LTE-M在城市轨道交通中的运用

邓杰

摘要：轨道交通的发展方便了人们出行，而车地的通信问题也需要稳步提升。从有线车地通信到现在的无线通信，车地通信质量越来越好。其中LTE-M技术发挥了很重要的作用。本文从轨道交通的无线通信情况为基础，分析LTE-M技术在轨道交通的应用，同时为更好的使用LTE-M技术提供参考，进一步促进城市的社会经济交流。

关键词：无线通信;LTE-M技术;通信质量

传统的基于窄带的Tetra技术在城市轨道交通中呈现出服务单一、功能简单的特性。但是现有的宽带技术不但能够带来传统的语音集群技术，还可以提供视频业务和多媒体业务。同时，可为信号CBTC业务提供宽带传输通道，满足信号车地无线通信的要求。

一、LTE-M技术发展的背景

在LTE-M技术发展之前，WLAN 技术作为比较成熟的无线通讯技术，就已经在轨道交通领域中进行初步应用，但是WLAN技术的大量使用也造成了通信频段的叠加，导致通信质量的下降，严重的可能引发轨道交通系统网络的安全问题。此外，WLAN技术频段使用2.4GHz的工作设备以及工作频段，基本上为公开频段，通信的稳定和质量不能得到保证。当前智慧城市的建设设立了大量的4G工作基站和5G 工作基站，使得原本纷乱的电磁工作环境变得更加复杂多变，通信终端的大面积增加对轨道交通的通信系统的干扰也大幅度增加。

为了让轨道交通通信质量得到保证，城市轨道交通的工作频段从原先的频段更改为1785—1805 MHz频段。该无线通信系统可以在LTE上运行。充分利用专用频段，建设创新型城市轨道交通地面无线通信系统，通过城市轨道交通协会技术设备委员会的合作，制定了轨道交通行业标准。预计LTE-M系列技术标准统一，开展城市轨道交通地面无线通信系统的标准化生产，解决不同信道间的接口问题;使不同线路的有线通信系统相互通信。LTE-M系列的规范包括不同的类型：系统需求、架构和功能规范、接口规范、系统组件、测试规范和技术规范。

二、LTE-M 技术在城市轨道交通中的架构

LTE-M技术架构的引入，做到了不同地区之间信息的即时交换，进而实现了城市轨道交通行業中常规用户和移动用户之间的沟通和连接，并为其提供了安全便捷的通讯方式，落实了控制部门和管理人员，维护人员之间的无缝缝衔接。无线通信系统为列车和地面提供有线列车服务。列车有线换乘信息主要包括沿线语言集群（中央分配器与司机、移动用户之间的通信）、数据（信号控制信息、售票系统交易等数据信息、车辆状态、应急信息等）、视频（车载视频）的传输，其中自动驾驶系统是保障道路安全、增强运输效率以及监管水平，增强服务水平的重要方式。

2.1 EPC、核心交换机、调度服务器、网管服务器、二次开发服务器、录音服务器等将位于控制中心，EPC通过传输网络正线设备机房中使用的基站（BBU）建立IP连接，实现LTE-S1接口和网络管理可以实时监控整个网络的运行状态。

2.2在正线设备信号室和车辆段布置无线基站。借助传输系统所专有的设施，BBU实现了PC以及BBU之间IP信息通道的连接，同时还借助光纤技术，还与沿线的RRU相连接。BBU借助全球导航卫星系统（GPS）来当作自身的同步手段，时钟服务器作为备份同步方案。

2.3轨旁布置射频单元RRU和定向天线覆盖轨道，定向天线覆盖车辆段和停车场。

2.4在列车前部和后部分别设置1个车载TAU，用于列车语音调度和车地无线网络的数据信息接入。系统速率规划方案采用5MHz带宽的双网同频网络承载宽带集群业务、信号业务信息、PIS应急文本、车载视频监控图像上传等。系统的无线覆盖指标为：列车车顶天线增益处的最小参考信号接收功率不小于-95 DBM，信号干扰噪声比不小于3 dB。采用适合现场的各种无线覆盖方式。

三、LTE-M 技术的特点及优势

3.1传输速率高且抗干扰能力强

LTE-M是为适应物联网而提出的一种技术。它源于TD-LTE技术，适用于高速移动环境。采用专用频段及相关抗干扰技术，避免了公共开发模式的频段干扰和系统内部干扰。

3.2覆盖范围广，稳定性及兼容性强

LTE-M的覆盖范围可以达到传统WiFi的3倍，并且该技术可以与轨道交通中应用的现有技术如MIMO、OFDM等兼容，同时由于其起源于现有成熟的通信传输技术，具有很强的稳定性。

3.3简化网络结构，易维护

与传统传输网络相比，LTE-M具有更大的覆盖范围，相应的无线设备需求减少，设备的维护方式也得到了大幅度的降低，进而系统的维护成本也得到了显著的减少。

四、LTE-M 技术在城市轨道交通中的实际应用案例

作为我国通信产业的引领者，华为借助增强自主创新能力，积极参加TD-LTE和演进版TD-LTE+的标准化工作以及TD-LTE产品的研发，进而合格的做到了POC测试，在工业和信息化部组织的TD-LTE概念验证和物联网的同时，积极参与中国移动组织的“6+1”城市规模试验工作，承包建设TD-LTE规模试验网，为LTE-M的研究积累了足够的技术和经验。

例如现阶段的莆田市LTE-M轨道交通系统，将现代轨道交通通信工作作为自身的工作准则，以此来追求交通系统运行过程中监管以及控制系统的安全性以及可靠性，科学地落实了城市轨道交通系统通信工作的有机统一。面对现代城市轨道交通运营中高速车辆运营、实时视频监控和宽带车辆服务的趋势和挑战，本系统提供了一种全新的宽带无线信道，即建立一套网络，提供专业的数据传输，同时提供视频传输和宽带集群服务。

此LTE-M无线网络系统解决方案已应用于青岛地铁13号线智能控制系统、甘肃天水有轨电车智能控制系统、广州黄埔有轨电车1号线智能控制系统。广州市黄浦区有轨电车1号线（长岭居萝岗）起于香雪站，止于永和新丰站。全线约14.34km，路基段长度约12.05km，桥梁段长度约1.51km，框架及U型槽长度约0.78km，平均站间距约0.75km，最大站间距约1.18，最小站间距0.37km（香雪站至凯洛大道站）。

五、总结

城市轨道交通建设越来越密集。作为轨道交通运营的核心，车地通信技术的应用越来越受到重视。本文主要探讨了LTE-M车地无线通信技术在城市轨道交通中的应用，重点分析了LTE-M车地无线通信技术的技术框架和技术优势，通过在实际工程项目中实施技术解决方案，进一步探讨了LTE-M技术在城市轨道交通中的应用。

参考文献

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