LTE在軌道交通的應(yīng)用研究

聶元和 白鑫竹

摘要：城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)指的是由車載信號(hào)設(shè)備、地面信號(hào)設(shè)備等組成的信號(hào)系統(tǒng)，其中地面信號(hào)設(shè)備會(huì)向列車發(fā)送移動(dòng)指令，然后由車載信號(hào)設(shè)備對(duì)移動(dòng)指令進(jìn)行接收，并根據(jù)指令對(duì)列車的運(yùn)行進(jìn)行控制。通過利用信號(hào)系統(tǒng)，可以在保證列車安全的基礎(chǔ)上，自動(dòng)化指揮列車運(yùn)行，提升列車運(yùn)行效率。而無線信號(hào)傳輸系統(tǒng)作為控制列車的關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)其通信性能要求比較高，本文研究了LTE在城市軌道交通車地?zé)o線通信中的具體應(yīng)用，具有一定實(shí)踐價(jià)值。

關(guān)鍵詞：LET;軌道交通;無線通信

引言

在軌道交通環(huán)境下，由于列車快速移動(dòng)，無線通信系統(tǒng)需要面臨頻繁的越區(qū)切換及群切換，導(dǎo)致車地通信系統(tǒng)通信質(zhì)量下降。目前LTE僅支持傳統(tǒng)的硬切換方式，切換時(shí)延較長，在小區(qū)邊緣受到路徑損耗、陰影衰落及多普勒頻移的影響，接收信號(hào)質(zhì)量降低，導(dǎo)致頻繁的掉話和數(shù)據(jù)中斷，從而影響用戶的通信體驗(yàn)，影響列車運(yùn)行效率。因此針對(duì)軌道交通通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋結(jié)構(gòu)和LTE網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，優(yōu)化LTE切換機(jī)制，提高其越區(qū)切換成功率，減小切換時(shí)延，提高切換可靠性，保證車地通信質(zhì)量，具有重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

2.LTE切換技術(shù)

2.1切換觸發(fā)原因

在LTE系統(tǒng)中觸發(fā)切換的原因有很多，主要是由于原服務(wù)小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量無法滿足用戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求，UE通過不斷測量來選取信號(hào)質(zhì)量最優(yōu)的小區(qū)并與之建立連接。對(duì)切換觸發(fā)原因分類主要有以下幾種：

首先，信號(hào)質(zhì)量引起的切換。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)穿過切換重疊區(qū)時(shí)，源小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量開始下降，目標(biāo)小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量逐漸變好，移動(dòng)臺(tái)需要連接到新的小區(qū)，引起切換。當(dāng)基站的無線信道受到干擾，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降到一個(gè)不能接受的水平時(shí)，無法滿足連接要求，則會(huì)觸發(fā)切換。如果基站的信號(hào)質(zhì)量過弱，不能滿足正常通信需求，也會(huì)觸發(fā)切換。

其次，移動(dòng)臺(tái)到基站距離引起的切換。考慮移動(dòng)臺(tái)與基站的距離來決定是否觸發(fā)切換時(shí)，首先要在向絡(luò)規(guī)劃中規(guī)定移動(dòng)臺(tái)到基站的距離限制，其次在運(yùn)行過程中，不斷比較移動(dòng)臺(tái)到基站的距離是否達(dá)到限定距離，若超過限定距離，則移動(dòng)臺(tái)斷開與源小區(qū)的連接，切換到新的小區(qū)。

2.2常用切換判決準(zhǔn)則

LTE切換判決通常是根據(jù)服務(wù)小區(qū)和相鄰小區(qū)的接收信號(hào)強(qiáng)度來判決在什么時(shí)候切換到哪一個(gè)小區(qū)。切換判決準(zhǔn)則是影響切換性能的重要因素，切換判決過早，可能導(dǎo)致切換，切換判決過于遲鈍，則會(huì)造成未及時(shí)切換導(dǎo)致原來的通信鏈路中斷。在現(xiàn)有的切換算法中，常用切換判決準(zhǔn)則如下：

首先是基于接收信號(hào)強(qiáng)度/質(zhì)量的判決算法。為滿足指定業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量，要求UE接收到的信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)質(zhì)量滿足一定條件。常用的切換判決是根據(jù)當(dāng)前小區(qū)的接收信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)質(zhì)量低于某一閾值時(shí)，即觸發(fā)切換。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于信號(hào)的時(shí)變特性，單純比較當(dāng)前小區(qū)測量值與闊值的關(guān)系，容易產(chǎn)生誤判，導(dǎo)致多次切換。在LTE系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的是基于A3事件的切換判決，同時(shí)考慮本小區(qū)與鄰小區(qū)的測量值，并加入一定闊值和遲滯量來提高切換性能。

其次是基于位置的切換判決準(zhǔn)則切換產(chǎn)生的根本原因是由于小區(qū)或基站的覆蓋范圍有限，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，為保證通信不中斷，就需要切換到新的小區(qū)。在進(jìn)行切換判決時(shí)，預(yù)先設(shè)定一個(gè)切換判決區(qū)域，根據(jù)定位信息獲得移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前所處位置，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)處于切換判決區(qū)范圍時(shí)，即啟動(dòng)切換。

3.LTE在城市軌道交通車地?zé)o線通信中的應(yīng)用

3.1區(qū)間組網(wǎng)方案

以某軌道交通工程為例，將四路RRU分別連入到左側(cè)和右側(cè)兩根漏纜，達(dá)到2T2R的MIMO效果。公網(wǎng)信號(hào)和LTE信號(hào)合路以后使用同一個(gè)漏纜，在隧道右側(cè)列車前進(jìn)方向安裝兩根商用漏纜，分別布置在高度為3m和1.9m的地方，車頂?shù)母叨葹?.15m。盡量將BBU和RRU放置到車站，當(dāng)車站之間的間隔距離大于臨近車站RRU覆蓋能力，需要將RRU拉遠(yuǎn)到隧道中，并利用合路器饋入漏纜的方法覆蓋。剩下的系統(tǒng)使用饋線跳線的方法連接。

3.2TAU越區(qū)域切換

當(dāng)LTE網(wǎng)絡(luò)中接入TAU時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)向TAU發(fā)送信號(hào)強(qiáng)度檢測信息，利用TAU檢測信號(hào)強(qiáng)度。當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的要求時(shí)，測量報(bào)告信息會(huì)由TAU向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上報(bào)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)會(huì)依據(jù)收到的信息進(jìn)行切換動(dòng)作，使TAU切換到信號(hào)輕度更好的小區(qū)。由于LTE具有無損切花的功能，所以可以確保兩個(gè)基站之間進(jìn)行切換的過程中不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失的情況。

3.3整合頻率資源

在實(shí)際應(yīng)用過程中，將LTE系統(tǒng)頻率設(shè)置在1795-1805MHz頻段，從而實(shí)現(xiàn)傳輸列車視頻監(jiān)控信息、旅客信息服務(wù)信息等。在車站區(qū)間，設(shè)置上傳多路列車監(jiān)視圖像帶寬為6M，下傳一路PIS視頻信息帶寬為6M，上行和下行總帶寬不超過15M，當(dāng)時(shí)隙配比為2：2時(shí)，覆蓋范圍為1.2km時(shí)，可以提供邊緣下行速率為8Mbit/s，上行6Mbit/s。停車場、車兩端，可以上傳兩路視頻信息，在非營運(yùn)時(shí)間段，可以對(duì)PIS錄播信息進(jìn)行下傳，帶寬為8M。

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