LTE 技術在地鐵信號系統中的應用

姜 亭

（長春市軌道交通集團有限公司，吉林 長春 130000）

隨著車載視頻傳輸實時性及可靠性的要求不斷提高，以及乘客信息系統中多媒體數據流傳輸帶寬的不斷增加，以WLAN 系統為主的車地無線通信技術已不能完全滿足地鐵行業的需要。LTE 技術覆蓋距離廣、帶寬高、并發用戶數多、抗干擾能力強、安全可靠等特點，正在成為軌道交通行業無線專網發展新技術的選擇。隨著LTE 技術在民用通信中逐漸成熟以及在地鐵通信系統中的應用，LTE 技術也被應用到地鐵信號系統中。

1 LTE 技術概述

LTE (Long Term Evolution) 是由3GPP 組織制定的UMTS技術標準的長期演進，于2004年12月在3GPP 多倫多會議上正式立項并啟動。該項技術主要是在3G 基礎上進行演進，介于4G 技術與3G 技術之間的一項十分重要的過渡技術。LTE 系統引入了OFDM 和MIMO 等關鍵技術，顯著增加了頻譜效率和數據傳輸速率，并支持多種帶寬分配，且支持全球主流2G/3G 頻段和一些新增頻段，因而頻譜分配更加靈活，系統容量和覆蓋也顯著提升。LTE 技術和傳統的3G 網絡技術相比，LTE 技術通過改革原有技術中的空中接入技術，使可行性得到增加。LTE 技術最大的優勢就是傳播速率快，在大數據的傳送過程中，可以采用分組的方式進行，提高數據傳送的效率。

2 LTE 技術特點介紹

LTE 技術具有高擴展性、長區間覆蓋、高移動性、高帶寬等特點，高速移動性支持和綜合業務承載的優先級調度都可以由其來提供，并且無線數據業務的安全可靠傳輸通過安全機制和抗干擾技術可以得到保證。LTE 技術采用接近于全IP 化的扁平化網絡結構，集成了適用于寬帶移動通信傳輸的眾多先進技術，如正交頻分復用(OFDM)、多輸入多輸出(MIMO)、混合自動請求重傳 (HARQ)、自適應調制編碼(AMC)、小區間干擾協調(ICIC) 等。通過安全機制和抗干擾技術，LTE 技術可以使無線數據業傳輸的安全可靠得到保證，既有無線網絡中存在的移動性差、不穩定等問題通過LTE 可以解決，并且其能夠提供一套無縫漫游、高帶寬車地無線通信系統，滿足地鐵運營需求。

LTE 技術在地鐵無線通信中的應用主要有兩大優勢，一是LTE 在抗干擾方面有著比較完善的技術。從干擾的檢測上來看，LTE 技術能夠保證對信道頻域的變化進行及時的跟蹤，并能夠快速做出響應；在干擾的控制上，LTE 技術能對整個網絡進行有效的控制；LTE 技術擁有比較完善的編碼、重傳、干擾抑制合并機制以及擁有毫秒級的調度機制。二是LTE 技術的高移動性。L1E 技術在移動性方面也要優于Wifi，后者的覆蓋范圍較小，比較適用固定的場所，而地鐵在運行時是處于一個移動的狀態，LTE 技術采用的是無縫切換算法和遠距離的覆蓋，這就使得其具有高移動性，能夠滿足地鐵運行時也能連接網絡。

3 LTE 技術在長春地鐵中的應用

長春地鐵1 號線各設備系統均于2015年完成招標，中國城市軌道交通協會還并沒有發布《關于推薦城軌交通項目新建CBTC 系統使用1.8G 專用頻段和LTE 綜合無線通信系統的通知》，因此，信號系統按WLAN 技術進行招標建設。在設備系統實施階段，結合信號的建設方案及LTE 技術的優勢，長春地鐵1 號線采用LTE 技術組建車地無線網絡，用于承載上行CCTV 業務及下行PIS 業務。

3.1 系統組成

LTE 系統主要由車輛段和區間的射頻單元RRU、隧道多頻分合路器、漏纜（與專用無線合用），車站的LTE 基站BBU、射頻單元RRU 設備、合路器POI、GPS 天線、控制中心的核心網控制單元設備、無線管理工作站以及列車上的無線接入設備（含天線） 等組成。

3.2 無線覆蓋設計

本系統在隧道區間合用專用無線漏纜，在車輛段采用定向天線覆蓋。車站的上下行隧道配置獨立的RRU，上下行隧道的漏泄同軸電纜分別連接到RRU 上。RRU 的每個通道和TETRA 系統使用一個合路器。通過鏈路預算設計，受限于上行鏈路，RRU 單邊最大覆蓋可到680m，考慮切換帶的重疊覆蓋區域為40m，建議RRU 單邊覆蓋不超過640m。當兩站之間站間距大于1280m 時，區間增加RRU。車輛段覆蓋區域大，區域內列車數量多，數據傳輸的并發性高。采用4T4R型RRU，采用定向天線掛側墻安裝的方式進行覆蓋。

3.3 切換設計

在設計中，無線越區切換的遲滯為2dB，無線切換時延小于50ms，保守計算取值100ms，列車速度按照最大80km/h，傳播模型按照漏纜每100m 損耗4.3dB 計算，切換帶在40m 左右。在TAU 終端接入LTE 系統網絡后，由網絡給TAU 終端下發信號強度檢測測量消息，由TAU 終端進行信號強度檢測。TAU 給網絡上報測量報告消息，網絡側根據報告消息觸發切換動作，讓TAU 從原先小區切換到信號強度較好的小區。

4 結語

LTE 技術在長春地鐵1 號線乘客信息系統的成功應用和開通，運營中其數據傳輸速率高、切換快，有效地提升地鐵無線通信系統的應用效率。相信隨著科學技術的發展，LTE技術將在城市軌道交通領域發揮更大的作用。