姜 亭

（長(zhǎng)春市軌道交通集團(tuán)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

隨著車載視頻傳輸實(shí)時(shí)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(shù)據(jù)流傳輸帶寬的不斷增加，以WLAN 系統(tǒng)為主的車地?zé)o線通信技術(shù)已不能完全滿足地鐵行業(yè)的需要。LTE 技術(shù)覆蓋距離廣、帶寬高、并發(fā)用戶數(shù)多、抗干擾能力強(qiáng)、安全可靠等特點(diǎn)，正在成為軌道交通行業(yè)無(wú)線專網(wǎng)發(fā)展新技術(shù)的選擇。隨著LTE 技術(shù)在民用通信中逐漸成熟以及在地鐵通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，LTE 技術(shù)也被應(yīng)用到地鐵信號(hào)系統(tǒng)中。

1 LTE 技術(shù)概述

LTE (Long Term Evolution) 是由3GPP 組織制定的UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)，于2004年12月在3GPP 多倫多會(huì)議上正式立項(xiàng)并啟動(dòng)。該項(xiàng)技術(shù)主要是在3G 基礎(chǔ)上進(jìn)行演進(jìn)，介于4G 技術(shù)與3G 技術(shù)之間的一項(xiàng)十分重要的過(guò)渡技術(shù)。LTE 系統(tǒng)引入了OFDM 和MIMO 等關(guān)鍵技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)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(shù)和傳統(tǒng)的3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，LTE 技術(shù)通過(guò)改革原有技術(shù)中的空中接入技術(shù)，使可行性得到增加。LTE 技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是傳播速率快，在大數(shù)據(jù)的傳送過(guò)程中，可以采用分組的方式進(jìn)行，提高數(shù)據(jù)傳送的效率。

2 LTE 技術(shù)特點(diǎn)介紹

LTE 技術(shù)具有高擴(kuò)展性、長(zhǎng)區(qū)間覆蓋、高移動(dòng)性、高帶寬等特點(diǎn)，高速移動(dòng)性支持和綜合業(yè)務(wù)承載的優(yōu)先級(jí)調(diào)度都可以由其來(lái)提供，并且無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的安全可靠傳輸通過(guò)安全機(jī)制和抗干擾技術(shù)可以得到保證。LTE 技術(shù)采用接近于全I(xiàn)P 化的扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，集成了適用于寬帶移動(dòng)通信傳輸?shù)谋姸嘞冗M(jìn)技術(shù)，如正交頻分復(fù)用(OFDM)、多輸入多輸出(MIMO)、混合自動(dòng)請(qǐng)求重傳 (HARQ)、自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC)、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC) 等。通過(guò)安全機(jī)制和抗干擾技術(shù)，LTE 技術(shù)可以使無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)傳輸?shù)陌踩煽康玫奖ＷC，既有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中存在的移動(dòng)性差、不穩(wěn)定等問(wèn)題通過(guò)LTE 可以解決，并且其能夠提供一套無(wú)縫漫游、高帶寬車地?zé)o線通信系統(tǒng)，滿足地鐵運(yùn)營(yíng)需求。

LTE 技術(shù)在地鐵無(wú)線通信中的應(yīng)用主要有兩大優(yōu)勢(shì)，一是LTE 在抗干擾方面有著比較完善的技術(shù)。從干擾的檢測(cè)上來(lái)看，LTE 技術(shù)能夠保證對(duì)信道頻域的變化進(jìn)行及時(shí)的跟蹤，并能夠快速做出響應(yīng)；在干擾的控制上，LTE 技術(shù)能對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的控制；LTE 技術(shù)擁有比較完善的編碼、重傳、干擾抑制合并機(jī)制以及擁有毫秒級(jí)的調(diào)度機(jī)制。二是LTE 技術(shù)的高移動(dòng)性。L1E 技術(shù)在移動(dòng)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(chǎng)所，而地鐵在運(yùn)行時(shí)是處于一個(gè)移動(dòng)的狀態(tài)，LTE 技術(shù)采用的是無(wú)縫切換算法和遠(yuǎn)距離的覆蓋，這就使得其具有高移動(dòng)性，能夠滿足地鐵運(yùn)行時(shí)也能連接網(wǎng)絡(luò)。

3 LTE 技術(shù)在長(zhǎng)春地鐵中的應(yīng)用

長(zhǎng)春地鐵1 號(hào)線各設(shè)備系統(tǒng)均于2015年完成招標(biāo)，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)還并沒(méi)有發(fā)布《關(guān)于推薦城軌交通項(xiàng)目新建CBTC 系統(tǒng)使用1.8G 專用頻段和LTE 綜合無(wú)線通信系統(tǒng)的通知》，因此，信號(hào)系統(tǒng)按WLAN 技術(shù)進(jìn)行招標(biāo)建設(shè)。在設(shè)備系統(tǒng)實(shí)施階段，結(jié)合信號(hào)的建設(shè)方案及LTE 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)春地鐵1 號(hào)線采用LTE 技術(shù)組建車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，用于承載上行CCTV 業(yè)務(wù)及下行PIS 業(yè)務(wù)。

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(wú)線合用），車站的LTE 基站BBU、射頻單元RRU 設(shè)備、合路器POI、GPS 天線、控制中心的核心網(wǎng)控制單元設(shè)備、無(wú)線管理工作站以及列車上的無(wú)線接入設(shè)備（含天線） 等組成。

3.2 無(wú)線覆蓋設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在隧道區(qū)間合用專用無(wú)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(dú)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(gè)通道和TETRA 系統(tǒng)使用一個(gè)合路器。通過(guò)鏈路預(yù)算設(shè)計(jì)，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?yàn)?0m，建議RRU 單邊覆蓋不超過(guò)640m。當(dāng)兩站之間站間距大于1280m 時(shí)，區(qū)間增加RRU。車輛段覆蓋區(qū)域大，區(qū)域內(nèi)列車數(shù)量多，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟l(fā)性高。采用4T4R型RRU，采用定向天線掛側(cè)墻安裝的方式進(jìn)行覆蓋。

3.3 切換設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，無(wú)線越區(qū)切換的遲滯為2dB，無(wú)線切換時(shí)延小于50ms，保守計(jì)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(jì)算，切換帶在40m 左右。在TAU 終端接入LTE 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)后，由網(wǎng)絡(luò)給TAU 終端下發(fā)信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)測(cè)量消息，由TAU 終端進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)。TAU 給網(wǎng)絡(luò)上報(bào)測(cè)量報(bào)告消息，網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)報(bào)告消息觸發(fā)切換動(dòng)作，讓TAU 從原先小區(qū)切換到信號(hào)強(qiáng)度較好的小區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

LTE 技術(shù)在長(zhǎng)春地鐵1 號(hào)線乘客信息系統(tǒng)的成功應(yīng)用和開(kāi)通，運(yùn)營(yíng)中其數(shù)據(jù)傳輸速率高、切換快，有效地提升地鐵無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用效率。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LTE技術(shù)將在城市軌道交通領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。