LTE在城市軌道交通車地寬帶移動通信中的應用

李鑫

摘 要：隨著城市軌道交通的不斷發展，其運行速度、帶寬需求等不斷發生變化，本文結合國內目前城市軌道交通寬帶移動通信現狀，充分研究了LTE技術特點以及方案的適應性，以期為城市軌道交通寬帶移動通信方案設計提供參考。

關鍵詞：城市軌道交通；寬帶移動通信；長期演進；無線局域網；移動性；車載

中圖分類號： U231 文獻標識碼：A

0.概述

城市軌道交通寬帶移動通信網絡在現代城市交通運輸中發揮了巨大的作用，主要用來保證車-地間信息交換。城市軌道交通必須具有一套獨立的通信網絡，從而保證車-地間通信貸款，保證列車和車站之間信息傳輸無縫漫游。以此為列車提供電視直播服務、信息通信服務以及對列車車廂內的安全監控服務。

1.現狀分析

目前城市軌道交通車地通信主要通過無線局域網承載，該網絡特性存在一定的弊端，例如需要頻繁切換，覆蓋率相對較差，帶寬低且安全性差，容易受到外界環境干擾。主要表現如下：

抗干擾能力差主要表現在開放頻段，難以避免干擾，缺乏系統內抗干擾技術；

移動性差則表現在，無線網不具備抗頻偏算法，由于目前無線局域網面向的主要是辦公室、賓館以及機場等固定場所，目的是減少網絡布線率，因此在協議標準制定研發時就將目標放在支持步行速度上。

頻段靈活性表現在限定在2.4G的20MHz帶寬；

建設和維護成本高表現在，軌道交通使用無線局域網就需要每隔200m設置一個AP，不但加大了施工難度，并且后期的維護成本也會大大提升。另外AP功率相對較低，因此無法同泄露電纜連接在一起，此外也很難完全覆蓋彎曲隧道。

覆蓋距離也相對較短，在實際應用中單個AP覆蓋200m。

切換頻度高且切換時間長，這主要體現為在80km/h的速度下，9秒切換一次，切換增多影響服務質量；500ms的切換時間將影響實時的視頻監控業務質量。

最后在可擴展性方面也相對較差，由于其通信質量相對較差，且安全性相對較低，因此只能服務于要求較為單一的廣播業務或視頻業務，對于語音集群業務尚無法承載。

2.LTE技術特點及城市軌道交通的適用性分析

2.1 LTE技術特點

移動通信技術隨著現代科技的發展也發生了巨大的變化，尤其是無線通信技術，逐漸呈現出IP化、寬帶化，并且其以動畫也越來越強，因此在通信市場中開始占據一定的市場份額。隨著移動通信競爭的家居，3G為了保證其能夠在未來擁有更大的發展空間，3GPP的技術研發方向開始向著UTRA長期演進發展，從而實現B3G向著4G的過度。LTE技術研發目標主要為低成本、短時延、高數據傳輸率，從而擴大系統容量，令覆蓋范圍更廣泛。就目前世界通信發展形勢分析，眾多研究機構、運營商以及通信設備廠家、通訊組織都開始選擇4G演進技術。

LTE技術采用了OFDM、MIMO，以及自適應調制編碼技術，同時結合了混合自動重傳等技術。與此同時對小區邊緣用戶的通信質量進行提升，并降低了系統延遲，同時最大程度地拓展了小區容量。同時在系統定義上，LTE同時應用了時分雙工以及頻分雙工。由于系統應用了TD-LTE制式，因此系統可以自由調配賞析性資源，并具備靈活的頻譜申請等特點，其優勢在于：

首先抗干擾能力得到提升，由于系統頻段為專用頻段，因此可以有效避免外界干擾，同時采用現金的IRC技術、ICIC技術，有效解決了系統內部干擾。其次具有高移動性，系統算法應用了抗頻偏算法，因此速度可達到430km/h。從實踐驗證，該算法完全可以慢速城市軌道交通通信要求。另外系統頻段靈活性較強。可以靈活進行各類業務的申請，并支持5/10/15/20MHz組網；除此之外系統建設和維護成本低，可以利用商用通信的泄漏電纜；覆蓋距離長：隧道內單個RRU覆蓋1.2Km；最后切換頻度高且切換時間長。在80km/h的速度下，54秒切換一次。且切換時間短<100ms。

2.2 LTE在城市軌道交通的適用性分析

LTE無線網絡是在3GPP技術的基礎上進行研發的，因此不但容納了3GPP兼容性良好的特點。在此基礎上LTE的靈活性更強、頻譜利用率更高。

LTE系統的拓展性相對較高，且覆蓋區間也相對較長，移動性能也得到了提升，帶寬相對于其他網絡更高，因此相對教育既有寬帶移動通信，LTE能夠滿足軌道交通移動通信網絡無縫漫游以及高帶寬等要求。

3.城市軌道交通LTE系統方案建設

3.1業務需求

TD-LTE車地寬帶移動通信系統將提供滿足系統功能需求（傳輸1路MPEG-2格式的高清電視和多路MPEG-4格式的清晰的視頻監視信息），下行不小于6M的帶寬，并能夠實現控制中心同時調看1列車的不少于2路（總共4M速率）圖像監控信息。TD-LTE車地寬帶移動通信系統建議使用頻率為1795～1805MHz，系統不對其他通信系統（如商用無線、民航等）造成干擾。

3.2 TD-LTE整體方案建議

如圖1所示，在控制中心的子系統上，應當設置核心網設備，主要用以接收視頻信息。核心網設備通過以太網交換機將接受信息傳輸至視頻服務器以及中心服務器，并通過TD-LTE將相關信息在反饋至列車。

在車站及軌旁子系統方面，可以在車站站置LTE基站的BBU和RRU設備，通過通信傳輸系統提供的通道與控制中心連接。覆蓋站臺周邊區域，實現與車載無線設備之間的無線數據通信。

而車載子系統上，可以分別設置1套TAU在列車的車尾以及車頭，即通過設置車載無線設備增強車載子系統性能。車載交換機以及控制器同LCD控制器相連，用來接收由控制中心提供的1路實時視頻信息和向控制中心發送2路實時的車廂監控信息。

結語

隨著城市軌道交通寬帶移動通信的業務需求不斷增加，結合目前國內寬帶移動通信系統建設現狀及分析比較，適時提出采用LTE技術方案，從抗干擾能力、移動性差、頻段靈活性、建設和維護成本、切換頻度、切換時間等方面綜合考慮，充分論證LTE技術方案的可實施性，為今后城市軌道交通寬帶移動通信方案設計提供依據及參考。

參考文獻

[1]王映民，孫韶輝，等.TD-LTE技術原理與系統設計[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2]高陽，王堅強.計算機網絡技術及應用[M].北京：清華大學出版社，2009.