论LTE在地铁中的应用

陈静

（南昌轨道交通集团有限公司运营分公司）

摘 要： 随着车载视频监控系统传输实时性要求不断提高，以及礼车旅客信息系统中多媒体数据流传输宽带需要的不断增加，以WLAN为代表的车地无线通信技术已经不能完全满足地铁行业的需要，本文主要阐述了LTE技术在地铁中的应用及其优势。

关键词： 地铁；LTE技术；应用

1.背景

随着我国城市化进程不断加深，城市人口空前膨胀，公共交通已经成为困扰各大城市的顽疾，地铁作为城市公共交通客运系统的重要组成部分，以其大众化，大运量以及安全、舒适、快捷、准时的特点成为最受欢迎的交通工具。

地铁列车上的旅客信息系统委托多媒体网络技术，以车载显示器向媒介旅客提供信息服务，包括乘车须知、列车到发时间、各类公告、媒体新闻等信息，在火灾、阻塞及恐怖袭击等非正常情况下，提供动态紧急疏散提示。

2.LTE技术概述

LTE是指长期演进技术，是第4代的移动通信标准，它是由3GPP组织制定的长期演进，它也是UMTS技术标准的Long term evolution。LTE技术适合在高速的移动环境使用，按照理论来讲，它移动速度可以被允许在500km/h；因为LTE使用的是专用频段，所以抗干扰性很强；LTE可以很好的支持视频、图像的传输。LTE采用分组传输、低延时，能够在地铁高速移动情况下实现无缝覆盖的高数据率。LTE能够在20MHz频谱带宽下提供下行100Mb/s，上行50Mb/s的峰值速率。LTE技术在解决带宽和移动性上具有优势。技术发展较为成熟，产业链丰富完善。TD-LTE技术可以充分地利用通信信道对称性的特点，简化系统设计复杂度，提高系统性能，并且系统高层总体上可以与FDD保持一致，更好地实施数据传输融合。

和3G网络技术相比而言，LTE网络技术本身具备着一定的优势，首先LTE网络技术具备着高数据速率，能够实现分组传送大数据，降低网络延迟，并且该项网络技术的覆盖范围相比较其他网络技术而言更为广泛，能够完成向下兼容等技术难题，所以该项技术被专家学者们认为是3G网络技术逐步向4G发展的最为重要的主流技术。就现今而言，大部分的主流运营商对于LTE标准都是表示支持的态度，这为长期演进技术的发展而言，具有着十分重要的影响作用。

目前，在我国新建地铁项目中，开始逐步引入LTE技术实现车-地无线通信。国内郑州的一号线地铁建设时，最先将LTE技术用在无线车地通信上。目前，全国各地包括广东的地铁新线建设中，LTE技术已被作为一种成熟的技术广泛的应用于地铁PIS无线车地通信中。

3.LTE技术在地铁中的应用

3.1地铁的LTE需求

车载CCTV的安全需求。LTE可为车载CCTV提供较为清晰的视频传输，同时保证列车的运行以及车厢内乘客的情况得以实时监控，保障能够实时传输动态图像，及时处理各项突发事件和治安问题。列车运行的突发问题能够提供明显提示，确保运营的绝对安全。利用LTE技术，使得列车上的各项设备能够准确接受系统发出的信息，用于车厢内各项信息的播报，使乘客得到正确的引导，正确的换乘地铁。

乘客信息服务系统的需求。随着信息技术的飞速发展，网络已成为人们生活中的重要组成部分，同时也成为了乘客需要服务的部分。LTE技术可为地铁提供高品质视频传输，缩短延时，尽可能保证实时播放各种新闻、赛事及娱乐节目等，使人们的需求得以满足。

增值业务需求。由于LTE可进行高清传输且能够有效缩短延时，因而可为各类高清广告提供有效的实时播放平台。可以对地铁各个时段的客流量及乘客人群进行调查，合理的确定投放广告的类型及数量，带来经济效益，从而降低运营成本。

网络安全需求。LTE网络需要通过对容灾进行备份而为地铁安全数据提供可靠性的保证。首先就要采用双层网絡与双网冗余实现对核心网的接，eNodeB板卡要进行冗余配备，然后再采用双频和双网对其进行交织与覆盖，必须要在系统安全冗余有保证的前提下，避免同频干扰，从而为网络的性能及其安全提供保证。

3.2干扰问题

LTE技术使地铁运营更加安全、便捷、舒适。同时，引入LTE之后，也会带来一些问题，如系统间的干扰问题。通过有效的技术手段和建设手段完全可以降低干扰，使地铁中的各种无线通信系统安全、可靠地运行。

对于任意一个通信系统下处于工作中的接收机来说，别的通信系统发出的信号都是干扰信号。这些干扰主要包括阻塞干扰、互调干扰和杂散干扰等，而对于地铁的LTE无线车地通信系统，它的主要干扰来源是LTE的自身的同频率干扰和WLAN、公网信号等其他的无线网络。而其中，针对同频率干扰，它可以进行IRC、ICIC、调度算法等方法来小区间的消除、干扰控制和协调。（1） IRC技术：它是说在地铁上，因为各车间有间隔，按照CBTC信号系统的要求，各车间隔不能小于90s，而列车运行的平均车速是50km/h，那么90s行车间的距离是1250m。（2）ICIC技术：它是说经过频率规划，来达到小区的中心有相同的频率，而相邻的两小区边缘不同频率的配置，这样可以使小区中心的吞吐量最大化，并且确保小区的边缘信噪比较高，来实现小区边缘速率的提高。

多径干扰是指无线信号在地铁无线车地通信系统中从发射天线开始，通过许多个路径最终到达接收天线需要的不同的传播时延。地铁区间是通过泄漏电缆的方式达到覆盖，来减少多径造成的时延差，保证信号的传播路径有限。这样可以减少多径干扰。而且，LTE技术本身就使用了OFDM技术和增加循环前缀相结合的方法对抗多径干扰。

4. LTE技术优势

若要从根本上解决无线通信中的干扰问题，保证通信系统可靠、稳定的工作，智能通过采用专用频段及更新进的无线通信技术来解决。因此，LTE技术的出现，堪称车地无线通信干扰问题的救星，其主要具备以下几个优势：

（1）以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上基于分组交换。

（2）在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。0～120 km/h移动场景下平均吞吐速率达到60Mbps，上行速率16Mbps，下行速率44Mbps。

（3）LTE技术的数据业务速率和频谱利用率高。

（4）支持成对或非成对频谱，可灵活配置1.4MHz-20MHz间的多种系统带宽。TDD LTE可以调整上下行流量。

（5）扁平化组网方案，网络架构简单，网元节点少，系统可靠性高。

（6）增加小区边界比特速率，提供1bps/Hz的小区边缘速率。小区覆盖半径可达100km。

（7）严格的QoS机制保证实时业务（如VoIP）的服务质量。

（8）采用频偏补偿机制，有效克服多普勒效应，确保高速移动场景下的无线链路质量。

（9）切換时参考频率偏移变化，提高切换成功率，保证高速切换场景下的带宽稳定。

（10）多RRU共小区，减少由于切换带来的时延、抖动、丢包，保证高速切换场景下的带宽稳定。

（11）无须在隧道中另外布设天线，可共用商用通信的泄漏电缆。隧道内单个RRU覆盖1.2KM漏缆，能够提供稳定的覆盖。

（12）LTE技术采用扁平化网络结构，有效地缩短了端到端的数据传输时延，更加满足城市轨道交通特别是信号系统的应用需求。

5. 结语

随着社会经济的快速发展，我国城市地铁线网逐步形成，客流量持续高速增长。地铁在为乘客提供安全快捷交通服务的同时，保障连续的4G网络覆盖将成为提升综合服务水平的重要手段。LTE技术具有高带宽、低时延、抗干扰等特点。将LTE技术引入地铁车-地无线通信系统，充分利用LTE的特点，提高地铁交通运输的服务质量，提升乘客服务体验。

参考文献

[1]LTE技术在城市轨道交通无线调度通信中的创新性应用研究 于超 铁道通信信号 2014年.

[2]TD-LTE无线通信系统在铁路上的应用 尹福康 铁路通信信号工程技术 2013年.

[3]无线通信技术在铁路运输中的应用 朱春甫 山西电子技术 2013年.

[4]FDD-LTE在高铁应用场景中基站覆盖半径的设计探讨 林善亮 现代电信科技 2014年.