| 标题 | LTE在城市轨道交通车地宽带移动通信中的应用 |
| 范文 | 李鑫 摘 要：随着城市轨道交通的不断发展，其运行速度、带宽需求等不断发生变化，本文结合国内目前城市轨道交通宽带移动通信现状，充分研究了LTE技术特点以及方案的适应性，以期为城市轨道交通宽带移动通信方案设计提供参考。 关键词：城市轨道交通；宽带移动通信；长期演进；无线局域网；移动性；车载 中图分类号： U231 文献标识码：A 0.概述 城市轨道交通宽带移动通信网络在现代城市交通运输中发挥了巨大的作用，主要用来保证车-地间信息交换。城市轨道交通必须具有一套独立的通信网络，从而保证车-地间通信贷款，保证列车和车站之间信息传输无缝漫游。以此为列车提供电视直播服务、信息通信服务以及对列车车厢内的安全监控服务。 1.现状分析 目前城市轨道交通车地通信主要通过无线局域网承载，该网络特性存在一定的弊端，例如需要频繁切换，覆盖率相对较差，带宽低且安全性差，容易受到外界环境干扰。主要表现如下： 抗干扰能力差主要表现在开放频段，难以避免干扰，缺乏系统内抗干扰技术； 移动性差则表现在，无线网不具备抗频偏算法，由于目前无线局域网面向的主要是办公室、宾馆以及机场等固定场所，目的是减少网络布线率，因此在协议标准制定研发时就将目标放在支持步行速度上。 频段灵活性表现在限定在2.4G的20MHz带宽； 建设和维护成本高表现在，轨道交通使用无线局域网就需要每隔200m设置一个AP，不但加大了施工难度，并且后期的维护成本也会大大提升。另外AP功率相对较低，因此无法同泄露电缆连接在一起，此外也很难完全覆盖弯曲隧道。 覆盖距离也相对较短，在实际应用中单个AP覆盖200m。 切换频度高且切换时间长，这主要体现为在80km/h的速度下，9秒切换一次，切换增多影响服务质量；500ms的切换时间将影响实时的视频监控业务质量。 最后在可扩展性方面也相对较差，由于其通信质量相对较差，且安全性相对较低，因此只能服务于要求较为单一的广播业务或视频业务，对于语音集群业务尚无法承载。 2.LTE技术特点及城市轨道交通的适用性分析 2.1 LTE技术特点 移动通信技术随着现代科技的发展也发生了巨大的变化，尤其是无线通信技术，逐渐呈现出IP化、宽带化，并且其以动画也越来越强，因此在通信市场中开始占据一定的市场份额。随着移动通信竞争的家居，3G为了保证其能够在未来拥有更大的发展空间，3GPP的技术研发方向开始向着UTRA长期演进发展，从而实现B3G向着4G的过度。LTE技术研发目标主要为低成本、短时延、高数据传输率，从而扩大系统容量，令覆盖范围更广泛。就目前世界通信发展形势分析，众多研究机构、运营商以及通信设备厂家、通讯组织都开始选择4G演进技术。 LTE技术采用了OFDM、MIMO，以及自适应调制编码技术，同时结合了混合自动重传等技术。与此同时对小区边缘用户的通信质量进行提升，并降低了系统延迟，同时最大程度地拓展了小区容量。同时在系统定义上，LTE同时应用了时分双工以及频分双工。由于系统应用了TD-LTE制式，因此系统可以自由调配赏析性资源，并具备灵活的频谱申请等特点，其优势在于： 首先抗干扰能力得到提升，由于系统频段为专用频段，因此可以有效避免外界干扰，同时采用现金的IRC技术、ICIC技术，有效解决了系统内部干扰。其次具有高移动性，系统算法应用了抗频偏算法，因此速度可达到430km/h。從实践验证，该算法完全可以慢速城市轨道交通通信要求。另外系统频段灵活性较强。可以灵活进行各类业务的申请，并支持5/10/15/20MHz组网；除此之外系统建设和维护成本低，可以利用商用通信的泄漏电缆；覆盖距离长：隧道内单个RRU覆盖1.2Km；最后切换频度高且切换时间长。在80km/h的速度下，54秒切换一次。且切换时间短<100ms。 2.2 LTE在城市轨道交通的适用性分析 LTE无线网络是在3GPP技术的基础上进行研发的，因此不但容纳了3GPP兼容性良好的特点。在此基础上LTE的灵活性更强、频谱利用率更高。 LTE系统的拓展性相对较高，且覆盖区间也相对较长，移动性能也得到了提升，带宽相对于其他网络更高，因此相对教育既有宽带移动通信，LTE能够满足轨道交通移动通信网络无缝漫游以及高带宽等要求。 3.城市轨道交通LTE系统方案建设 3.1业务需求 TD-LTE车地宽带移动通信系统将提供满足系统功能需求（传输1路MPEG-2格式的高清电视和多路MPEG-4格式的清晰的视频监视信息），下行不小于6M的带宽，并能够实现控制中心同时调看1列车的不少于2路（总共4M速率）图像监控信息。TD-LTE车地宽带移动通信系统建议使用频率为1795～1805MHz，系统不对其他通信系统（如商用无线、民航等）造成干扰。 3.2 TD-LTE整体方案建议 如图1所示，在控制中心的子系统上，应当设置核心网设备，主要用以接收视频信息。核心网设备通过以太网交换机将接受信息传输至视频服务器以及中心服务器，并通过TD-LTE将相关信息在反馈至列车。 在车站及轨旁子系统方面，可以在车站站置LTE基站的BBU和RRU设备，通过通信传输系统提供的通道与控制中心连接。覆盖站台周边区域，实现与车载无线设备之间的无线数据通信。 而车载子系统上，可以分别设置1套TAU在列车的车尾以及车头，即通过设置车载无线设备增强车载子系统性能。车载交换机以及控制器同LCD控制器相连，用来接收由控制中心提供的1路实时视频信息和向控制中心发送2路实时的车厢监控信息。 结语 随着城市轨道交通宽带移动通信的业务需求不断增加，结合目前国内宽带移动通信系统建设现状及分析比较，适时提出采用LTE技术方案，从抗干扰能力、移动性差、频段灵活性、建设和维护成本、切换频度、切换时间等方面综合考虑，充分论证LTE技术方案的可实施性，为今后城市轨道交通宽带移动通信方案设计提供依据及参考。 参考文献 [1]王映民，孙韶辉，等.TD-LTE技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2010. [2]高阳，王坚强.计算机网络技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2009. |
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