LTE在地鐵信號系統(tǒng)車地通信應(yīng)用中的探討

房偉海

（濟南軌道交通集團第一運營有限公司，濟南 250102）

0 引言

全國各城市正在建設(shè)大型地鐵以緩解交通擁堵。地鐵作為現(xiàn)代人的重要交通工具，具有交通量大，運輸速度快，準(zhǔn)時快的特點，對緩解交通問題具有重要意義。然而，在地鐵運行過程中，其通信信號容易受到干擾，影響地鐵的正常運行，甚至造成事故。因此，地鐵交通的安全性逐漸受到社會的關(guān)注。LTE技術(shù)具有高帶寬，低延遲，抗干擾的特點，可以滿足新一代移動通信技術(shù)對高速率，低延遲，寬覆蓋的要求。將LTE技術(shù)引入地鐵信號系統(tǒng)，可以大大提高軌道交通的安全可靠性和服務(wù)質(zhì)量，為用戶提供更安全，更快捷的服務(wù)。

1 LTE技術(shù)

LTE技術(shù)是3GPP組織制定的移動通信系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進(jìn)，也是第四代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。LTE技術(shù)已被引入OFDM，MIMO等技術(shù)，以提高數(shù)據(jù)傳輸和頻譜的效率。允許更大的系統(tǒng)容量和覆蓋范圍，以及更靈活的頻譜分配。LTE技術(shù)應(yīng)用的多級QoS算法可以有效保證網(wǎng)絡(luò)密鑰數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。由于QoS通常設(shè)置在交換機或路由器上，因此其功能范圍包括帶寬，設(shè)置ACK，ICMP優(yōu)先級和限制P2P。LTE技術(shù)已被引入中國的新地鐵項目，實現(xiàn)地鐵車載信號設(shè)備與軌旁信號設(shè)備之間的無線通信。濟南地鐵1、2、3號線信號系統(tǒng)車地?zé)o線通信都將采用LTE技術(shù)。

2 技術(shù)優(yōu)勢

2.1 抗干擾

采用WLAN車地?zé)o線通信技術(shù)為代表的前期開通的地鐵線路中，車地通信頻繁丟失，導(dǎo)致列車緊制時有發(fā)生，為運營安全和行車效率帶來了很大難題。而LTE比WLAN車地?zé)o線通信技術(shù)具有更好的抗干擾能力，比WIFI具有更大的覆蓋范圍和穩(wěn)定性。LTE已成為目前乃至未來新開通線路的標(biāo)配。

2.2 可靠性高

LTE寬帶系統(tǒng)配置，LTE選擇扁平網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點小，占地面積大，因此可以提高社區(qū)服務(wù)質(zhì)量，嚴(yán)格管理系統(tǒng)，可以保證LTE，進(jìn)程實施多普勒效應(yīng)，確保通信成功率，確保地鐵運行的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴TE技術(shù)還可以實現(xiàn)多小區(qū)共享，解決網(wǎng)絡(luò)延遲，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和丟失等問題，保證寬帶的穩(wěn)定性。

2.3 綜合數(shù)據(jù)傳輸

LTE是一種運行在包域中的技術(shù)。整個系統(tǒng)基于分組交換，該系統(tǒng)在峰值速率、平均吞吐量和鏈路頻率利用率方面具有無可比擬的優(yōu)勢。軌道交通對運行安全和服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求。在地鐵運營中，LTE的應(yīng)用為綜合承載提供了可行性。通過LTE技術(shù)，行車調(diào)度員不僅能利用信號系統(tǒng)指揮行車，更可以通過LTE網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)囊曨l、數(shù)據(jù)和語音支持，實現(xiàn)地鐵可視調(diào)度，方便調(diào)度人員根據(jù)人流和車站交通狀況進(jìn)行實時監(jiān)控。在緊急情況下，調(diào)度員可以迅速做出反應(yīng)，將損失降到最低。

3 可行性分析

3.1 安全機制方面

LTE技術(shù)可以為列車運行提供實時監(jiān)控。在緊急情況下，ATS系統(tǒng)會及時將異常情況傳送給行車指揮或設(shè)備維護工作人員，他們可以快速到達(dá)現(xiàn)場并及時處理，以確保列車運行的安全。但是，這些數(shù)據(jù)在傳輸過程中，對網(wǎng)絡(luò)安全提出了更高的要求，如果LTE技術(shù)無法為用戶提供更安全的服務(wù)保障，那么LTE新技術(shù)的應(yīng)用將成為空談。LTE技術(shù)遵循3G技術(shù)的安全策略。EPC密鑰與NAS信號保護密鑰分離，并且使用該密鑰計算EPC密鑰。EPC密鑰是認(rèn)證密鑰協(xié)議過程中的NAS的EPC和終端。用戶進(jìn)入LTE系統(tǒng)，EPC與RRC連接，并將B密鑰發(fā)送自序列號加密和安全系統(tǒng)輸入保護，通常使用智能序列號到B，相同的序列號，如果需要使用安全性，超幀限制序列號上傳次數(shù)。

3.2 時延要求

LTE技術(shù)可以提供更高的上行鏈路和下行鏈路運行速率，為地鐵信號數(shù)據(jù)傳輸提供高質(zhì)量分配。車地通信系統(tǒng)采用LTE技術(shù)，可以縮短數(shù)據(jù)交互的時延，最大限度地提高車載信號ATP設(shè)備與地面ATP安全數(shù)據(jù)交互。LTE使用eNodeB系統(tǒng)來簡化網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供更高的頻率效率，更低的復(fù)雜性和延遲。LTE技術(shù)的具體延遲要求包括：控制面板從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間＜50ms，用戶平面單向傳輸延遲不能小于5ms，遷移時間狀態(tài)從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)＜100ms。LTE技術(shù)采用遠(yuǎn)程覆蓋技術(shù)，無縫切換算法等高移動性措施，可有效保證高速地鐵列車的低延遲。

4 展望

目前，國內(nèi)地鐵的信號系統(tǒng)無線通信技術(shù)主要包括WLAN技術(shù)等。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對地鐵信號數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化程度提出了越來越高的要求。為了給乘客帶來更好的乘車體驗，必須不斷優(yōu)化地鐵車地通信。因此，必須創(chuàng)建更好的寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。由于其高數(shù)據(jù)速率和低網(wǎng)絡(luò)延遲，LTE技術(shù)已廣泛應(yīng)用于三大電信運營商無線通信系統(tǒng)。然而，LTE技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)車地通信中應(yīng)用仍處于發(fā)展階段，仍存在許多問題，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。LTE技術(shù)是在技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這是技術(shù)的發(fā)展方向。相關(guān)研究表明，基于LTE技術(shù)的無線系統(tǒng)可以滿足城市地鐵交通的基本數(shù)據(jù)傳輸需求。據(jù)統(tǒng)計，與沒有LTE技術(shù)的車載無線系統(tǒng)相比，地鐵采用的無線通信系統(tǒng)具有移動速度快，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，帶寬大，擴展性好的優(yōu)點。因此，應(yīng)重視LTE技術(shù)在地鐵信號系統(tǒng)車地?zé)o線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，以緩解當(dāng)前的城市交通壓力。

5 結(jié)束語

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，LTE技術(shù)將在未來軌道交通信號系統(tǒng)中得到更多應(yīng)用。LTE已成為軌道交通信號車地?zé)o線通信技術(shù)發(fā)展的趨勢。然而，LTE技術(shù)仍處于發(fā)展的初級階段，實際運行中仍存在許多問題。因此，我們需要我們的技術(shù)人員進(jìn)一步完善和完善網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)信號車地通信傳輸質(zhì)量，為地鐵運營提供安全可靠、準(zhǔn)點高效的保障。