淺談LTE技術在地鐵信號系統中的應用

陳少華

摘要：地鐵通信信號系統的應用質量關系到地鐵的正常、安全運營。地鐵因其速度快、運載量大、占地面積少等優點，被各大中城市所追捧。截至目前，北上廣深等一線城市都具有成熟的地鐵通信系統。本文主要通過LTE技術在地鐵信號系統中應用進行分析，供同行借鑒參考。

關鍵詞：地鐵通信;信號系統;LTE 技術;應用

一、LTE 技術在地鐵信號系統中應用的必要性分析

CBTC系統的車地通信方式大部分是應用WLAN 技術，也就是我們所說的免費開放的無線局域網絡，這種技術保持著2. 4 GHz 頻段應用效果，同時也存在一定的問題，即是容易受到相同頻的設備干擾，需要布置較多的軌旁無線設備，因此，無法充分有效支持地鐵高效的移動效果。和WLAN 技術相比，LTE 技術在地鐵信號系統中的應用更具優勢，第一，在無線干擾信號方面，WLAN 技術主要采用了開放頻段，受到外部干擾的情況較多。而LTE技術能夠申請到專用的頻段，減少受到外部設備干擾的情況出現，并且LTE采用的ICIC技術手段還能夠針對系統內部各項因素將進行有效的抗干擾;第二，可維護性層面。WLAN技術實際能夠覆蓋到的地鐵信號距離較短，通常需要按照 200m 的距離就設置無線設備，需要有大量的設備布置在軌道旁邊，給后期維護工作造成了較大難度。而LTE 技術的應用，只需要通過較少的網元數量，就能實現遠距離的信號覆蓋效果，設置軌旁設備的距離一般為1～1. 2km;第三，移動性方面。WLAN 技術在較為低速的環境中應用情況較多，一旦地鐵列車運行的速度不斷加大，將會容易導致丟包率和切換失敗率加大。相應的LTE技術在這方面依然能具備較好的應用效果，這是因為其發揮了自動頻率校正技術作用，促進列車信號在高速的移動下依然保持著穩定狀態;第四，服務質量（QoS）方面。WLAN技術采用的QoS算法競爭性較強，沒有絕對的優先級用戶。而LTE技術可以設置合理的優先級，從而在傳輸信號的時候，能夠保證地鐵系統無線傳輸信息的及時性和有效性。

二、地鐵信號系統中 LTE 技術的應用

（一）LTE 技術在地鐵信號系統的應用測試

在進行測試時，應搭建科學合理的測試平臺，同時在信號廠商和通信廠商模擬測試工作過程中，將能夠良好的模擬地鐵信號系統無線通信傳輸活動情況。地鐵信號系統中采用的 CBCT 系統數據包為400Bytes，采用 100ms 的發送周期，借助于ITU-VA信道模型，針對信道仿真器進行設置。在模擬城市軌道交通無線傳輸場景，需要模擬出 200km/h 的速率，并且從漏纜信道衰落特點情況，設置信道仿真器的鏈路衰耗，這時候需要將傳輸頻寬設置在 15 mHz和5mHz。測試 LTE 技術在地體信號系統中的實際應用情況，需要實現各家信號廠商和通信廠商的良好配合，重點測試 LTE 技術的一些關鍵性指標情況。

（二）中心控制子系統

1.主要內容

地鐵信號系統實際應用 LTE 技術的過程中，需要重點針對該項技術的各項系統部分進行研究。中心控制子系統主要是涉及到了 OMC（LTE 網管）和 EPC（LTE 核心網設備）這兩個方面，并且能夠和傳統的 CBTC 業務系統保持著良好的對接效果。LTE 技術中的 EPC，在各級交換傳輸網絡的作用下，針對城市地鐵軌道沿線的各項 LTE 基站設備進行充分連接，分布較為廣泛。同時 LTE 技術中的 OMC，主要是針對地鐵信號系統無線覆蓋過程中的全部 LTE 基站進行配置和管理的，推進各項基站的正常使用。最終 EPC 能和網管連接基站，這其中需要發揮交換機或者路由器的作用。

地鐵信號系統中采用 LTE 技術，需要做好各個基站的布置工作，在光纖的連接作用下，使得基站和控制中心保持著良好的信號連接。同時想要增強信號網絡系統在全網范圍內都保持著正常的切換效果，基站通過使用 1588 時鐘將能夠實現全網時鐘的同步效果，從而針對信號系統進行良好的控制，便于全網系統內部都形成統一的運行狀態。對于LTE車載設備來說，其在實際設置的過程中，主要是和LTE基站采用無線連接的方式，從而接入到車載交換機上，為后續各項系統的良好運行奠定一定的前提基礎。

2.中心控制子系統的應用

LTE技術系統運行過程中，其核心網EPC設備，這是各項業務實際開展的進口和出口。將LTE技術投入到地鐵信號系統中，開展通信網絡工作，需要同時采用兩套EPC系統設備發揮良好的運行作用，從而為兩方面的 LTE 網絡提供數據傳輸通道，需要注意到的是，其中的數據傳輸通道是不同的，因而信息傳輸過程中能夠有效傳輸不同情況的信息和數據。LTE 網管系統能夠針對 LTE 的A和B雙網關鍵設備進行統一性的負責，主要是針對LTE基站、LTE核心網以及LTE車載終端等設備進行全面細致的管理和配置，同時強化整體的維護工作。在SNMP協議的作用下，LTE網管系統還能有效開展狀態監控和管理功能，這主要是針對其他方面設備進行的，通常是時鐘服務器進行的，并且能夠向外部網管系統提供系統性和綜合性的信息和數據，比如說地鐵信號系統運行中LTE網絡內部出現的一些事件、重要狀態以及告警信息等方面內容。在當前地鐵運行系統之中，按照一條地鐵線路設置兩臺時鐘服務器的標準開展各項布置工作，保證地鐵信號系統能夠擁有充分的信號支撐。布置時鐘服務器的時候，主要是采用1588V2的網絡同步方式，這是一種精確時間協議PTP，能夠保證LTE技術系統中的A和B網基站都將具備同步的微秒級時鐘效果，按照每臺時鐘的服務器之中都能夠采用獨立的GPS輸入方式，從而整體的地鐵信號系統時鐘都具有著同樣的標準，減少信號延遲的情況出現。

（三）基站覆蓋子系統

LTE 基站覆蓋子系統其中主要是包含了無線系統、車站交換機以及LTE 基站等方面內容。首先，LTE基站設備中同樣采用了A和B雙網形式的冗余設計方式，工作過程中需要采用1785～1805 mHz中的兩個5m頻段。一般情況下，A和B網基站組網已經呈現出了完全獨立的狀態，在實際供電和開展光纜通路工作的過程中保持著較高的獨立性，將單點故障所引起的信號盡可能地控制。同時A和B網基站在采用布點覆蓋方式的時候，需要和天饋系統保持著一致性，并且需要注意到A和B網基站本身在信號強度方面的分布情況具有較高的相似性，相鄰基站之間的重疊覆蓋范圍較大，將能良好提升信號覆蓋時的充分性和可靠性，為強化地鐵線路之間的信號傳輸效果提供重要的前提支撐。其次，將 LTE骨干網交換機設置在地鐵線路設備的集中站內，促進各項數據通信在時間上都保持著較高的同步性，這其中骨干網交換機主要是針對地鐵軌旁 LTE 基站和核心網的相關數據進行控制和處理的。該骨干網交換機在實際應用的過程中，想要實現信號傳輸在時間上的同步性，需要采用 1588V2 協議，更好地支撐 LTE 基站時間需求。再者，地鐵信號系統中針對LTE無線信號的發送和接收情況。想要全面有效保障 LTE系統的總體服務質量，需要從LTE基站的覆蓋距離、發射功率、無線頻段以及 UE 接收靈敏度等方面的參數設計情況出發，采用科學合理的方式，針對基站的總體布置距離進行設計，并選擇合適的傳輸介質（如漏纜、波導管、無線天線等）及其布置形式。

三、結束語

當前，LTE 技術在地鐵通信信號中的應用效果比較可靠，具有較高的應用性能和抗干擾性，能夠良好應用在多種移動環境中，并保證無線信號實現穩定、安全的傳輸，其傳輸成功率較高，相較于傳統的網絡應用技術，具有明顯的積極作用。

（作者單位：深圳市地鐵集團有限公司運營總部）