LTE在地鐵乘客信息系統無線傳輸中的應用

文/肖雙杠，合肥城市軌道交通有限公司運營分公司

1 LTE的關鍵技術

1.1 OFDM技術分析

OFDM是LTE系統的核心技術之一，它的技術原理是將網絡數據流的傳輸分散到多個正交的子載波上完成他們的傳輸任務，這種分散傳輸的方式能夠降低子載波的符號速率，從而提高時延抵抗力，最終減弱符號間的干擾的功效。LTE系統在工作中一般會在OF DM符號前加入相應的保護間隔，保護間隔的設置能夠有效的消除L TE系統符號間干擾ISI。

2 LTE技術

LTE(LongTermEvolution)是是第三代移動通信與第四代移動通信技術之間的一個過渡，這種以OFDM／FDMA為核心的技術可以被看作“準4G”技術。LTE按照雙工方式可分為頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)兩種。我國應用最多的是TDD—LTE。

3 系統設計方案

考慮到商用無線DCSl800引入地下帶寬為上行：1710—1725MH z(移動)、1735—1755MHz(聯通)，下行：1805～1820MHz(移動)、18 30～1850Mhz(聯通)，為確保系統不對其他系統造成干擾，建議乘客信息系統車地無線網絡子系統使用頻率為1795—1805MHz。

3.1 系統組成

系統由控制中心、車站、車載和遠端設備四部分組成。控制中心部分為系統提供無線調度控制中心接口、核心網設備及配套網管平臺，設置LTE交換設備；車站部分為LTE基站和配套設備BBU；車載部分由車載設備和天線等構成；在隧道區間內設置遠端設備R UU。通常將BBU放置于車站機房內，完成Uu接口的基帶處理功能(適合空中傳輸的信道編碼、復用、調制和擴頻等)，RRU通過發送和接收射頻信號實現無線覆蓋。RRU通過跳線及合路設備與漏纜連接，BBU通過隧道內敷設的光纜與RRU相連，控制中心的LTE中心交換設備通過地鐵傳輸系統與各車站的BBU相連。乘客信息系統利用車載無線單元和天線通過放置于隧道RRU接收無線信號，依靠L TE技術提供的無線寬帶傳輸網(最高帶寬100M、有效帶寬50M)可以在列車上實現實時多媒體信息。

控制中心級子系統為乘客信息系統和綜合信息平臺提供車地寬帶無線系統及集群無線調度控制中心接口，核心網設備及配套網管平臺；車站級子系統由LTE基站及配套設備構成，在控制中心和列車之間形成信息中轉站；車載子系統主要由TAU構成，接收控制中心傳送的各種信息并顯示在車載LCD屏幕上，并上傳車載攝像頭拍攝的監控視頻，提供車載乘客信息系統的無線傳輸接口。乘客信息系統構成圖如圖1所示。

3.2 隧道覆蓋方案

隧道內的覆蓋一般采用漏纜，由于GSM和WCDMA上下行分開，所以一般隧道壁會安裝兩根漏纜。無線網絡子系統可以考慮共用這兩根漏纜，在節約建網成本的同時也提供比較良好的覆蓋性能。對于長距離地下隧道，可以采用RRU級聯進行延伸覆蓋，級聯RRU可以采用同小區技術，減少不必要的切換，系統可靠性高。對于長度小于1000m的地鐵隧道，采用隧道兩端RRU信號分別將TD—LTE信號接入泄露電纜的方式進行覆蓋，在隧道中央位置作為切換帶。對于長度大于1000m的地鐵隧道，需將RRH放置在隧道中央，并拉遠其間距，從隧道中央向兩側接人泄露電纜以便增強隧道的覆蓋。單RRU的覆蓋距離不應大于600m；再考慮相鄰RRU間的切換和重疊覆蓋，建議單RRU的覆蓋距離為600×0．75=450m。

3.3 快速切換設計

信號從RRU射頻口輸出后經過衰減器饋入無線覆蓋系統。LTE系統可以根據業務類型及帶寬需求靈活配置LTE幀的上、下行配比，如2DL：2UL、3DL：1UL等。在建的鄭州地鐵5號線中，系統按車站雙向隧道劃分小區，將地鐵在兩個運行方向上劃分成不同小區，并利用小區合并技術，減少小區數量及切換次數。這樣可以使地鐵兩個運行方向上，都獲得足夠的資源支持大數據傳輸。同時采用非競爭切換方式，降低切換時延，如圖2所示。在設計中事先規劃了小區間覆蓋重疊區域(切換帶)，按地鐵列車車速80km／h(22m／s)考慮，切換帶在100—150m之間，切換帶的信號覆蓋電平在一110dBm以上。這樣就能保證系統在地鐵上、下行運行時，都能獲得足夠的資源來滿足大容量數據傳輸。

圖2 系統小區規劃圖

4 結語

LTE技術的數據傳輸速率目前依然在逐漸提升，據最新的資料顯示：LTE的上行數據傳輸率達到500MB/s，下行的數據傳輸率達到1Gbit/s。在此基礎上，數據傳輸速率依然可以增加，可以結合高階調制MIMO技術優化提升傳輸率技術，降低外在因素對信號傳輸的干擾作用，增加統一區域的信息傳輸量，進而提升整個無限網絡通信傳輸產業的管理性能。

[1]穆瀟，夏昕．基于LTE的乘客信息系統車地無線通信方案研究[J].科技創新導報，2012.