LTE-M在城市軌道交通中的運用

鄧杰

摘要：軌道交通的發(fā)展方便了人們出行，而車地的通信問題也需要穩(wěn)步提升。從有線車地通信到現(xiàn)在的無線通信，車地通信質(zhì)量越來越好。其中LTE-M技術(shù)發(fā)揮了很重要的作用。本文從軌道交通的無線通信情況為基礎(chǔ)，分析LTE-M技術(shù)在軌道交通的應用，同時為更好的使用LTE-M技術(shù)提供參考，進一步促進城市的社會經(jīng)濟交流。

關(guān)鍵詞：無線通信;LTE-M技術(shù);通信質(zhì)量

傳統(tǒng)的基于窄帶的Tetra技術(shù)在城市軌道交通中呈現(xiàn)出服務單一、功能簡單的特性。但是現(xiàn)有的寬帶技術(shù)不但能夠帶來傳統(tǒng)的語音集群技術(shù)，還可以提供視頻業(yè)務和多媒體業(yè)務。同時，可為信號CBTC業(yè)務提供寬帶傳輸通道，滿足信號車地無線通信的要求。

一、LTE-M技術(shù)發(fā)展的背景

在LTE-M技術(shù)發(fā)展之前，WLAN 技術(shù)作為比較成熟的無線通訊技術(shù)，就已經(jīng)在軌道交通領(lǐng)域中進行初步應用，但是WLAN技術(shù)的大量使用也造成了通信頻段的疊加，導致通信質(zhì)量的下降，嚴重的可能引發(fā)軌道交通系統(tǒng)網(wǎng)絡的安全問題。此外，WLAN技術(shù)頻段使用2.4GHz的工作設(shè)備以及工作頻段，基本上為公開頻段，通信的穩(wěn)定和質(zhì)量不能得到保證。當前智慧城市的建設(shè)設(shè)立了大量的4G工作基站和5G 工作基站，使得原本紛亂的電磁工作環(huán)境變得更加復雜多變，通信終端的大面積增加對軌道交通的通信系統(tǒng)的干擾也大幅度增加。

為了讓軌道交通通信質(zhì)量得到保證，城市軌道交通的工作頻段從原先的頻段更改為1785—1805 MHz頻段。該無線通信系統(tǒng)可以在LTE上運行。充分利用專用頻段，建設(shè)創(chuàng)新型城市軌道交通地面無線通信系統(tǒng)，通過城市軌道交通協(xié)會技術(shù)設(shè)備委員會的合作，制定了軌道交通行業(yè)標準。預計LTE-M系列技術(shù)標準統(tǒng)一，開展城市軌道交通地面無線通信系統(tǒng)的標準化生產(chǎn)，解決不同信道間的接口問題;使不同線路的有線通信系統(tǒng)相互通信。LTE-M系列的規(guī)范包括不同的類型：系統(tǒng)需求、架構(gòu)和功能規(guī)范、接口規(guī)范、系統(tǒng)組件、測試規(guī)范和技術(shù)規(guī)范。

二、LTE-M 技術(shù)在城市軌道交通中的架構(gòu)

LTE-M技術(shù)架構(gòu)的引入，做到了不同地區(qū)之間信息的即時交換，進而實現(xiàn)了城市軌道交通行業(yè)中常規(guī)用戶和移動用戶之間的溝通和連接，并為其提供了安全便捷的通訊方式，落實了控制部門和管理人員，維護人員之間的無縫縫銜接。無線通信系統(tǒng)為列車和地面提供有線列車服務。列車有線換乘信息主要包括沿線語言集群（中央分配器與司機、移動用戶之間的通信）、數(shù)據(jù)（信號控制信息、售票系統(tǒng)交易等數(shù)據(jù)信息、車輛狀態(tài)、應急信息等）、視頻（車載視頻）的傳輸，其中自動駕駛系統(tǒng)是保障道路安全、增強運輸效率以及監(jiān)管水平，增強服務水平的重要方式。

2.1 EPC、核心交換機、調(diào)度服務器、網(wǎng)管服務器、二次開發(fā)服務器、錄音服務器等將位于控制中心，EPC通過傳輸網(wǎng)絡正線設(shè)備機房中使用的基站（BBU）建立IP連接，實現(xiàn)LTE-S1接口和網(wǎng)絡管理可以實時監(jiān)控整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。

2.2在正線設(shè)備信號室和車輛段布置無線基站。借助傳輸系統(tǒng)所專有的設(shè)施，BBU實現(xiàn)了PC以及BBU之間IP信息通道的連接，同時還借助光纖技術(shù)，還與沿線的RRU相連接。BBU借助全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GPS）來當作自身的同步手段，時鐘服務器作為備份同步方案。

2.3軌旁布置射頻單元RRU和定向天線覆蓋軌道，定向天線覆蓋車輛段和停車場。

2.4在列車前部和后部分別設(shè)置1個車載TAU，用于列車語音調(diào)度和車地無線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)信息接入。系統(tǒng)速率規(guī)劃方案采用5MHz帶寬的雙網(wǎng)同頻網(wǎng)絡承載寬帶集群業(yè)務、信號業(yè)務信息、PIS應急文本、車載視頻監(jiān)控圖像上傳等。系統(tǒng)的無線覆蓋指標為：列車車頂天線增益處的最小參考信號接收功率不小于-95 DBM，信號干擾噪聲比不小于3 dB。采用適合現(xiàn)場的各種無線覆蓋方式。

三、LTE-M 技術(shù)的特點及優(yōu)勢

3.1傳輸速率高且抗干擾能力強

LTE-M是為適應物聯(lián)網(wǎng)而提出的一種技術(shù)。它源于TD-LTE技術(shù)，適用于高速移動環(huán)境。采用專用頻段及相關(guān)抗干擾技術(shù)，避免了公共開發(fā)模式的頻段干擾和系統(tǒng)內(nèi)部干擾。

3.2覆蓋范圍廣，穩(wěn)定性及兼容性強

LTE-M的覆蓋范圍可以達到傳統(tǒng)WiFi的3倍，并且該技術(shù)可以與軌道交通中應用的現(xiàn)有技術(shù)如MIMO、OFDM等兼容，同時由于其起源于現(xiàn)有成熟的通信傳輸技術(shù)，具有很強的穩(wěn)定性。

3.3簡化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，易維護

與傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡相比，LTE-M具有更大的覆蓋范圍，相應的無線設(shè)備需求減少，設(shè)備的維護方式也得到了大幅度的降低，進而系統(tǒng)的維護成本也得到了顯著的減少。

四、LTE-M 技術(shù)在城市軌道交通中的實際應用案例

作為我國通信產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)者，華為借助增強自主創(chuàng)新能力，積極參加TD-LTE和演進版TD-LTE+的標準化工作以及TD-LTE產(chǎn)品的研發(fā)，進而合格的做到了POC測試，在工業(yè)和信息化部組織的TD-LTE概念驗證和物聯(lián)網(wǎng)的同時，積極參與中國移動組織的“6+1”城市規(guī)模試驗工作，承包建設(shè)TD-LTE規(guī)模試驗網(wǎng)，為LTE-M的研究積累了足夠的技術(shù)和經(jīng)驗。

例如現(xiàn)階段的莆田市LTE-M軌道交通系統(tǒng)，將現(xiàn)代軌道交通通信工作作為自身的工作準則，以此來追求交通系統(tǒng)運行過程中監(jiān)管以及控制系統(tǒng)的安全性以及可靠性，科學地落實了城市軌道交通系統(tǒng)通信工作的有機統(tǒng)一。面對現(xiàn)代城市軌道交通運營中高速車輛運營、實時視頻監(jiān)控和寬帶車輛服務的趨勢和挑戰(zhàn)，本系統(tǒng)提供了一種全新的寬帶無線信道，即建立一套網(wǎng)絡，提供專業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸，同時提供視頻傳輸和寬帶集群服務。

此LTE-M無線網(wǎng)絡系統(tǒng)解決方案已應用于青島地鐵13號線智能控制系統(tǒng)、甘肅天水有軌電車智能控制系統(tǒng)、廣州黃埔有軌電車1號線智能控制系統(tǒng)。廣州市黃浦區(qū)有軌電車1號線（長嶺居蘿崗）起于香雪站，止于永和新豐站。全線約14.34km，路基段長度約12.05km，橋梁段長度約1.51km，框架及U型槽長度約0.78km，平均站間距約0.75km，最大站間距約1.18，最小站間距0.37km（香雪站至凱洛大道站）。

五、總結(jié)

城市軌道交通建設(shè)越來越密集。作為軌道交通運營的核心，車地通信技術(shù)的應用越來越受到重視。本文主要探討了LTE-M車地無線通信技術(shù)在城市軌道交通中的應用，重點分析了LTE-M車地無線通信技術(shù)的技術(shù)框架和技術(shù)優(yōu)勢，通過在實際工程項目中實施技術(shù)解決方案，進一步探討了LTE-M技術(shù)在城市軌道交通中的應用。

參考文獻

[1]銀超.安全風險管理在軌道交通建設(shè)工程中的研究與應用[J].技術(shù)與市場，2020（09）：168-169.

[2]黃云鍇，儲松潮，潘焱堯，潘毓嫻，汪威，汪成功.軌道交通用電容器預期壽命與應用的探討[J].電力電容器與無功補償，2020（04）：47-50.