LTE 技术在地铁信号系统中的应用

2019-11-28姜亭

建材发展导向 2019年21期

姜亭

（长春市轨道交通集团有限公司，吉林长春 130000）

随着车载视频传输实时性及可靠性的要求不断提高，以及乘客信息系统中多媒体数据流传输带宽的不断增加，以WLAN 系统为主的车地无线通信技术已不能完全满足地铁行业的需要。LTE 技术覆盖距离广、带宽高、并发用户数多、抗干扰能力强、安全可靠等特点，正在成为轨道交通行业无线专网发展新技术的选择。随着LTE 技术在民用通信中逐渐成熟以及在地铁通信系统中的应用，LTE 技术也被应用到地铁信号系统中。

1 LTE 技术概述

LTE (Long Term Evolution) 是由3GPP 组织制定的UMTS技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP 多伦多会议上正式立项并启动。该项技术主要是在3G 基础上进行演进，介于4G 技术与3G 技术之间的一项十分重要的过渡技术。LTE 系统引入了OFDM 和MIMO 等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率，并支持多种带宽分配，且支持全球主流2G/3G 频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。LTE 技术和传统的3G 网络技术相比，LTE 技术通过改革原有技术中的空中接入技术，使可行性得到增加。LTE 技术最大的优势就是传播速率快，在大数据的传送过程中，可以采用分组的方式进行，提高数据传送的效率。

2 LTE 技术特点介绍

LTE 技术具有高扩展性、长区间覆盖、高移动性、高带宽等特点，高速移动性支持和综合业务承载的优先级调度都可以由其来提供，并且无线数据业务的安全可靠传输通过安全机制和抗干扰技术可以得到保证。LTE 技术采用接近于全IP 化的扁平化网络结构，集成了适用于宽带移动通信传输的众多先进技术，如正交频分复用(OFDM)、多输入多输出(MIMO)、混合自动请求重传 (HARQ)、自适应调制编码(AMC)、小区间干扰协调(ICIC) 等。通过安全机制和抗干扰技术，LTE 技术可以使无线数据业传输的安全可靠得到保证，既有无线网络中存在的移动性差、不稳定等问题通过LTE 可以解决，并且其能够提供一套无缝漫游、高带宽车地无线通信系统，满足地铁运营需求。

LTE 技术在地铁无线通信中的应用主要有两大优势，一是LTE 在抗干扰方面有着比较完善的技术。从干扰的检测上来看，LTE 技术能够保证对信道频域的变化进行及时的跟踪，并能够快速做出响应；在干扰的控制上，LTE 技术能对整个网络进行有效的控制；LTE 技术拥有比较完善的编码、重传、干扰抑制合并机制以及拥有毫秒级的调度机制。二是LTE 技术的高移动性。L1E 技术在移动性方面也要优于Wifi，后者的覆盖范围较小，比较适用固定的场所，而地铁在运行时是处于一个移动的状态，LTE 技术采用的是无缝切换算法和远距离的覆盖，这就使得其具有高移动性，能够满足地铁运行时也能连接网络。

3 LTE 技术在长春地铁中的应用

长春地铁1 号线各设备系统均于2015年完成招标，中国城市轨道交通协会还并没有发布《关于推荐城轨交通项目新建CBTC 系统使用1.8G 专用频段和LTE 综合无线通信系统的通知》，因此，信号系统按WLAN 技术进行招标建设。在设备系统实施阶段，结合信号的建设方案及LTE 技术的优势，长春地铁1 号线采用LTE 技术组建车地无线网络，用于承载上行CCTV 业务及下行PIS 业务。

3.1 系统组成

LTE 系统主要由车辆段和区间的射频单元RRU、隧道多频分合路器、漏缆（与专用无线合用），车站的LTE 基站BBU、射频单元RRU 设备、合路器POI、GPS 天线、控制中心的核心网控制单元设备、无线管理工作站以及列车上的无线接入设备（含天线）等组成。

3.2 无线覆盖设计

本系统在隧道区间合用专用无线漏缆，在车辆段采用定向天线覆盖。车站的上下行隧道配置独立的RRU，上下行隧道的漏泄同轴电缆分别连接到RRU 上。RRU 的每个通道和TETRA 系统使用一个合路器。通过链路预算设计，受限于上行链路，RRU 单边最大覆盖可到680m，考虑切换带的重叠覆盖区域为40m，建议RRU 单边覆盖不超过640m。当两站之间站间距大于1280m 时，区间增加RRU。车辆段覆盖区域大，区域内列车数量多，数据传输的并发性高。采用4T4R型RRU，采用定向天线挂侧墙安装的方式进行覆盖。

3.3 切换设计

在设计中，无线越区切换的迟滞为2dB，无线切换时延小于50ms，保守计算取值100ms，列车速度按照最大80km/h，传播模型按照漏缆每100m 损耗4.3dB 计算，切换带在40m 左右。在TAU 终端接入LTE 系统网络后，由网络给TAU 终端下发信号强度检测测量消息，由TAU 终端进行信号强度检测。TAU 给网络上报测量报告消息，网络侧根据报告消息触发切换动作，让TAU 从原先小区切换到信号强度较好的小区。