【摘要】軌道交通的快速發展，對無線技術提出了更高的要求，目前傳統軌道交通無線通信技術已經無法滿足日益增長的無線通信需求，越來越多的城市開始研究TD-LTE技術在軌道交通中的應用。結合溫州S1線一期工程的建設情況，探討TD-LTE技術在軌道交通行業中的應用。
【關鍵詞】LTE；軌道交通；無線通信
引言
隨着國民經濟的快速發展，越來越多的城市開始規劃建設軌道交通系統，以滿足市民日常出行需求。軌道交通是一個複雜的綜合性系統，其中無線通信系統對於保證城市軌道交通運輸的舒適、高效及安全起着重要作用。目前軌道交通無線通信系統主要採用各系統獨立建設模式，不利於實現資源共享及降低建設成本，而且當前軌道交通選用的基於WLAN的無線系統也越來越難以滿足軌道交通對無線通信系統日益增長的需求。
1無線通信現狀
爲保證軌道交通列車安全、可靠、高效和高密度執行，目前在軌道交通的通信與信號系統中有多套專用的無線系統同時爲運營、維護工作提供支援。一套是基於TETRA的窄帶無線集羣系統，爲運營單位提供行車、維修和防災無線調度通信。一套是基於WLAN的CBTC車地無線通信，爲列車提供自動防護相關控制資訊。一套是基於WLAN的車載乘客資訊系統，爲乘客提供列車執行資訊和出行服務指南等。這3套無線系統爲軌道交通的快速發展起到了重大歷史作用，已成功地使用了很多年，但是也逐漸暴露了一些問題和不足：（1）WLAN技術由於沒有良好的QOS保障機制，無法保證各種業務的.優先級調度，綜合業務承載能力差。建設3套獨立的無線通信系統，增加了項目投資造價，同時也增加了後續設備維護的工作量以及軌旁設備複雜度，降低了設備的可靠性和可用性。（2）TETRA無線集羣系統，只能提供語音和短數據等窄帶業務，不能提供多媒體和寬帶業務。（3）目前無線網絡工作在開放頻段，隨着寬帶無線網絡的普及，個人用戶廣泛使用該頻段，干擾源日益增多，無線干擾問題嚴重影響了軌道交通的安全運營。（4）WLAN技術移動性能差，WLAN並非針對高速移動開發的技術，當列車移動速度達到120km/h以上時，面臨高速移動下誤碼率急劇增加的問題。（5）WLAN的發射功率低，覆蓋範圍小，一個AP的覆蓋範圍大概爲200m，列車在高速移動時，車載無線設備會頻繁發生漫遊切換，頻率的切換易造成無線通信數據延時、丟失和中斷。
2LTE技術優勢
LTE是基於OFDMA（正交頻分複用多址接入）技術，依據由3GPP組織制定的全球通用標準。LTE系統同時定義了FDD和TDD兩種方式，其中，TD-LTE技術上下行時隙可配置的特點，非常適用於行業客戶的非對稱業務要求。與WLAN技術相比，TD-LTE系統應用在軌道交通無線系統中有以下幾點優勢：（1）TD-LTE技術支援高速移動性，採用自動頻率校正技術，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，理論上能爲350km/h的用戶提供接入服務。（2）抗干擾能力強，針對系統中存在的干擾，採用ICIC技術進行小區間的干擾協調，採用IRC技術進行干擾消除。2015年2月工信部發布的“工業和資訊化部關於重新發布1785～1805MHz頻段無線接入系統頻率使用事宜的通知”，明確指出城市軌道交通可以使用1785～1805MHz頻段，軌道交通TD-LTE網絡使用工信部批准的專用頻段，從使用頻率上解決了外系統的干擾問題。（3）傳輸速率高，在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峯值速率。0～120km/h移動場景下平均吞吐速率達到70Mbit/s，上行速率26Mbit/s，下行速率44Mbit/s。（4）覆蓋距離遠，效果更好，單個RRU（射頻拉遠單元）設備能夠覆蓋1.2km的距離，軌旁設備數量少，維護簡單，列車在執行中切換次數也更少。（5）LTE制定了完善的QoS機制，針對不同質量要求的業務進行區分，可定義不同的業務優先級，因此LTE支援多種業務承載，包括CBTC、多媒體集羣調度、車載PIS和CCTV等。相比TETRA+WLAN多系統方式，大幅簡化系統、在降低造價的同時，還可減少故障點，便於系統維護。（6）組網靈活，支援成對或非成對頻譜，可靈活配置1.4~20MHz間的多種系統帶寬。
3TD-LTE在軌道交通中的應用
3.1業務流量及寬帶需求
（1）專用無線調度系統爲控制中心調度員、車站值班員等固定用戶與列車司機、防災、維修等移動用戶之間提供通信手段，滿足行車指揮及緊急搶險的需要。按照一個TD-LTE小區併發10路無線通話考慮，每路呼叫帶寬需要32Kbit/s，10路併發需要320Kbit/s需要，視頻通信帶寬按384Kbit/s考慮。（2）車載視頻監控（CCTV）業務將列車內的實時視頻監控圖像傳送至控制中心，一般按照2路考慮，每路佔用帶寬2Mbit/s。（3）乘客資訊系統（PIS）將新聞廣播、旅行指南、換乘資訊、在線廣告及應急資訊等乘客資訊由播控中心下發至車載乘客資訊系統顯示屏。按每列車接收1路高清視頻資訊考慮，每路佔用帶寬4~6Mbit/s。（4）CBTC信號系統單列車單網上下行各佔用帶寬100Kbit/s，要求丟包率小於1%，誤碼率小於10-6。（5）列車實時狀態資訊將列車的各種狀態資訊上傳至控制中心，佔用帶寬100Kbit/s。各業務帶寬需求及優先級如表1所示。
3.2LTE系統解決方案
溫州S1線無線通信方案採用TD-LTE技術，使用1785~1800MHz頻段，主要承載視頻監控，專用無線調度及乘客資訊業務，需要實現對控制中心、車站、車輛段、停車場及區間的全線無線覆蓋。溫州S1線TD-LTE無線通信系統依場所設定可分爲控制中心子系統、車站/場段子系統和車載子系統三個子系統。（1）控制中心子系統由核心網設備，CCTV和PIS等業務應用服務器、調度服務器、二次開發網管及TD-LTE基站設備等組成。核心網設備和CCTV、PIS等業務控制平臺互聯，向業務系統提供LTE數據交換功能，並提供集羣調度業務，向下管理基站，並允許終端鑑權接入。TD-LTE基站設備實現控制中心的室內無線覆蓋。（2）車站/場段子系統主要部署TD-LTE基站設備，基站的基帶單元（BBU）放置在機房中，車站基站的射頻單元（RRU）透過漏泄同軸電纜實現線路區間的無線覆蓋。車輛段/停車場的綜合樓頂設定天線杆塔，在杆塔上安裝RRU及天線，實現車輛段/停車場的室外無線覆蓋，車站室內區域及車輛段/停車場車庫內透過室內分佈系統實現無線覆蓋。（3）TD-LTE車載終端TAU部署在列車的前後司機室，前後司機室各部署一套TAU，兩套TAU以主備方式工作，提供車輛的數據接入。PIS與CCTV車載設備透過交換機連接到TAU，實現車地無線傳輸。車頭車尾的車頂各部署兩套鯊魚鰭天線，車體底部側面各部署一套定向天線，共8副天線。
4結束語
綜合上述，TD-LTE技術具有支援高速移動、抗干擾能力強、傳輸速率高及多業務承載的優點，是軌道交通無線通信系統的未來發展趨勢，將成爲軌道交通無線系統的主流方案，並在城市交通資訊化建設中發揮越來越重要的作用。
參考文獻
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