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

　摘要：隨著城市軌道交通服務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，可保證列車高速行駛下視頻信息、多媒體信息的高速率、高質量傳輸。
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　　關鍵詞：城市軌道交通 車地無線通信系統 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，隨著社會經濟的高速發展，我國城市軌道交通建設進入了快速發展階段，其安全性和舒適性得到社會的普遍關注。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，城市軌道交通迫切需要提高信息服務水平，從服務上吸引乘客。另一方面，國外城市軌道交通惡性事件頻發，地鐵列車需要增加足夠的監控措施，以防范于未然，城市軌道交通需要直觀地了解現場情況，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、當前主流技術比較
　　城市軌道交通車地無線通信系統作為傳輸網絡的延伸，提供地面與列車之間的通信，為視頻監控系統、旅客信息系統等提供車輛與車站、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，且系統應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，有著廣泛的應用實例，但是這三種技術對于車地之間無線數據傳輸的要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在傳輸速率方面有了很大的提高，下行速率在靜止狀態下可以達到2Mb/s，低速運動狀態下可以達到幾百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所需的傳輸速率。
　　TRainCom-MT車地無線寬帶技術為德國得力風根（TELEFUNKEN）公司專有技術，是面向城市軌道交通系統專門研制開發的，在高速移動環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，該系統的協議不具備開放性，這將導致對該系統的二次開發、升級與維護等各方面均需要依賴技術持有方。同時，該技術的產品只有得力風根公司提供，在產品供給方面欠缺市場選擇性。
　　WLAN作為一種寬帶無線接入網技術，其網絡化、寬帶化等特點具有相當的優勢。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調制技術，其數據傳輸速率提高至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米布設一個，系統越區切換頻繁。
　　WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互聯接入)也叫802.16無線城域網或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發展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進技術，可以提供70Mbps最高傳輸速率，數據傳輸距離最遠可達50km，具有QoS機制完善、應用頻段寬、能夠根據上下行數據量靈活分配帶寬（TDD方式）、頻譜利用高、業務豐富多樣等優點。但WiMAX作為國際3G標準，在我國并沒有得到廣泛的應用。目前LTE受到市場的大力推崇，大部分國內外設備廠商都圍繞在LTE技術周圍，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，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。與3G相比，LTE具有高數據速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容等技術優勢，被視作從3G向4G演進的主流技術。從目前看，主流運營商幾乎一致支持LTE標準。
　　3、LTE技術優勢
　　(1)以分組域業務為主要目標，系統在整體架構上基于分組交換。
　　(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間的多種系統帶寬。TDD LTE可以調整上下行流量。
　　(5)扁平網絡架構，網元節點少，U-plan時延<5ms，C-plan時延<100ms。
　　(6)增加小區邊界比特速率，提供1bps/Hz的小區邊緣速率。小區覆蓋半徑可達100km。
　　(7)嚴格的QoS機制保證實時業務(如VoIP)的服務質量。
　　(8)采用頻偏補償機制，有效克服多普勒效應，確保高速移動場景下的無線鏈路質量。
　　(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定。
　　(10)多RRU共小區，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定。
　　(11)無須在隧道中另外布設天線，可共用商用通信的泄漏電纜。隧道內單個RRU覆蓋1.2KM漏纜，能夠提供穩定的覆蓋。
　　4、結語
　　由以上分析并結合各種無線傳輸技術的特點及城市軌道交通的業務需求，推薦采用LTE作為城市軌道交通車地無線傳輸技術。LTE使用專用頻段，抗干擾能力強，可以共用商用通信系統的泄漏電纜，施工難度小，且未來可以承載更多的業務，如：語音集群。雖然LTE系統初期投資較大，但核心網設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，系統的總體建設投資將與采用其它無線傳輸技術基本持平。
　　參考文獻
　　[1]GB50157—2003,地鐵設計規范.
　　[2]劉剛,韓熠,戴未央.WLAN在旅客信息系統中的應用.現代城市軌道交通,2006(4).
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