鐵路無線通信工程中的LTE—R技術(shù)探討

【摘要】 LTE-R技術(shù)使得視頻監(jiān)控與實(shí)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)等得到了實(shí)現(xiàn)。本文主要分析了LTE-R技術(shù)的性能，并分析了LTE-R技術(shù)在鐵路無線通信中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 鐵路 無線 通信 LTE-R技術(shù)

隨著鐵路交通的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的GSM-R技術(shù)在語(yǔ)音與數(shù)據(jù)服務(wù)上已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前列車和乘客對(duì)于高速數(shù)據(jù)的需求。而當(dāng)前的乘客都需要使用移動(dòng)寬帶服務(wù)，通過運(yùn)用筆記本等移動(dòng)設(shè)備在鐵路旅途中完成一些必要的商務(wù)工作或者進(jìn)行娛樂游戲消遣時(shí)間，已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)，因此，LTE-R技術(shù)在鐵路無線通信工程中得到了應(yīng)用。

一、LTE-R技術(shù)的性能分析

1.1 LTE-R的主要技術(shù)特征

LTE-R（Long Term Evolution for Railway）是為了滿足高速鐵路運(yùn)營(yíng)需求而發(fā)展起來的新型移動(dòng)寬帶接入技術(shù)。LTE-R技術(shù)具有一些傳統(tǒng)技術(shù)所沒有的特征：LTE-R技術(shù)可以提供好幾種帶寬服務(wù)，能確保百兆級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸能力；LTE-R所使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是全I(xiàn)P的，不管開展哪種業(yè)務(wù)，都是建立在IP分組交換的基礎(chǔ)上；保證了無線網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)時(shí)性。將控制面的時(shí)間延遲控制在100ms以內(nèi)；而用戶面的時(shí)間延遲控制5ms以內(nèi)；對(duì)很多無線接入技術(shù)具有特別的功效，比方說3G、2G、WiMaX、WiFi，在這些方面的連接能力相當(dāng)強(qiáng)。

1.2 LTE—R的關(guān)鍵技術(shù)

1、OFDM技術(shù) 。OFDM也叫做正交頻分復(fù)用技術(shù)，是一種多載波調(diào)制技術(shù)。OFDM技術(shù)能在很大程度上避免多徑時(shí)延而導(dǎo)致的碼間干擾與頻率選擇性不強(qiáng)等問題。OFDM主要是把高速率信息變成無數(shù)個(gè)并行的低速率的分?jǐn)?shù)據(jù)流，將其調(diào)制到正交的子載波上完成傳輸；接收端試用一樣數(shù)量的子載波調(diào)解接收信號(hào)，在獲取了低速信息后，再適時(shí)進(jìn)行并與串的轉(zhuǎn)變，獲取高速信號(hào)。如果子信道的帶寬太小，能有效克服碼間干擾。為了減少發(fā)射終端的的成本消耗，LTE空中接口上行鏈路常常會(huì)用到SC-FDMA技術(shù)。此技術(shù)下發(fā)射的就是時(shí)域信號(hào)，最終能夠有效防止OFDM系統(tǒng)發(fā)送頻域信號(hào)所產(chǎn)生的PAPR問題。

2、MIMO技術(shù) 。MIMO，即多輸入多輸出技術(shù)，是通過使用多數(shù)量的天線發(fā)射與接收信號(hào)來切實(shí)提高信息的傳輸速率。MIMO結(jié)合OFDM技術(shù)，能有效增強(qiáng)系統(tǒng)性能。MIMO技術(shù)可以使得空間中出現(xiàn)獨(dú)立的并行信道，并且將多路數(shù)據(jù)流在同時(shí)傳輸，在系統(tǒng)帶寬不增加的前提下，增強(qiáng)頻譜效率，切實(shí)提高系統(tǒng)傳輸速率。所以，把MIMO與OFDM技術(shù)相結(jié)合，既能確保較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能借助分集確?？煽啃?。

3、高階數(shù)字調(diào)制技術(shù)。基于頻帶利用率提高的目的，LTE使用了高階數(shù)字調(diào)制技術(shù)。上行采用了QPSK四相相移鍵控與16QAM 十六進(jìn)制的正交幅度調(diào)制。下行則使用了QPSK，16QAM與64QAM。跟上行調(diào)制方式不同的是，LTE的下行中設(shè)置了64QAM，以此確保下行100Mb/s的速率。

二、鐵路無線通信中的LTE-R技術(shù)的應(yīng)用

2.1支撐新型鐵路業(yè)務(wù)的傳輸技術(shù)

在今后鐵路的發(fā)展中，還存在較多尚待開發(fā)的潛在通信業(yè)務(wù)，比方說視頻監(jiān)控與旅客多媒體服務(wù)，所以對(duì)于LTE-R技術(shù)的要求更高。LTE-R技術(shù)亟需對(duì)鐵路業(yè)務(wù)起到支撐作用的傳輸技術(shù)，按照相關(guān)的驗(yàn)證結(jié)果，應(yīng)當(dāng)使用QoS指標(biāo)來確保LTE-R技術(shù)的業(yè)務(wù)承載性能。具體來說，應(yīng)當(dāng)改進(jìn)以下傳輸技術(shù)。1、優(yōu)化配置鐵路場(chǎng)景中的上下行配比。在以前的公網(wǎng)LTE技術(shù)中，常常是在下行信道中傳輸承載業(yè)務(wù)。在鐵路無線通信工程中，列車監(jiān)測(cè)與智能感知等都會(huì)使用到大量上行信道帶寬。所以，對(duì)LTE-R技術(shù)在靈活性上提出了更高的上下行信道帶寬分配（上下行配比）機(jī)制，以便符合相關(guān)上行傳輸?shù)囊蟆?、上行鏈路自適應(yīng)提升技術(shù)。LTE-R技術(shù)在上行吞吐率上的要求比較高，甚至?xí)h(yuǎn)遠(yuǎn)高出當(dāng)前LTE中的上行業(yè)務(wù)，這時(shí)就可以使用鏈路自適應(yīng)技術(shù)來提升上行傳輸能力。3、組織呼叫和廣播語(yǔ)音技術(shù)。在HSS網(wǎng)元中增設(shè)了組呼信息、廣播信息和呼叫控制功能，使之能像GSM-R系統(tǒng)一樣實(shí)現(xiàn)GLR功能。

2.2改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

LTE-R技術(shù)需要在下面方向進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面的研究，以滿足鐵路無線通信的要求。鐵路無線通信中要求實(shí)現(xiàn)組呼和電話調(diào)度等語(yǔ)音通信的要求，因?yàn)長(zhǎng)TE技術(shù)中的核心網(wǎng)使用包交換的復(fù)用方式，不能夠支持電路交換的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行2G語(yǔ)音回落模塊和IMS等支持電路域交換的LTE網(wǎng)元測(cè)試。實(shí)現(xiàn)跟GSM-R的連接。要想更好的跟GSM-R技術(shù)做好過渡，應(yīng)該增設(shè)SGSN網(wǎng)關(guān)設(shè)備來切換GSM-R和LTE-R系統(tǒng)。

2.3改進(jìn)型小區(qū)切換技術(shù)

根據(jù)在朔黃LTE項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，減小小區(qū)切換時(shí)延和切換重疊區(qū)，以適應(yīng)鐵路應(yīng)用要求。在鐵路應(yīng)用中，切換重疊區(qū)的縮短便于開展頻率規(guī)劃，減小系統(tǒng)內(nèi)干擾。同時(shí)，在朔黃重載鐵路項(xiàng)目中，切換時(shí)間的減小有利于保證重載列車操控和列尾數(shù)據(jù)的完整、有效傳輸。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]杜燕.談現(xiàn)代鐵路通信發(fā)展趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2O12（3）：52.

[2]胡厚偉.鐵路移動(dòng)通信發(fā)展戰(zhàn)略探討[J].科技資訊.2006（35）：154-156.