关于城市轨道交通地铁行业LTE系统需求的探讨

章艳津

摘 要：近几年无线技术飞速发展，LTE系统在城市轨道交通中也在逐步推进，LTE技术是基于3G网络技术进行开发创新的延伸。通常情况下LTE技术会被人误解为4G技术，但事实上LTE只是介于3G和4G之间的过渡技术，如果按照严格的标准划分LET技术属于3.9G的范畴。将LTE技术运用在城市轨道交通信号系统中可以充分的发挥LET技术的优点。

关键词：LTE系统；城市轨道交通；需求

1 导言

随着城市轨道交通地铁行业的飞速发展，建设者对于车地无线数据传输的安全性、稳定性和及时性需求越来越迫切，同时，随着通信3GPP技术的演进，LTE技术也逐渐成熟，那么LTE在城市轨道交通地铁行业的应用就成为必然。

LTE技术在城市轨道交通地铁行业应用已经有很多成功的经验，从这些建设经验中，我们可以了解到建设者对LTE系统的需求。

2 建设者对LTE系統的稳定性有迫切的需求

LTE技术是在3GPP技术上长期演进而来的，LTE技术从3GPP技术上继承了许多稳定，可靠的优良技术，技术稳定成熟；同时，LTE技术，通过采用稳定性算法，可以避免LTE系统吞吐率，丢包率，传输时延等重要指标大幅度波动，降低由于指标不稳定导致的系统性功能异常。

2 建设者对LTE系统的安全性有严格要求

在地铁建设中，建设者会面临使用LTE系统承载CBTC业务的需求，由于CBTC数据安全性的考虑，LTE系统的安全性就备受关注。

3 LTE系统可以通过如下三种方式提高自身安全性。

3.1 专用频率

地铁LTE系统使用国家无线电委员会批准的专用频率，可在获批频率范围内合法使用频率资源。LTE终端为针对性定制终端，其它LTE终端无法搜索该频率且无法接入该网络；

3.2 双向鉴权

LTE终端在注册网络时，需将自己的key信息上报给核心网，核心网对该信息进行鉴权。同时核心网也会将自己的key信息发送给终端进行鉴权。只有当双向鉴权全部通过后，才允许终端接入网络进行正常业务；

3.3 高加密算法

LTE网络支持AES、Snow 3G和祖冲之加密算法，优先采用祖冲之加密算法。祖冲之加密算法是中国自主设计的流密码算法，被3GPPLTE采纳为国际加密标准，即第四代移动通信加密标准，广泛应用于国防、电力、水利、公安等行业。

4 AES加密

AES的全称是 Advanced Encryption Standard，即高级加密标准。相比前一代 DES加密算法，解决了DES密钥过短而存在攻破的可能，目前可以用AES 128位的密钥来加密数据可以保证极强的安全性。

对于 AES128加密算法，其128位长度的密钥代表的随机数可能性为 2 的 128 次幂或 3.4 乘以10的38次幂（即一共有38个0），如果假定：

5 Snow 3G加密

Snow 3G加密技术是字节流密码加密技术。它在一个128位的密钥和一个128位初始变量控制下产生每组以32位字为单位的流序列。使用这个流序列加密明文或者作为摘要对信息完整性进行比对。其工作流程分为2步，第一步初始化密钥；第二步在时钟周期的控制下产生流序列。

6 祖冲之加密

祖冲之加密算法是一个面向字的流密码。它采用128位的初始密钥作为输入和一个128位的初始向量（IV），并输出关于字的密钥流（从而每32位被称为一个密钥字）。密钥流可用于对信息进行加密/解密。祖冲之加密算法的执行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。在第一阶段，密钥和初始向量进行初始化，即不产生输出。第二个阶段是工作阶段，在这个阶段，每一个时钟脉冲产生一个32比特的密钥输出。

7 建设者对LTE系统的经济性也尤为关注

在常规地铁建设中，不同的车地无线系统分别建设自己独立的车地无线网络，例如常规的车载PIS/IMS系统和CBTC系统就分别建设了三张车地无线网络，其中车载PIS/IMS独立建设一套车地WLAN网络设备，CBTC系统分别建立一套车地红网WLAN网络和蓝网WLAN网络，建设成本大增。

地铁中使用LTE系统作为车地无线网络建设后，近期可以将车载PIS/IMS和CBTC的三张车地无线网络整合成一张LTE网络，中远期可以与TETRA集群调度系、地铁公安无及政务无线共用漏缆，远期还可以使用LTE系统的集群调度功能，与民用通信公共漏缆等方式，这样做都可以提高各系统间的集成度，减少不同系统间的重复投资，降低业主的建设成本。

8 建设者对LTE系统的便捷性也有很大需求

LTE技术在3GPP技术的基础上演进，系统设备的集成度被大幅度提升，将一些功能单一但体积庞大的设备与其他设备集成，减少了设备数量，同时整个系统采用扁平化的设计原则，减少了中间环节设备，使整个系统的组成更加简洁，从而降低了安装难度，方便施工进场安装。

LTE系统采用全IP技术设计，在数字化高度发达的今天，与其他系统的对接更加便捷，更加准确，在整个系统内、外部的调试过程中更加简单，为地铁建设节省了大量的调试时间，为后续试运行创造更有利的条件。

9 结论

总之，LTE技术在城市轨道交通地铁行业中有着广阔的应用前景，随着地铁行业的发展，乘客及运营人员使用需求的不断提高，LTE技术必将会发挥其更加重要的作用。

参考文献

[1]赵彦芳.LTE技术在城市轨道交通车地无线通信系统中的应用探索[J].天津建设科技，2016，（02）：78-80.

[2]贾萍，徐淑鹏.TDD-LTE技术在城市轨道交通CBTC系统中应用[J].城市轨道交通研究，2015，（12）：113-116.

（作者单位：河北远东通信系统工程有限公司；

身份证号码：130726198701023510）