LTE系统在地铁专网中的应用与发展

张朝

摘要：城市轨道交通无线通信业务有如下3种需求：对车厢进行实时监控，从而提高列车运行过程中的安全性;通过车载PIS业务和车内宽带接入业务提升乘客的出行体验;通过承载列车列控信息，对列车的运行状况进行实时监控。基于LTE（LongTermEvolution）无线通信的集语音、视频和数据为一体的宽带数字集群技术可以满足高宽带、高可靠性业务需求。

关键词：LTE系统;地铁专网;应用与发展

地铁通信是保证城市轨道交通行车组织和安全的重要手段，主要完成调度员与列车司机之间沟通、行车指令下达、监视列车运行、客流情况分析及票务数据分析等。地铁通信主要是传送语音业务、数据业务及视频业务，早期都是通过2M通道和以太网通道进行传输，需要的带宽小。近年来，由于视频信号由原来的模拟信号发展成现在的高清数字信号、模拟语音发展成现在的数字视频通话等，因此需要的带宽越来越大，对稳定性的需求也越来越高。随着4G网络技术的不断成熟，LTE系统慢慢进入了地铁通信行业。

1传统车地无线与LTE技术对比

基于WLAN的传统车地无线具有如下几种问题。（1）信号覆盖距离短、信号稳定性差，特别是高速场景下的业务可靠性差。（2）列车在AP之间频繁切换造成的频繁漫游，容易造成实时视频流的中断和产生马赛克。（3）网络安全问题。使用公共的WLAN频段，容易受到公共频道干扰，存在一定的网络安全甚至是行车安全隐患。（4）产生管理问题。线路多、隧道区间长导致AP设备多，设备管理和维护难度增大。轨道交通车地无线业务需求场景中：CBTC为上下行低速数据业务，业务需求需要提供双向、连续、高可靠的车地无线传输通信;乘客PIS业务则以下行数据为主，向乘客提供各类信息节目播放;车载CCTV业务则以上行数据传输为主，将列车实时监控图像上传到控制中心供调度指挥人员查看。通过业务场景的分析可知，需要为车地之间的数据、图像、视频等多种业务提供实时性和高可靠性的无线传输通道。LTE（LongTermEvolution）是由3GPP组织制定的UMTS（通用移动通信系统）技术标准的长期演进。由于引入了OFDM（正交频分复用）和MIMO（多输入多输出）等关键通信技术，大大增加了数据的传输速率和频谱效率。在20MHz频谱带宽下能提供下行100Mb/s、上行50Mb/s的峰值速率，国内轨道交通行业可供划分使用的LTE频段为1.785～1.805GHz。

2轨道交通无线调度系统组网解决方案

地铁調度系统主要完成在线列车运行控制、车次号的自动识别与追踪、事件与报警管理等功能，可以实现调度员对列车司机、运营、维护、治安值班等工作人员的高效及时的调度控制及授权人员之间的互相通话，是地铁提高运营效率、确保行车安全以及应对突发事件的必要手段。TD-LTE的数据传输能力优势主要能支持以下几个功能：1.现场视频监控。利用固定台、车载台的摄像头，调度台可以对车站值班室、列车驾驶室进行实时的现场监控;利用手持台，也可以直接进行视频回传。2.现场应急指挥调度。在传统语音指挥调度的基础上，支持应急现场接入设备。3.IP数据双向传输。系统提供了IP数据双向传输能力，全IP式的系统架构，可以承载其他的各种应用，功能扩展性强。本系统可以给旅客信息系统PIS提供无线传输通道，带宽完全可以满足PIS系统的需要。甚至CBTC系统也可以借助本系统的数据传输通道进行稳定传输。系统根据承载的应用类型提供不同优先级的业务保证，确保高优先级应用的服务质量。

3地铁信号系统中LTE技术的应用

3.1基站覆盖子系统

LTE基站覆盖子系统其中主要是包含了无线系统、车站交换机以及LTE基站等方面内容。首先，LTE基站设备中同样采用了A和B双网形式的冗余设计方式，工作过程中需要采用1785～1805mHz中的两个5m频段。一般情况下，A和B网基站组网已经呈现出了完全独立的状态，在实际供电和开展光缆通路工作的过程中保持着较高的独立性，将单点故障所引起的信号尽可能地控制。同时A和B网基站在采用布点覆盖方式的时候，需要和天馈系统保持着一致性，并且需要注意到A和B网基站本身在信号强度方面的分布情况具有较高的相似性，相邻基站之间的重叠覆盖范围较大，能良好提升信号覆盖时的充分性和可靠性，为强化地铁线路之间的信号传输效果提供重要的前提支撑。其次，将LTE骨干网交换机设置在地铁线路设备的集中站内，促进各项数据通信在时间上都保持着较高的同步性，这其中骨干网交换机主要是针对地铁轨旁LTE基站和核心网的相关数据进行控制和处理的。

3.2中心控制子系统的应用

LTE技术系统运行过程中，其核心网EPC设备，这是各项业务实际开展的进口和出口。将LTE技术投入到地铁信号系统中，开展通信网络工作，需要同时采用两套EPC系统设备发挥良好的运行作用，从而为两方面的LTE网络提供数据传输通道，需要注意到的是，其中的数据传输通道是不同的，因而信息传输过程中能够有效传输不同情况的信息和数据。LTE网管系统能够针对LTE的A和B双网关键设备进行统一性的负责，主要是针对LTE基站、LTE核心网以及LTE车载终端等设备进行全面细致的管理和配置，同时强化整体的维护工作。在SNMP协议的作用下，LTE网管系统还能有效开展状态监控和管理功能，这主要是针对其他方面设备进行的，通常是时钟服务器进行的，并且能够向外部网管系统提供系统性和综合性的信息和数据。在当前地铁运行系统之中，按照一条地铁线路设置两台时钟服务器的标准开展各项布置工作，保证地铁信号系统能够拥有充分的信号支撑。布置时钟服务器的时候，主要是采用1588V2的网络同步方式，这是一种精确时间协议PTP，能够保证LTE技术系统中的A和B网基站都将具备同步的微秒级时钟效果，按照每台时钟的服务器之中都能够采用独立的GPS输入方式，从而整体的地铁信号系统时钟都具有着同样的标准，减少信号延迟的情况出现。

4结语

LTE系统具有频带宽、成本低及承载业务多等优点。当地铁列车实现无人驾驶时，需满足大量的列车视频上传、列车状态信息上传及自动控制信号的稳定传输等需求，LTE系统是最好的选择。目前，该系统在地铁上的应用还处于摸索阶段，需根据地铁现场需求进行改进，以实现更多的功能。

参考文献：

[1]谭耿.LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用探索[J].铁道通信信号，2015，51（6）：85-87.

[2]支伟.轨道交通车地无线系统中LTE技术的综合应用方案研究[J].通信电源技术，2015，32（6）：233-234.

（作者单位：成都地铁运营有限公司）