳輸。具體原因是2.4GHz列車(chē)目前自由開(kāi)放的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和信號(hào)系統(tǒng)接收頻段。這種開(kāi)放的頻帶將導(dǎo)致同一頻帶內(nèi)的其他設(shè)備優(yōu)先選擇信號(hào)傳輸通道，系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸受阻，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懥熊?chē)的正常運(yùn)行。鑒于這種情況，必須采取額外的對(duì)策，以進(jìn)一步減少外部因素對(duì)鐵路信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽４送猓嚓P(guān)研究人員開(kāi)展了大量研究活動(dòng)，旨在設(shè)置城市交通信號(hào)系統(tǒng)中不易受干擾的信號(hào)。

2.2不支持高速移動(dòng)

通過(guò)對(duì)各個(gè)地區(qū)城市交通信號(hào)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，有大部分地區(qū)在對(duì)城市交通規(guī)劃時(shí)都將列車(chē)的運(yùn)行速度定位到120km/h，針對(duì)120km/h 甚至更高的列車(chē)運(yùn)行速度，會(huì)對(duì)城市交通信號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸帶來(lái)巨大的壓力。從當(dāng)前的WLAN 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定來(lái)看，最早是被定位在室內(nèi)場(chǎng)景之間的無(wú)線(xiàn)寬帶傳輸，對(duì)于運(yùn)行速度較高的移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)， 還沒(méi)有相應(yīng)的信號(hào)傳輸優(yōu)化設(shè)備能夠支撐移動(dòng)設(shè)備的快速運(yùn)行，過(guò)高的移動(dòng)速度會(huì)在很大程度上增加信號(hào)傳輸誤碼率，進(jìn)而對(duì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳輸造成影響。

2.3城市交通軌道兩側(cè)的無(wú)線(xiàn)設(shè)備較多

列車(chē)實(shí)際運(yùn)行速度越快，WLAN技術(shù)設(shè)備在信號(hào)傳輸過(guò)程中的可靠距離越短。例如，當(dāng)列車(chē)速度為80km/h時(shí)，WLAN設(shè)備設(shè)置的兩個(gè)AP點(diǎn)之間的距離必須調(diào)節(jié)在200m以?xún)?nèi)。如果線(xiàn)路長(zhǎng)達(dá)30公里，則必須設(shè)置至少300個(gè)AP設(shè)備。在城市道路兩側(cè)部署的信號(hào)設(shè)備越多，需要的資本和成本投資越多，城市信號(hào)系統(tǒng)的潛在安全問(wèn)題就越大。如果線(xiàn)路兩側(cè)的無(wú)線(xiàn)設(shè)備都出現(xiàn)故障，技術(shù)人員往往無(wú)法及時(shí)趕到故障現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)線(xiàn)設(shè)備的搶修和日常維護(hù)相對(duì)困難。

3、LTE 技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值

3.1LTE 技術(shù)概述

LTE技術(shù)是基于3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)不斷創(chuàng)新和改進(jìn)而發(fā)展起來(lái)的。LTE技術(shù)是3GPP組織定義的無(wú)線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)。基于LTE技術(shù)的移動(dòng)通信旨在實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)傳輸速率。同時(shí)，它可以支持多種多媒體廣播的多播服務(wù)和基于包優(yōu)化的無(wú)線(xiàn)接入體系結(jié)構(gòu)。此外，LTE技術(shù)包括最先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)、靈活的頻率解決方案和非常靈活的上下行資源定位，因此具有非常廣泛的應(yīng)用。除其他外，日本利用LTE技術(shù)中頻率解決方案的靈活性，將TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)頻譜設(shè)置為2.545-2.575GHz，國(guó)內(nèi)使用的則是2.57-2.62GHz 等等。LTE技術(shù)在中國(guó)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅大大提高了列車(chē)運(yùn)行的安全性，而且實(shí)現(xiàn)了列車(chē)的自動(dòng)運(yùn)行，對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。

3.2LTE 技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3GPP針對(duì)LTE技術(shù)的性能要求指標(biāo)主要是：城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)在20MHz 頻譜的帶寬條件下需要提供100Mb/s 的下行以及50Mb/s 的上行峰值速率。LTE 技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中具有多種優(yōu)勢(shì)，具體總結(jié)為以下幾點(diǎn)：（1）扁平化的網(wǎng)絡(luò)。LTE 技術(shù)網(wǎng)絡(luò)采用的是BBU 和RRU 以及EPC 兩層扁平的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架模式，這一類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架往往需要的網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)會(huì)很少，時(shí)延小，可以進(jìn)一步滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延、低復(fù)雜度以及低成本的實(shí)際需求;（2）LTE 技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)傳輸系統(tǒng)中具有非常高的傳輸帶寬，并且支持成對(duì)以及非成對(duì)的頻段;（3）LTE 技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用表現(xiàn)出了較強(qiáng)的移動(dòng)接入性能，可以通過(guò)對(duì)頻率的自動(dòng)校準(zhǔn)來(lái)進(jìn)一步保證無(wú)線(xiàn)鏈路的質(zhì)量。

4、LTE 技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

4.1LTE 信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用

科技的不斷發(fā)展也在不斷完善和優(yōu)化LTE技術(shù)。LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用也對(duì)城市軌道交通的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。例如，2013年底，鄭州地鐵1號(hào)線(xiàn)開(kāi)通，PIS系統(tǒng)是LTE技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通信中的首次應(yīng)用。其次，LTE技術(shù)在深圳、溫州和杭州的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中中標(biāo)。LTE技術(shù)信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用尤其包括列車(chē)安全系統(tǒng)，這對(duì)無(wú)線(xiàn)通信的穩(wěn)定性、可靠性和安全性提出了很高的要求。在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的信令過(guò)程中，LTE技術(shù)要求非常低的帶寬，并且具有較高的效率和可靠性。由于城市軌道交通系統(tǒng)和城市軌道交通系統(tǒng)之間存在一些差異，因此有必要根據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)膶?shí)際傳輸特性在實(shí)際LTE技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中執(zhí)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)試。

4.2LTE 技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用測(cè)試

LTE技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用測(cè)試主要是從2014 年北京市交通委、北京市軌道交通建管公司、北京市軌道交通路網(wǎng)指揮中心以及北京市地鐵運(yùn)營(yíng)公司等多家公司和部門(mén)的共同支持下進(jìn)行，通過(guò)聯(lián)合無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信廠(chǎng)商以及通信廠(chǎng)商對(duì)LTE技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用信息進(jìn)行了整合和測(cè)試工作。其中CBTC 業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)包的具體大小為400bytes，實(shí)際的發(fā)送周期是100ms;信道仿真器主要采用的是ETU 信道模型，同時(shí)按照漏纜信道衰落的特點(diǎn)設(shè)置信道仿真器鏈路衰耗，將傳輸頻寬控制在5MHz和15MHz。利用這個(gè)測(cè)試平臺(tái)，可以對(duì)LTE 傳輸時(shí)延、丟包性能以及切換傳輸性能等關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。參加LTE技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中應(yīng)用測(cè)試的信號(hào)廠(chǎng)家有很多， 比如：華為、中興、普天、54 所等通信廠(chǎng)商以及卡斯柯、交控科技、富欣智控、全路通等信號(hào)廠(chǎng)家。

5、總結(jié)

總之，LTE技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用測(cè)試和LTE技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的使用，可以通過(guò)使用LTE信號(hào)系統(tǒng)的深入研究來(lái)進(jìn)一步完善。作為當(dāng)前移動(dòng)通信發(fā)展中最現(xiàn)代化的技術(shù)，我們只有不斷創(chuàng)新和優(yōu)化LTE技術(shù)，才能為城市軌道交通的發(fā)展提供更好的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

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