主頁（http://www.130131.com）：LTE技術(shù)在城市軌道交通車地無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

　摘要：隨著城市軌道交通服務(wù)水平和管理水平的不斷提高，城市軌道交通對車地無線通信系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。采用LTE作為城市軌道交通車地無線傳輸技術(shù)，可保證列車高速行駛下視頻信息、多媒體信息的高速率、高質(zhì)量傳輸。
中國論文網(wǎng) http://www.xzbu.com/8/view-3561910.htm
　　關(guān)鍵詞：城市軌道交通 車地無線通信系統(tǒng) 傳輸速率 LTE
　　中圖分類號：U293 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)08-0033-02
　　1、引言
　　近年來，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國城市軌道交通建設(shè)進入了快速發(fā)展階段，其安全性和舒適性得到社會的普遍關(guān)注。一方面，乘客已不滿足于少量的類型單一的文本、聲音信息服務(wù)，城市軌道交通迫切需要提高信息服務(wù)水平，從服務(wù)上吸引乘客。另一方面，國外城市軌道交通惡性事件頻發(fā)，地鐵列車需要增加足夠的監(jiān)控措施，以防范于未然，城市軌道交通需要直觀地了解現(xiàn)場情況，迫切需要高速率的車載視頻信息傳輸�？傊�，隨著城市軌道交通服務(wù)水平和管理水平的不斷提高，城市軌道交通對車地無線通信系統(tǒng)的性能，諸如：上下行的傳輸帶寬、高速移動接入、場強可控性、無線干擾等提出了更高的要求。
　　2、當前主流技術(shù)比較
　　城市軌道交通車地無線通信系統(tǒng)作為傳輸網(wǎng)絡(luò)的延伸，提供地面與列車之間的通信，為視頻監(jiān)控系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)等提供車輛與車站、控制中心之間的無線傳輸通道。車地無線通信系統(tǒng)需要具有高可靠性，支持列車運行速度80公里/小時或更高速度下的視頻信息、多媒體信息的實時傳輸，且系統(tǒng)應(yīng)具備防止黑客和非法信息入侵的功能，確保播出信息的安全。
　　當前可供選擇的無線傳輸技術(shù)主要有：TETRA、GSM、CDMA、3G、TRainCom-MT、WLAN、WiMax、LTE等。
　　TETRA、GSM、CDMA均為非常成熟的無線技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用實例，但是這三種技術(shù)對于車地之間無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求均存在速率不足的缺陷：TETRA的下行速率約為幾十Kb/s，上行速率約為幾Kb/s；GSM和CDMA的上下行速率大致相當，下行速率約為幾十Kb/s，上行速率約為十幾Kb/s。三者均無法滿足車地無線通信系統(tǒng)所需要的傳輸速率。
　　3G存在多種標準，3G較TETRA、GSM、CDMA等窄帶無線通信系統(tǒng)在傳輸速率方面有了很大的提高，下行速率在靜止狀態(tài)下可以達到2Mb/s，低速運動狀態(tài)下可以達到幾百Kb/s，上行速率可以達到幾十Kb/s，但是仍不能滿足車地無線通信系統(tǒng)所需的傳輸速率。
　　TRainCom-MT車地無線寬帶技術(shù)為德國得力風根（TELEFUNKEN）公司專有技術(shù)，是面向城市軌道交通系統(tǒng)專門研制開發(fā)的，在高速移動環(huán)境中支持車地雙向最高16Mb/s的傳輸速率。但是，作為一項非標準化技術(shù)，該系統(tǒng)的協(xié)議不具備開放性，這將導(dǎo)致對該系統(tǒng)的二次開發(fā)、升級與維護等各方面均需要依賴技術(shù)持有方。同時，該技術(shù)的產(chǎn)品只有得力風根公司提供，在產(chǎn)品供給方面欠缺市場選擇性。
　　WLAN作為一種寬帶無線接入網(wǎng)技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)化、寬帶化等特點具有相當?shù)膬?yōu)勢。WLAN目前存在多種標準，如：802.11a、802.11b、802.11g等。802.11a工作在5.8G頻段，干擾較少，傳輸速率可以達到54Mb/s，但5.8G頻段屬于非免費開放頻段，需要申請。802.11b工作在2.4G頻段，傳輸速率最高達11Mb/s。802.11g也工作在2.4G頻段，由于使用OFDM調(diào)制技術(shù)，其數(shù)據(jù)傳輸速率提高至54Mb/s。但WLAN天線覆蓋范圍較小，軌旁AP在直線隧道一般每間隔200米布設(shè)一個，系統(tǒng)越區(qū)切換頻繁。
　　WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互聯(lián)接入)也叫802.16無線城域網(wǎng)或802.16，在2007年10月成為新的3G標準之一，目前主要提及兩個標準：802.16d固定寬帶無線接入標準、802.16e支持移動特性的寬帶無線接入標準。WiMax采用了代表未來通信技術(shù)發(fā)展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進技術(shù)，可以提供70Mbps最高傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達50km，具有QoS機制完善、應(yīng)用頻段寬、能夠根據(jù)上下行數(shù)據(jù)量靈活分配帶寬（TDD方式）、頻譜利用高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點。但WiMAX作為國際3G標準，在我國并沒有得到廣泛的應(yīng)用。目前LTE受到市場的大力推崇，大部分國內(nèi)外設(shè)備廠商都圍繞在LTE技術(shù)周圍，WiMax正在日益受到冷落。
　　LTE(Long Term Evolution，長期演進) 是3G的演進，是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的全球標準。它改進并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標準。與3G相比，LTE具有高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容等技術(shù)優(yōu)勢，被視作從3G向4G演進的主流技術(shù)。從目前看，主流運營商幾乎一致支持LTE標準。
　　3、LTE技術(shù)優(yōu)勢
　　(1)以分組域業(yè)務(wù)為主要目標，系統(tǒng)在整體架構(gòu)上基于分組交換。
　　(2)在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。0～120 km/h移動場景下平均吞吐速率達到60Mbps，上行速率16Mbps，下行速率44Mbps。
　　(3)下行鏈路頻譜利用率可達到5bps/Hz，上行鏈路頻譜利用率可達到2.5bps/Hz。
　　(4)支持成對或非成對頻譜，可靈活配置1.4MHz-20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬。TDD LTE可以調(diào)整上下行流量。
　　(5)扁平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)元節(jié)點少，U-plan時延<5ms，C-plan時延<100ms。
　　(6)增加小區(qū)邊界比特速率，提供1bps/Hz的小區(qū)邊緣速率。小區(qū)覆蓋半徑可達100km。
　　(7)嚴格的QoS機制保證實時業(yè)務(wù)(如VoIP)的服務(wù)質(zhì)量。
　　(8)采用頻偏補償機制，有效克服多普勒效應(yīng)，確保高速移動場景下的無線鏈路質(zhì)量。
　　(9)切換時參考頻率偏移變化，提高切換成功率，保證高速切換場景下的帶寬穩(wěn)定。
　　(10)多RRU共小區(qū)，減少由于切換帶來的時延、抖動、丟包，保證高速切換場景下的帶寬穩(wěn)定。
　　(11)無須在隧道中另外布設(shè)天線，可共用商用通信的泄漏電纜。隧道內(nèi)單個RRU覆蓋1.2KM漏纜，能夠提供穩(wěn)定的覆蓋。
　　4、結(jié)語
　　由以上分析并結(jié)合各種無線傳輸技術(shù)的特點及城市軌道交通的業(yè)務(wù)需求，推薦采用LTE作為城市軌道交通車地無線傳輸技術(shù)。LTE使用專用頻段，抗干擾能力強，可以共用商用通信系統(tǒng)的泄漏電纜，施工難度小，且未來可以承載更多的業(yè)務(wù)，如：語音集群。雖然LTE系統(tǒng)初期投資較大，但核心網(wǎng)設(shè)備可為多條線路所共用，隨著城市軌道交通線路的不斷新建，系統(tǒng)的總體建設(shè)投資將與采用其它無線傳輸技術(shù)基本持平。
　　參考文獻
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