地鐵TD—LTE覆蓋方案研究

摘要：和WLAN技術相比，TD-LTE技術由于具備了一系列明顯的優(yōu)勢，開始逐漸在地鐵中獲得應用。文章結合在地鐵行業(yè)中TD-LTE的應用經(jīng)驗，在分析了TD-LTE技術的相關理論的基礎上，分別從TD-LTE技術的覆蓋方案設計、切換技術、抗干擾技術等方面對地鐵中TD-LTE技術的具體覆蓋方案進行了分析。

關鍵詞：地鐵行業(yè)；TA-LTE技術；覆蓋方案；切換技術；抗干擾技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN929 文章編號：1009-2374（2016）21-0099-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.048

1 概述

當前，我國城市化進程不斷加快，大量的人口開始融入城市，私家車輛的數(shù)量也開始大量增加，從而使得城市交通面臨著巨大的壓力，因此，為了有效地解決這種問題，就需要在城市中發(fā)展大容量、準點、快捷的城市軌道交通系統(tǒng)，而地鐵就是目前建設很廣泛的交通方式。在當前的地鐵中，地鐵覆蓋存在的接入系統(tǒng)較多，而且覆蓋的要求也較高，同時還面臨著設備安裝空間有限的問題，因此，時延小、可靠度高的無線通信技術就顯得非常有必要，而TD-LTE技術便是非常好的一個選擇。TD-LTE是TDD（時分復用）版本的LTE技術，也是我國擁有核心自主知識產(chǎn)權的4G國際通信標準技術，是一種專門為移動寬帶應用而設計的無線通信標準。

2 TD-LTE技術的相關理論

2.1 LTE技術的涵義

LTE是基于正交頻分復用多址接入（OFDMA）技術，依據(jù)由3GPP組織制定的全球通用標準。LTE在最初的設計時就考慮了高吞吐率的需求，是目前一種比較先進的無線通用技術。LTE的帶寬速率是比較大的，和以往的技術相比，上下行的速率都有了明顯的提升。而且在結構上來說，由于扁平化結構是其主要的結構，也能夠使得用戶的時延得到了很大的降低。此外，正交頻分復用、多輸入多輸出以及混合反饋重發(fā)等先進技術的采用，也使得其在數(shù)據(jù)速率的提升方面有著很大的優(yōu)勢。除此之外，TD-LTE技術的安全性也是值得一提的，在其中應用了比較先進的抗干擾技術以及其他的安全機制，能夠保證數(shù)據(jù)可以更加安全穩(wěn)定地傳輸。

2.2 TD-LTE技術的特征

近些年來，移動通信技術獲得了長足的發(fā)展，并且呈現(xiàn)出了移動化、寬帶化以及IP化的發(fā)展方向，也相應地使得移動通信市場面臨著更加激烈的市場競爭環(huán)境。在這種情況下，LTE由于其具有的一系列優(yōu)勢，開始成為眾多相關組織、機構、廠商等的演進技術，從而使得其在很多的應用場合中獲得了廣泛的應用，同時也使得這些應用領域還在不斷被擴展著。

2.3 TD-LTE技術的可行性分析

近些年以來，無線通信技術獲得了非?？焖俚陌l(fā)展，不過其最終的方向都是指向了LTE技術。通過在地鐵中應用LTE技術，能夠有效地減少等待時間和提升數(shù)據(jù)的傳輸速率，同時也有效地改善了系統(tǒng)的容量和覆蓋，降低了運營成本，而這些都是地鐵在運營中重點關注的問題，因此，正是由于這些優(yōu)勢使得其在地鐵中具有很好的可行性。

3 地鐵中TD-LTE與WLAN技術相比的優(yōu)勢

目前，很多已建的城市地鐵中，WLAN技術都是應用的主要技術，但是該種技術雖然應用簡便，但是不足之處也是比較多的，比如，WLAN技術存在著較多的干擾源、安全性比較差、覆蓋范圍比較小、帶寬低等，面對著當前地鐵系統(tǒng)中不斷增長的業(yè)務需求，WLAN技術顯然已經(jīng)顯得力不從心而急需一套穩(wěn)定的傳輸系統(tǒng)用于車地之間的數(shù)據(jù)傳輸，在這種情況下，TD-LTE技術就開始進入到了人們的視野中，并發(fā)揮出了其重要的作用：

第一，和WLAN技術相比，其在高速移動性能方面表現(xiàn)得更加突出，理論上500km/h移動速度以下都能夠有效適應，這完全可以滿足地鐵列車的移動特性。

第二，專用運行頻段也是TD-LTE的突出特征，也即是說，該種技術幾乎不存在著干擾的問題，這點也是WLAN技術所無法企及的。

第三，我國很多城市都在嘗試建設城際快軌、地鐵，有部分列車的速度甚至超過了120km/h。而筆者根據(jù)目前車地無線系統(tǒng)只能適用于120km/h以下的移動速度，尤其對于CBTC系統(tǒng)中的無線通信，如果列車的速度超過了120km/h，發(fā)生誤碼率的情況就會急劇增加，從而很難滿足CBTC系統(tǒng)的傳輸需要。而面對著這種情況，TD-LTE技術的應用很好地滿足了地鐵的這種需求。

第四，對于LTE技術來說，其還制定和完善了QoS體系（服務質(zhì)量體系），其能夠根據(jù)系統(tǒng)中不同的業(yè)務來定義不同的QoS保障策略，同時針對不同的業(yè)務進行區(qū)分，定義不同的QoS保障策略。

第五，LTE能很好地支持移動狀態(tài)下上行視頻圖像的上傳。

4 地鐵中TD-LTE技術的具體覆蓋方案

4.1 LTE的覆蓋方案設計

在當前很多地鐵中，需要在覆蓋方案中接入的系統(tǒng)非常多，而且對覆蓋的要求也比較高。再加上地下空間小、設備安裝空間有限，因此本文主要探討了采用多頻分合路器（POI）對各系統(tǒng)信號進行合路后通過同一套天饋進行覆蓋。而在具體的設計中，站廳和站臺采用柜式POI，而隧道區(qū)間采用壁掛式POI。

4.1.1 站廳和站臺的區(qū)域覆蓋。在車站的站廳和站臺區(qū)域采用帶寬全頻段吸頂進行覆蓋，其中上行和下行分開，間距大約為1.25米，垂直走廊布放。對室內(nèi)天線的出口功率進行合理控制，做到小信號均勻覆蓋。相應的覆蓋原理圖主要如下圖1所示：

4.1.2 隧道區(qū)間的覆蓋。在地鐵列車的運行中，大多數(shù)的時間都是在隧道中，而在該區(qū)域的TD-LTE技術覆蓋，主要采用漏泄同軸電纜來實現(xiàn)該區(qū)域的信號覆蓋，其中上、下行各一根。同時根據(jù)相應的漏纜鏈路損耗以及切換分析，為了保證足夠的切換區(qū)域，建議LTE信源的距離應該在500米以內(nèi)。相應的，地鐵隧道區(qū)域的覆蓋原理圖如圖2所示：

4.2 TD-LTE的切換技術

在地鐵中應用TD-LTE，主要需要考慮到在地鐵出入口、站廳站臺、隧道內(nèi)以及隧道口與地面四個方面的

切換。

4.2.1 地鐵在出口與入口之間的切換，當乘客需要出入站廳時，就會產(chǎn)生地上與地下的切換問題，很容易由于電扶梯的日益衰落、人群對信號的衰落等各種原因帶來了信號重疊區(qū)不能夠滿足相關要求的現(xiàn)象。針對該種問題，就可以考慮在出入口布設天線，使得交疊區(qū)能夠在出入口通道的附近。而針對于LTE技術來說，可以將邊緣場強的數(shù)值控制在-105dBm之上，這樣就可以有效實現(xiàn)信號的平滑切換。

4.2.2 站廳與站臺間的切換。一般情況下，站廳是單獨作為一個區(qū)域，與站臺之間也存在著切換問題，根據(jù)地鐵空間的實際情況，可以在站廳、站臺電梯附近分別布設天線，LTE切換時延取值為500ms，如果自動扶梯取值為0.65m/s，則可以要0.5×0.65×2=0.65m以上的信號重疊區(qū)，同時仍然還要保證將邊緣場強控制在

-105dBm以上，以使其能夠滿足相應的覆蓋要求。

4.2.3 區(qū)間隧道內(nèi)的切換。當列車運行在區(qū)間隧道內(nèi)，經(jīng)過兩個不同小區(qū)的重疊覆蓋區(qū)域之時，對重疊區(qū)域的切換規(guī)劃，過渡區(qū)域A、切換距離B以及保護距離C是需要重點考慮的三個重要因素。在對這三個因素進行重點考慮的基礎上，可以采用RRU同小區(qū)技術，基于相應的劃分原則，對站臺與地鐵隧道劃分為相應的小區(qū)，在具體的劃分時，應該基于實際情況進行，盡量做到數(shù)量、區(qū)域大小相協(xié)調(diào)，以保證LTE的信號能夠在不同的區(qū)域中進行平滑的切換。

4.2.4 還應該對地面和隧道口之間的切換進行考慮，在對這一因素進行考慮時，如何能夠保證列車在切換過程中的充足時間問題是需要重點考慮的，可以采用從隧道內(nèi)向隧道外延伸足夠長度漏纜的方法，這樣就能夠與室外的小區(qū)有效形成重疊的覆蓋區(qū)，繼而使得通信的可靠、連續(xù)性得到有效增加。

4.3 TD-LTE的抗干擾分析

由于在地鐵中存在著各種系統(tǒng)的干擾，因此，對于其中應用的TD-LTE技術也應該對抗干擾引起足夠的重視。而有關的干擾主要有雜散干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾三種。

4.3.1 雜散干擾。對于LTE雜散輻射該項指標來說，3GPP以及國際電信聯(lián)盟（ITU）都做出了詳細的規(guī)定：通常情況下，基站的發(fā)射機頻段為9～12.75GHz，當然，發(fā)射機本身的工作頻段除外，雜散輻射功率電平上限為-36dBm。而同時按照我國的工業(yè)和信息化部CCSA設備指標的規(guī)定：雜散輻射功率電平上限為

-65dBm，因此雜散設備指標按照-65dBm進行計算。

4.3.2 互調(diào)干擾。根據(jù)物理的原理，所有的器件都存在非線性的情況，即當信號經(jīng)過非線性器件時，會衍生出各階諧波。當產(chǎn)生的次生諧波落在其他系統(tǒng)的頻率范圍內(nèi)，就會對其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

4.3.3 阻塞干擾。對于阻塞干擾來說，在地鐵工程中涉及的機會并不多，這是因為TD-LTE的設備輸出功率比較低，而且通過相關的分析也知道其他干擾落在有用信號內(nèi)的干擾信號十分微弱，因此阻塞干擾機會不會發(fā)生。換句話說，也即是在滿足雜散干擾的情況下，阻塞干擾幾乎是不用考慮的。

5 結語

總之，TD-LTE作為一種先進的無線通信技術，由于具有高可靠性、高帶寬等一系列明顯的優(yōu)勢，是其他無線通信技術所無法相比的，而通過實踐也證明，將該種技術應用到地鐵中，發(fā)現(xiàn)其不僅丟包率低、穩(wěn)定性強，而且穩(wěn)定性強，從而有效滿足城市軌道交通的多種業(yè)務綜合承載需要，因此在未來城市軌道交通領域中有著非常廣闊的應用前景。

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作者簡介：何昀（1975-），男，浙江諸暨人，浙江眾合科技股份有限公司工程師，研究方向：城市軌道交通工程設計。

（責任編輯：小 燕）