陳靜

（南昌軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司）

摘 要： 隨著車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸實(shí)時性要求不斷提高，以及禮車旅客信息系統(tǒng)中多媒體數(shù)據(jù)流傳輸寬帶需要的不斷增加，以WLAN為代表的車地?zé)o線通信技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足地鐵行業(yè)的需要，本文主要闡述了LTE技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用及其優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞： 地鐵；LTE技術(shù)；應(yīng)用

1.背景

隨著我國城市化進(jìn)程不斷加深，城市人口空前膨脹，公共交通已經(jīng)成為困擾各大城市的頑疾，地鐵作為城市公共交通客運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分，以其大眾化，大運(yùn)量以及安全、舒適、快捷、準(zhǔn)時的特點(diǎn)成為最受歡迎的交通工具。

地鐵列車上的旅客信息系統(tǒng)委托多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以車載顯示器向媒介旅客提供信息服務(wù)，包括乘車須知、列車到發(fā)時間、各類公告、媒體新聞等信息，在火災(zāi)、阻塞及恐怖襲擊等非正常情況下，提供動態(tài)緊急疏散提示。

2.LTE技術(shù)概述

LTE是指長期演進(jìn)技術(shù)，是第4代的移動通信標(biāo)準(zhǔn)，它是由3GPP組織制定的長期演進(jìn)，它也是UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的Long term evolution。LTE技術(shù)適合在高速的移動環(huán)境使用，按照理論來講，它移動速度可以被允許在500km/h；因?yàn)長TE使用的是專用頻段，所以抗干擾性很強(qiáng)；LTE可以很好的支持視頻、圖像的傳輸。LTE采用分組傳輸、低延時，能夠在地鐵高速移動情況下實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋的高數(shù)據(jù)率。LTE能夠在20MHz頻譜帶寬下提供下行100Mb/s，上行50Mb/s的峰值速率。LTE技術(shù)在解決帶寬和移動性上具有優(yōu)勢。技術(shù)發(fā)展較為成熟，產(chǎn)業(yè)鏈豐富完善。TD-LTE技術(shù)可以充分地利用通信信道對稱性的特點(diǎn)，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度，提高系統(tǒng)性能，并且系統(tǒng)高層總體上可以與FDD保持一致，更好地實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸融合。

和3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比而言，LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身具備著一定的優(yōu)勢，首先LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具備著高數(shù)據(jù)速率，能夠?qū)崿F(xiàn)分組傳送大數(shù)據(jù)，降低網(wǎng)絡(luò)延遲，并且該項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的覆蓋范圍相比較其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而言更為廣泛，能夠完成向下兼容等技術(shù)難題，所以該項(xiàng)技術(shù)被專家學(xué)者們認(rèn)為是3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步向4G發(fā)展的最為重要的主流技術(shù)。就現(xiàn)今而言，大部分的主流運(yùn)營商對于LTE標(biāo)準(zhǔn)都是表示支持的態(tài)度，這為長期演進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而言，具有著十分重要的影響作用。

目前，在我國新建地鐵項(xiàng)目中，開始逐步引入LTE技術(shù)實(shí)現(xiàn)車-地?zé)o線通信。國內(nèi)鄭州的一號線地鐵建設(shè)時，最先將LTE技術(shù)用在無線車地通信上。目前，全國各地包括廣東的地鐵新線建設(shè)中，LTE技術(shù)已被作為一種成熟的技術(shù)廣泛的應(yīng)用于地鐵PIS無線車地通信中。

3.LTE技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用

3.1地鐵的LTE需求

車載CCTV的安全需求。LTE可為車載CCTV提供較為清晰的視頻傳輸，同時保證列車的運(yùn)行以及車廂內(nèi)乘客的情況得以實(shí)時監(jiān)控，保障能夠?qū)崟r傳輸動態(tài)圖像，及時處理各項(xiàng)突發(fā)事件和治安問題。列車運(yùn)行的突發(fā)問題能夠提供明顯提示，確保運(yùn)營的絕對安全。利用LTE技術(shù)，使得列車上的各項(xiàng)設(shè)備能夠準(zhǔn)確接受系統(tǒng)發(fā)出的信息，用于車廂內(nèi)各項(xiàng)信息的播報(bào)，使乘客得到正確的引導(dǎo)，正確的換乘地鐵。

乘客信息服務(wù)系統(tǒng)的需求。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已成為人們生活中的重要組成部分，同時也成為了乘客需要服務(wù)的部分。LTE技術(shù)可為地鐵提供高品質(zhì)視頻傳輸，縮短延時，盡可能保證實(shí)時播放各種新聞、賽事及娛樂節(jié)目等，使人們的需求得以滿足。

增值業(yè)務(wù)需求。由于LTE可進(jìn)行高清傳輸且能夠有效縮短延時，因而可為各類高清廣告提供有效的實(shí)時播放平臺?？梢詫Φ罔F各個時段的客流量及乘客人群進(jìn)行調(diào)查，合理的確定投放廣告的類型及數(shù)量，帶來經(jīng)濟(jì)效益，從而降低運(yùn)營成本。

網(wǎng)絡(luò)安全需求。LTE網(wǎng)絡(luò)需要通過對容災(zāi)進(jìn)行備份而為地鐵安全數(shù)據(jù)提供可靠性的保證。首先就要采用雙層網(wǎng)絡(luò)與雙網(wǎng)冗余實(shí)現(xiàn)對核心網(wǎng)的接，eNodeB板卡要進(jìn)行冗余配備，然后再采用雙頻和雙網(wǎng)對其進(jìn)行交織與覆蓋，必須要在系統(tǒng)安全冗余有保證的前提下，避免同頻干擾，從而為網(wǎng)絡(luò)的性能及其安全提供保證。

3.2干擾問題

LTE技術(shù)使地鐵運(yùn)營更加安全、便捷、舒適。同時，引入LTE之后，也會帶來一些問題，如系統(tǒng)間的干擾問題。通過有效的技術(shù)手段和建設(shè)手段完全可以降低干擾，使地鐵中的各種無線通信系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。

對于任意一個通信系統(tǒng)下處于工作中的接收機(jī)來說，別的通信系統(tǒng)發(fā)出的信號都是干擾信號。這些干擾主要包括阻塞干擾、互調(diào)干擾和雜散干擾等，而對于地鐵的LTE無線車地通信系統(tǒng)，它的主要干擾來源是LTE的自身的同頻率干擾和WLAN、公網(wǎng)信號等其他的無線網(wǎng)絡(luò)。而其中，針對同頻率干擾，它可以進(jìn)行IRC、ICIC、調(diào)度算法等方法來小區(qū)間的消除、干擾控制和協(xié)調(diào)。（1） IRC技術(shù)：它是說在地鐵上，因?yàn)楦鬈囬g有間隔，按照CBTC信號系統(tǒng)的要求，各車間隔不能小于90s，而列車運(yùn)行的平均車速是50km/h，那么90s行車間的距離是1250m。（2）ICIC技術(shù)：它是說經(jīng)過頻率規(guī)劃，來達(dá)到小區(qū)的中心有相同的頻率，而相鄰的兩小區(qū)邊緣不同頻率的配置，這樣可以使小區(qū)中心的吞吐量最大化，并且確保小區(qū)的邊緣信噪比較高，來實(shí)現(xiàn)小區(qū)邊緣速率的提高。

多徑干擾是指無線信號在地鐵無線車地通信系統(tǒng)中從發(fā)射天線開始，通過許多個路徑最終到達(dá)接收天線需要的不同的傳播時延。地鐵區(qū)間是通過泄漏電纜的方式達(dá)到覆蓋，來減少多徑造成的時延差，保證信號的傳播路徑有限。這樣可以減少多徑干擾。而且，LTE技術(shù)本身就使用了OFDM技術(shù)和增加循環(huán)前綴相結(jié)合的方法對抗多徑干擾。

4. LTE技術(shù)優(yōu)勢

若要從根本上解決無線通信中的干擾問題，保證通信系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定的工作，智能通過采用專用頻段及更新進(jìn)的無線通信技術(shù)來解決。因此，LTE技術(shù)的出現(xiàn)，堪稱車地?zé)o線通信干擾問題的救星，其主要具備以下幾個優(yōu)勢：

（1）以分組域業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)，系統(tǒng)在整體架構(gòu)上基于分組交換。

（2）在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。0～120 km/h移動場景下平均吞吐速率達(dá)到60Mbps，上行速率16Mbps，下行速率44Mbps。

（3）LTE技術(shù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率和頻譜利用率高。

（4）支持成對或非成對頻譜，可靈活配置1.4MHz-20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬。TDD LTE可以調(diào)整上下行流量。

（5）扁平化組網(wǎng)方案，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單，網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)少，系統(tǒng)可靠性高。

（6）增加小區(qū)邊界比特速率，提供1bps/Hz的小區(qū)邊緣速率。小區(qū)覆蓋半徑可達(dá)100km。

（7）嚴(yán)格的QoS機(jī)制保證實(shí)時業(yè)務(wù)（如VoIP）的服務(wù)質(zhì)量。

（8）采用頻偏補(bǔ)償機(jī)制，有效克服多普勒效應(yīng)，確保高速移動場景下的無線鏈路質(zhì)量。

（9）切換時參考頻率偏移變化，提高切換成功率，保證高速切換場景下的帶寬穩(wěn)定。

（10）多RRU共小區(qū)，減少由于切換帶來的時延、抖動、丟包，保證高速切換場景下的帶寬穩(wěn)定。

（11）無須在隧道中另外布設(shè)天線，可共用商用通信的泄漏電纜。隧道內(nèi)單個RRU覆蓋1.2KM漏纜，能夠提供穩(wěn)定的覆蓋。

（12）LTE技術(shù)采用扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地縮短了端到端的數(shù)據(jù)傳輸時延，更加滿足城市軌道交通特別是信號系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

5. 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國城市地鐵線網(wǎng)逐步形成，客流量持續(xù)高速增長。地鐵在為乘客提供安全快捷交通服務(wù)的同時，保障連續(xù)的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋將成為提升綜合服務(wù)水平的重要手段。LTE技術(shù)具有高帶寬、低時延、抗干擾等特點(diǎn)。將LTE技術(shù)引入地鐵車-地?zé)o線通信系統(tǒng)，充分利用LTE的特點(diǎn)，提高地鐵交通運(yùn)輸?shù)姆?wù)質(zhì)量，提升乘客服務(wù)體驗(yàn)。

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