地鐵TD—LTE覆蓋方案研究

摘要：和WLAN技術相比，TD-LTE技術由于具備了一系列明顯的優勢，開始逐漸在地鐵中獲得應用。文章結合在地鐵行業中TD-LTE的應用經驗，在分析了TD-LTE技術的相關理論的基礎上，分別從TD-LTE技術的覆蓋方案設計、切換技術、抗干擾技術等方面對地鐵中TD-LTE技術的具體覆蓋方案進行了分析。

關鍵詞：地鐵行業；TA-LTE技術；覆蓋方案；切換技術；抗干擾技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN929 文章編號：1009-2374（2016）21-0099-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.048

1 概述

當前，我國城市化進程不斷加快，大量的人口開始融入城市，私家車輛的數量也開始大量增加，從而使得城市交通面臨著巨大的壓力，因此，為了有效地解決這種問題，就需要在城市中發展大容量、準點、快捷的城市軌道交通系統，而地鐵就是目前建設很廣泛的交通方式。在當前的地鐵中，地鐵覆蓋存在的接入系統較多，而且覆蓋的要求也較高，同時還面臨著設備安裝空間有限的問題，因此，時延小、可靠度高的無線通信技術就顯得非常有必要，而TD-LTE技術便是非常好的一個選擇。TD-LTE是TDD（時分復用）版本的LTE技術，也是我國擁有核心自主知識產權的4G國際通信標準技術，是一種專門為移動寬帶應用而設計的無線通信標準。

2 TD-LTE技術的相關理論

2.1 LTE技術的涵義

LTE是基于正交頻分復用多址接入（OFDMA）技術，依據由3GPP組織制定的全球通用標準。LTE在最初的設計時就考慮了高吞吐率的需求，是目前一種比較先進的無線通用技術。LTE的帶寬速率是比較大的，和以往的技術相比，上下行的速率都有了明顯的提升。而且在結構上來說，由于扁平化結構是其主要的結構，也能夠使得用戶的時延得到了很大的降低。此外，正交頻分復用、多輸入多輸出以及混合反饋重發等先進技術的采用，也使得其在數據速率的提升方面有著很大的優勢。除此之外，TD-LTE技術的安全性也是值得一提的，在其中應用了比較先進的抗干擾技術以及其他的安全機制，能夠保證數據可以更加安全穩定地傳輸。

2.2 TD-LTE技術的特征

近些年來，移動通信技術獲得了長足的發展，并且呈現出了移動化、寬帶化以及IP化的發展方向，也相應地使得移動通信市場面臨著更加激烈的市場競爭環境。在這種情況下，LTE由于其具有的一系列優勢，開始成為眾多相關組織、機構、廠商等的演進技術，從而使得其在很多的應用場合中獲得了廣泛的應用，同時也使得這些應用領域還在不斷被擴展著。

2.3 TD-LTE技術的可行性分析

近些年以來，無線通信技術獲得了非?？焖俚陌l展，不過其最終的方向都是指向了LTE技術。通過在地鐵中應用LTE技術，能夠有效地減少等待時間和提升數據的傳輸速率，同時也有效地改善了系統的容量和覆蓋，降低了運營成本，而這些都是地鐵在運營中重點關注的問題，因此，正是由于這些優勢使得其在地鐵中具有很好的可行性。

3 地鐵中TD-LTE與WLAN技術相比的優勢

目前，很多已建的城市地鐵中，WLAN技術都是應用的主要技術，但是該種技術雖然應用簡便，但是不足之處也是比較多的，比如，WLAN技術存在著較多的干擾源、安全性比較差、覆蓋范圍比較小、帶寬低等，面對著當前地鐵系統中不斷增長的業務需求，WLAN技術顯然已經顯得力不從心而急需一套穩定的傳輸系統用于車地之間的數據傳輸，在這種情況下，TD-LTE技術就開始進入到了人們的視野中，并發揮出了其重要的作用：

第一，和WLAN技術相比，其在高速移動性能方面表現得更加突出，理論上500km/h移動速度以下都能夠有效適應，這完全可以滿足地鐵列車的移動特性。

第二，專用運行頻段也是TD-LTE的突出特征，也即是說，該種技術幾乎不存在著干擾的問題，這點也是WLAN技術所無法企及的。

第三，我國很多城市都在嘗試建設城際快軌、地鐵，有部分列車的速度甚至超過了120km/h。而筆者根據目前車地無線系統只能適用于120km/h以下的移動速度，尤其對于CBTC系統中的無線通信，如果列車的速度超過了120km/h，發生誤碼率的情況就會急劇增加，從而很難滿足CBTC系統的傳輸需要。而面對著這種情況，TD-LTE技術的應用很好地滿足了地鐵的這種需求。

第四，對于LTE技術來說，其還制定和完善了QoS體系（服務質量體系），其能夠根據系統中不同的業務來定義不同的QoS保障策略，同時針對不同的業務進行區分，定義不同的QoS保障策略。

第五，LTE能很好地支持移動狀態下上行視頻圖像的上傳。

4 地鐵中TD-LTE技術的具體覆蓋方案

4.1 LTE的覆蓋方案設計

在當前很多地鐵中，需要在覆蓋方案中接入的系統非常多，而且對覆蓋的要求也比較高。再加上地下空間小、設備安裝空間有限，因此本文主要探討了采用多頻分合路器（POI）對各系統信號進行合路后通過同一套天饋進行覆蓋。而在具體的設計中，站廳和站臺采用柜式POI，而隧道區間采用壁掛式POI。

4.1.1 站廳和站臺的區域覆蓋。在車站的站廳和站臺區域采用帶寬全頻段吸頂進行覆蓋，其中上行和下行分開，間距大約為1.25米，垂直走廊布放。對室內天線的出口功率進行合理控制，做到小信號均勻覆蓋。相應的覆蓋原理圖主要如下圖1所示：

4.1.2 隧道區間的覆蓋。在地鐵列車的運行中，大多數的時間都是在隧道中，而在該區域的TD-LTE技術覆蓋，主要采用漏泄同軸電纜來實現該區域的信號覆蓋，其中上、下行各一根。同時根據相應的漏纜鏈路損耗以及切換分析，為了保證足夠的切換區域，建議LTE信源的距離應該在500米以內。相應的，地鐵隧道區域的覆蓋原理圖如圖2所示：

4.2 TD-LTE的切換技術

在地鐵中應用TD-LTE，主要需要考慮到在地鐵出入口、站廳站臺、隧道內以及隧道口與地面四個方面的

切換。

4.2.1 地鐵在出口與入口之間的切換，當乘客需要出入站廳時，就會產生地上與地下的切換問題，很容易由于電扶梯的日益衰落、人群對信號的衰落等各種原因帶來了信號重疊區不能夠滿足相關要求的現象。針對該種問題，就可以考慮在出入口布設天線，使得交疊區能夠在出入口通道的附近。而針對于LTE技術來說，可以將邊緣場強的數值控制在-105dBm之上，這樣就可以有效實現信號的平滑切換。

4.2.2 站廳與站臺間的切換。一般情況下，站廳是單獨作為一個區域，與站臺之間也存在著切換問題，根據地鐵空間的實際情況，可以在站廳、站臺電梯附近分別布設天線，LTE切換時延取值為500ms，如果自動扶梯取值為0.65m/s，則可以要0.5×0.65×2=0.65m以上的信號重疊區，同時仍然還要保證將邊緣場強控制在

-105dBm以上，以使其能夠滿足相應的覆蓋要求。

4.2.3 區間隧道內的切換。當列車運行在區間隧道內，經過兩個不同小區的重疊覆蓋區域之時，對重疊區域的切換規劃，過渡區域A、切換距離B以及保護距離C是需要重點考慮的三個重要因素。在對這三個因素進行重點考慮的基礎上，可以采用RRU同小區技術，基于相應的劃分原則，對站臺與地鐵隧道劃分為相應的小區，在具體的劃分時，應該基于實際情況進行，盡量做到數量、區域大小相協調，以保證LTE的信號能夠在不同的區域中進行平滑的切換。

4.2.4 還應該對地面和隧道口之間的切換進行考慮，在對這一因素進行考慮時，如何能夠保證列車在切換過程中的充足時間問題是需要重點考慮的，可以采用從隧道內向隧道外延伸足夠長度漏纜的方法，這樣就能夠與室外的小區有效形成重疊的覆蓋區，繼而使得通信的可靠、連續性得到有效增加。

4.3 TD-LTE的抗干擾分析

由于在地鐵中存在著各種系統的干擾，因此，對于其中應用的TD-LTE技術也應該對抗干擾引起足夠的重視。而有關的干擾主要有雜散干擾、互調干擾、阻塞干擾三種。

4.3.1 雜散干擾。對于LTE雜散輻射該項指標來說，3GPP以及國際電信聯盟（ITU）都做出了詳細的規定：通常情況下，基站的發射機頻段為9～12.75GHz，當然，發射機本身的工作頻段除外，雜散輻射功率電平上限為-36dBm。而同時按照我國的工業和信息化部CCSA設備指標的規定：雜散輻射功率電平上限為

-65dBm，因此雜散設備指標按照-65dBm進行計算。

4.3.2 互調干擾。根據物理的原理，所有的器件都存在非線性的情況，即當信號經過非線性器件時，會衍生出各階諧波。當產生的次生諧波落在其他系統的頻率范圍內，就會對其他系統產生干擾。

4.3.3 阻塞干擾。對于阻塞干擾來說，在地鐵工程中涉及的機會并不多，這是因為TD-LTE的設備輸出功率比較低，而且通過相關的分析也知道其他干擾落在有用信號內的干擾信號十分微弱，因此阻塞干擾機會不會發生。換句話說，也即是在滿足雜散干擾的情況下，阻塞干擾幾乎是不用考慮的。

5 結語

總之，TD-LTE作為一種先進的無線通信技術，由于具有高可靠性、高帶寬等一系列明顯的優勢，是其他無線通信技術所無法相比的，而通過實踐也證明，將該種技術應用到地鐵中，發現其不僅丟包率低、穩定性強，而且穩定性強，從而有效滿足城市軌道交通的多種業務綜合承載需要，因此在未來城市軌道交通領域中有著非常廣闊的應用前景。

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作者簡介：何昀（1975-），男，浙江諸暨人，浙江眾合科技股份有限公司工程師，研究方向：城市軌道交通工程設計。

（責任編輯：小 燕）