TD—LTE地铁无线综合承载网探讨

2018-10-21吴振同

大科技·C版 2018年7期

吴振同

摘要：通信技术正在高速发展，无线通信的传输能力也在逐步提高，与此同时传输的质量也在提高。自然地，在地铁系统中使用统一的无线技术并基于相同的收發器构建无线集成网络是非常有必要的。TD-LTE技术的高带宽、高频谱利用的特点为实现上述目标提供了切实可行的解决方案。地铁行业的通信服务需求和应用多样性较高，对高可靠性的通信需求，而新一代无线宽带技术TD-LTE有着突出的技术优势，以及高性能的特点，能够很好的满足上述的要求。TD-LTE技术从维修性、可靠性、并发性等方面发挥了带宽和高可靠性的优势。本文就TD-LTE地铁无线综合承载网进行探讨，希望对行业有所帮助。

关键词：地铁通信；无线通信；TD-LTE；综合承载网

中图分类号：U231.7 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）20-0306-02

引言

地铁通信系统是地铁能够正常运行的保障，具有列车运行调度、运行监控、应急通信、企业管理等多种业务功能。地铁通信网络要有冗余的、可靠的、可重构的和灵活的通道。这些传输信道，一是需要提供不同的传输速率来适应不同的业务功能层，我们需要能够保障每一个系统的通信质量。传统的专用网络系统受到落后的技术的限制，不同的业务都要使用不同的无线传输技术。例如，基于通信的列车控制系统服务（CBTC）采用WiFi技术语音集群通信是基于陆地集群无线电（TETRA）技术乘客信息系统（PIS）。这些服务分别对应着地铁中视频和数据、语音3种需要传输的信息。地铁场景中有多种无线通信系统，它们会相互影响，不利于信息的传输。

1 地铁综合承载网业务需求

现有的地铁无线通信系统在用户、承载能力和业务支撑能力等方面体现了其独特的需求。从使用的角度看，它包括地铁的各种运营商，还包括各种自动化控制系统平台上的终端设备。因此，地铁无线综合承载网不仅仅只是人与人之间的沟通，而且要具有物联网的特点。从承载业务来看，它包括双向通信的语音和视频业务。

从业务支持能力的角度来看，不同业务类型有着不同的要求。例如，语音和视频通信服务对传输速度的要求较高，但对数据错误的容忍度更高，因为是人与人之间的实时通信。然而，各种自动控制系统的业务数据具有较长的一段较长的业务周期，但是在周期内数据是不能出现错误或偏差。因此，对传输可靠性的要求非常高，但它对传输延迟不敏感。视频广播业务主要是要求高带宽的传输能力。因此，城域无线综合负荷网络本身要能及时进行带宽的自我调节，具有不同的服务质量（OOS）安全能力。

此外，为了保证日常运行的高可靠性，在物理网络的构建中通常使用2个网络，并且在物理网络的操作中使用主从网络的冗余备份。因此，在新系统的研究和设计中，必须尽可能地继承这些优点，以避免系统故障给日常运行带来的风险。一般来说，在现有地铁服务应用中，基于同一地铁综合网络，有下面几种通信服务，见表1。

2 TD-LTE的技术特点及系统优势

该系统的主要优点如下：

（1）OFDMA的多址方式使得系统的信道带宽分配取决于所使用的子载波的数量。整个无线接入网可以在不改变系统基本参数或改变系统设备的情况下，通过配置不同的信道带宽模式来设计不同的传输容量网络，从而实现灵活的组网和多场景兼容性。例如，在同一系统设备上，以不等带宽的方式建立主从网络的需求，在充分利用频谱资源的同时，保证了系统的可靠性。

（2）不同用户之间的带宽资源在频域上是正交的。多用户频域调度可以避免系统间的干扰，有效地避免了干扰问题。同时，采用软频复用技术和小区间干扰协调技术非常适合TD-LTE单频组网。

3 基于TD-LTE技术的地铁综合承载网方案

3.1 高可靠性

由于列车控制系统和列车监控系统都与列车的正常运行有关，传统上运行这种服务的无线网络采用了主从网络的冗余备份方案，即2组收发器。同时保持两个不同的工作频带，传输相同的业务信息。保证业务数据传输的高可靠性。但其缺点也十分明显。一方面，工作频带的带宽远远大于带宽需求。同时，它占用了2个带宽相同的工作频带，造成频谱的极大浪费。另一方面，工作频带没有许可频带，同类型系统众多，不同类型的系统不正交，很容易接受。同一类型的无线系统对相邻频带的干扰。

当承载网络采用主从网络冗余备份方案时，TD-LTE技术也能解决上述2个问题。由于基于TD-LTE系统的1套收发信机能够灵活地支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz的多信道组态模式，因此可以在软件配置方式上支持基于同一LTE收发器的传统主从网络模式。UT采用非对称带宽划分。解决频谱资源浪费的问题。根据双网络冗余备份的带宽要求，首先设计主网络占用的信道带宽，其余带宽全部分配给备份网络。在备份网络中，业务优先级被划分为保留需要双网络冗余备份的业务优先级所需的带宽，并且可以保留剩余带宽用于高数据业务。从这个角度出发，我们充分利用LTE技术在网络业务中灵活的带宽分配和高数据传输能力。

3.2 低并发业务

公共通信网络主要是为大用户提供高速、突发性的数据传输能力。在轨道交通行业中，专用通信领域的业务更为周期性、突发性数据业务较低或业务顺畅。同时，无线专用网络单小区中活跃用户的数量相对较少，这是由于物理空间中工业应用的稀疏性以及列车在空间中的自然间距。这为系统保证各种业务的传输需求和各业务的优先级需求提供了便利。

4 网络覆盖方案

在此基础上，根据5MHz/15MHz的非对称带宽分配，设计了1705～1805MHz许可频段的城域无线综合承载网主从网络方案，并基于上述方案进行链路预算和覆盖方案。鉴于。考虑到系统灵活性的提高，TD-LTE无线系统的上行和下行业务越区切换周期设置为5ms，此外，从以前的业务需求来看，上下行业务的带宽需求基本平衡。因此，下行时隙采用上下行时隙1：1的比例，特殊子帧比率设置为7，使得下行业务能力略高于上行业务能力。此外，考虑到同一小区中并发用户的数量较少，可以减少同时隙中并发用户数量的限制。同时，为了减少在业务信道中进行信令控制的消息开销，每个子帧内的物理下行链路控制信道（PDCCH）占用的OFDMA码元的数目为1，并且建立物理上行链路。控制信道（PUCH）的占用资源块（RB）的最大数目为4。

5 结束语

地铁通信系统是地铁能够正常运行的保障，具有列车运行调度、运行监控、应急通信、企业管理等多种业务功能。传输信道，一是需要提供不同的传输速率来适应不同的业务功能层，我们需要能够保障每一个系统的通信质量。传统的专用网络系统受到落后的技术的限制，不同的业务都要使用不同的无线传输技术。通信技術正在高速发展，无线通信的传输能力也在逐步提高，与此同时传输的质量也在提高。自然地，在地铁系统中使用统一的无线技术并基于相同的收发器构建无线集成网络是非常有必要的。TD-LTE技术的高带宽、高频谱利用的特点为实现上述目标提供了切实可行的解决方案。本文就TD-LTE地铁无线综合承载网进行探讨，希望对行业有所帮助。

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收稿日期：2018-6-15