LTE 技術在地鐵信號系統(tǒng)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(tǒng)中多媒體數據流傳輸帶寬的不斷增加，以WLAN 系統(tǒng)為主的車地無線通信技術已不能完全滿足地鐵行業(yè)的需要。LTE 技術覆蓋距離廣、帶寬高、并發(fā)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(yè)無線專網發(fā)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(tǒng)中的應用，LTE 技術也被應用到地鐵信號系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)容量和覆蓋也顯著提升。LTE 技術和傳統(tǒng)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(yōu)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(qū)間覆蓋、高移動性、高帶寬等特點，高速移動性支持和綜合業(yè)務承載的優(yōu)先級調度都可以由其來提供，并且無線數據業(yè)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(qū)間干擾協(xié)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(yè)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(wěn)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(tǒng)，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(yōu)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(yōu)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(tài)，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(tǒng)均于2015年完成招標，中國城市軌道交通協(xié)會還并沒有發(fā)布《關于推薦城軌交通項目新建CBTC 系統(tǒng)使用1.8G 專用頻段和LTE 綜合無線通信系統(tǒng)的通知》，因此，信號系統(tǒng)按WLAN 技術進行招標建設。在設備系統(tǒng)實施階段，結合信號的建設方案及LTE 技術的優(yōu)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(yè)務及下行PIS 業(yè)務。

3.1 系統(tǒng)組成

LTE 系統(tǒng)主要由車輛段和區(qū)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(tǒng)在隧道區(qū)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(tǒng)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(qū)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(qū)間增加RRU。車輛段覆蓋區(qū)域大，區(qū)域內列車數量多，數據傳輸的并發(fā)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(qū)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(tǒng)網絡后，由網絡給TAU 終端下發(fā)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(fā)切換動作，讓TAU 從原先小區(qū)切換到信號強度較好的小區(qū)。

4 結語

LTE 技術在長春地鐵1 號線乘客信息系統(tǒng)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(tǒng)的應用效率。相信隨著科學技術的發(fā)展，LTE技術將在城市軌道交通領域發(fā)揮更大的作用。