淺析LTE無線通信技術在地鐵信號系統中的應用

唐劍華

摘要：隨著社會經濟的不斷發展，人們的生活水平也在不斷的提高，人們的出行的方式也越來越多樣化。現階段，地鐵已經成為了人們日常工作及生活中不可缺少的一種交通出行工具。基于此，本文將對LTE無線通信技術應用到地鐵中進行研究，并以廣東佛山地區的地鐵三號線為例，分析該地鐵線路LTE的車地的無線通信系統的應用的情況，最后提出一些優化LTE在地鐵信號系統中的應用，以期能夠為的我國城市交通軌道的建設提供一定的理論指導作用。

關鍵詞：TD-LTE;WLAN;城市軌道交通;車地無線通信

一、LTE無線通信技術的概述

城市交通軌道的信號系統是利用有線以及無線的網絡來完成雙向的通信。分布在各處的子系統的相關設備之間是利用有限的網絡進行信息的傳輸，而對于地面之上的設備以及車中裝載的設備是靠無線的網絡進行信息的傳輸。現階段，我國的城市交通軌道在車地的無線通信主要的利用2.4G的開放式的WLAN技術。有相關試驗做了驗證，盡管在車地之中利用WLAN的相關技術能夠滿足我國城市交通軌道在日常運行中的需求，但是在實際的使用過程中，該技術仍然存在著局限性，例如：WLAN的頻段是2.4G，并且是開放式的，這就使其容易受到來自同一頻段及開放式的WIFI與藍牙等的干擾;同時，WLAN網絡在涵蓋的范圍是有限的，并且該WLAN網絡在相隔200米左右就安裝一個AP設備，這一切都加大了施工的工作以及后期在維護方面需要花費掉較多的成本。而LTE4G技術擁有傳輸的速率快，失效時高的特點，能夠較為有效解決地鐵中無線通信存在的問題。LTE系統按其雙工方式的差異被分為了FDD-LET（分頻長期演進）以及TDD-LTE（分時長期演進）兩種類型。

TDD-LTE（分時長期演進）：TDD指的是上行與下行在進行數據傳輸的時候，利用計時器等媒介將數據進行分時段的傳輸，就像是平常見到的有交通指引燈的路口，當人行道的綠燈亮起時，行人便可以開始行走，而汽車則要等到交通燈變為綠色時才能夠行駛，不然就必須要在相關的規定范圍之內等待。TDD就是利用了這種方式，利用“信號燈”作為媒介，對上行及下行的相關操作進行控制。

二、應用LTE技術的優勢

（一）抗干擾性較強

因為以往的WLAN技術利用的是一種免費的，頻段在2.4G的技術，因此在實際的工作中時，其在改換頻段容易被其他設備所干擾。而LTE技術是采用1.8G的專有頻段來進行信息的傳輸，并且在該系統之內還配備了IRC以及ICIC相關抗干擾的技術，促使LTE系統具有了完整的抗干擾的機制。

（二）移動的適應能力強

以往的WLAN定位功能的設計是為來涵蓋辦公樓、機場以及賓館等相關區域，其能夠支持相似于步行的速度較慢的移動模式，而LTE卻是對移動的模式進行了升級，能夠支持高速式的移動，在350km/h的范圍之內的移動都是能夠接受的，最能夠說明其具有該功能的案例就是在上海的磁懸浮列車的應用，因此，其能夠較好的滿足地鐵移動速度的要求。

（三）覆蓋的范圍廣

以往的WLAN技術運用的是無線AP設備，這樣在相距200m就需要的安裝一個AP設備，無疑是加大了施工的工作以及后期在維護方面損耗的成本，而對于LTE技術來講，LTE的每一個基站折射出來的信號覆蓋的范圍可達到1km以上，這樣能夠縮減軌道旁的設備的建設，能夠有效降低成本的支出，也有利于日后對設備進行相關的維護工作。

三、佛山地區地鐵三號線LTE技術的應用

現階段，佛山地區地鐵三號線所使用的車地無線信號系統主要為TD-LTE的技術，其主要是承載CBTC的業務。

（一）系統的結構

佛山地區地鐵三號線的車地無線通信的系統LTE運用的是A/B紅色與藍色的雙網冗余的結構，在A/B紅色與藍色的雙網之中安裝了一整套的核心網以及基站的系統，能夠對運行線路的相關區域進行實時的信號覆蓋。

（二）A、B 網無線資源合理分配

在我國，對于城市交通軌道方面所使用的專有的頻率是（1785～1805MHz），一共有20MHz 的帶寬，而佛山地區地鐵三號線所運用的帶寬為8～10MHz，這個范圍的頻率是在國家中申請到的，并且不能夠自行進行更換的，在10MHz之中，有5M用在了A網，剩下的5M或者是3M被運用在B網之中，不管是A網還是B網，都承載了信號CBTC列車中的相關的控制信息，之后若是想要實現綜合性的承載過程，則是需要利用5M帶寬的A網進行承載。

（三）無線網絡覆蓋范圍分析

佛山地區的三號線在信號系統運用的正線無線網絡的是漏纜式的涵蓋過程，這種的方式的剛干擾能力是較強的。但是其會因曲線式的線路的影響，使得無線涵沒有得到應有的效果，因此，使用專用通信與與CBTC-B系統共同運用一根漏纜，從而來達到信號覆蓋范圍廣，并且覆蓋的重量較輕等需求。

（四）車載網絡設計

佛山地區的三號線車上所承載的網絡涵蓋了車頭的駕駛室網絡以及車尾駕駛室網絡這個方面。在車頂上的頂鯊魚鰭式的天線、車上所承載TAU以及交換機等設備形成了一套完整的單端駕駛室網絡系統。在車上，所有的設備都是利用兩個獨立的網絡而連接在一起的，形成了CBTC數據通信子系統。其能夠在車上所承載單端出現故障的時候，不會影響到其他設備的使用。

四、LTE應用的過程中的優化對策

（一）漏纜合設優化對策

佛山地區三號線一些地段的線路受到了曲線的影響，因此，把CBTC-B網連接在800M的專用無線系統之中，將它們利用同一一根漏纜連接在一起。

第一，這一做法能夠較好的將頻率很好的隔離，但是實際上，兩種信號在同一跟漏纜之中，是不能夠完成物理層面的隔離的;并且將漏纜組合在一起也會使得出現故障時，排查的難度劇增，使得整個使用的效率下降。在此，建議在地鐵建設的時候充分考慮漏纜的設置需求，從而讓LTE 系統A/B雙網信號傳輸以及其他類型的網絡傳輸預留足夠多的空間。

第二，漏纜在合并設立的時候，會使用到很多的合路器，這會使得故障出現得較為頻繁。因此，可以使用同一品牌以及型號相同的合路器，這樣也有利于合路器的儲備以及維護。

（二）業務承載的優化對策

在地鐵之中使用LTE無線通信技術已經成了地鐵運輸行業日后的發展的一種趨勢，在LTE技術還不是很成熟的時候，該技術主要的運用于承載CBTC信號系統方面的業務，隨著LTE無線通信技術的不斷發展及完善，LTE技術也必將運用在地鐵運中的各個方面。在初步設計就確定后期線路需綜合承載，能夠減少軌旁漏纜數量以及軌旁無線設備數量，能夠有效的降低成本上的耗費。

五、結論

綜上所述，在我國的一些一線城市之中，由于人流量較多，人們的日常工作及生活出行都離不開地鐵，因此，地鐵運行的安全就變得尤為的重要。本文以佛山地區的三號線為例，分析了該線路TD-LTE車地無線通信系統的應用情況進行分析，并提出了要在地鐵建設的時候充分考慮漏纜的設置需求，從而讓LTE 系統A/B雙網信號傳輸以及其他類型的網絡傳輸預留足夠多的空間等方式來完善TD-LTE技術在我國的使用。

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