摘要：城市轨道交通信号系统由地面控制中心和车载信号系统共同构成，对列车进行实时指挥，实现列车运行自动化，保证列车运行安全，提高列车运营效率。信号系统的控制模式为控制中心对运行中的列车发出指令，列车车载系统接收指令并执行。如何保证控制中心的指令及时、准确地传输到列车的车载系统，需要将LTE技术应用在城市轨道交通系统中，实现高效可靠的车地无线通信，为信号系统的正常运行提供有力的保障。
关键词：LTE 技术；城市轨道交通；信号系统
引言
城市轨道交通信号系统由地面控制中心和车载信号系统共同构成，对列车进行实时指挥，实现列车运行自动化，保证列车运行安全，提高列车运营效率。信号系统的控制模式为控制中心对运行中的列车发出指令，列车车载系统接收指令并执行。如何保证控制中心的指令及时、准确地传输到列车的车载系统，需要将LTE技术应用在城市轨道交通系统中，实现高效可靠的车地无线通信，为信号系统的正常运行提供有力的保障。
1轨道交通信号系统中LTE技术的概述
LTE（Long Term Evolution）是由3gpp制定的4G移动通信标准，可为信号系统建立一个高速率、低延时的无线传输通道，实现信号系统中的多种功能。LTE技术采用扁平化网络结构，核心网构成是由服务网关和移动管理两部分组成，负责移动的信息指令发送、信息数据的交换，以及数据安全保存等。无线网由eNode基站组成，实现无线资源管理等功能。LTE技术引入了很多先进技术，例如支持终端高速移动、更高的切换成功率、网络扁平化、高传输带宽、高接通成功率以及强抗干扰能力和严格的 QQS 制度，通过这些技术，可以保证信号系统的无线传输质量，提升了列车运行效率。
2 轨道交通信号系统存在的问题
2.1 易被干扰
由于 2.4GHz 频段的无线局域网技术是自由开放的，当设备在同一频带内受到信号干扰时，很容易捕捉到信号，阻碍通信系统的信号传输。它常常导致信号系统的各种应急措施。有一次，由于旅客的携带和移动网络信号传输设备随着列车信号的传输，导致多列车在正常运行期间突然停止运行。这件事在当时引起了社会的广泛关注。正是由于这一事故，业内的专家学者开始了城市轨道交通信号系统的深入研究。
2.2 不支持高速的移动
随着城市轨道交通系统的不断进步，郊区轨道交通系统也沿着城市轨道交通的步伐，进行改革和发展。列车速度也有了很大提高，但唯一的 CBTC 系统不能满足高速信号传输，而CBTC 系统会增加高速运行引起的误差。
2.3 轨旁无线设备较多
CBTC 系统中使用的 WLAN 设备传输距离较短，需要设置的 AP 设备较多，故障较多。当设备出现问题，维护速度跟不上或不及时维护时，会出现难以想象的情况。因此，更稳定的无线通信技术还需要进一步研究。
3轨道交通信号系统中LTE技术的特点
3.1能够抗干扰
在传输过程中，有传输的消息集中挑选出要传输的信息，每一组信息对应一个相应的信号，所以在对应消息时有确定的消息集。一般来说信号的干扰有两种情况一种自于系统内相同频率内的互相干扰，破坏了相同频率内的消息集，另一种两条信号线上串扰发生的耦合现象。LTE技术能够进行丢包重传，可以分集合并、降低干扰。
3.2具有灵活性
LTE技术在运用过程中对于不类型的产品也能够进行使用，支持不同频段进行组网，还能够支持不同地区时差同步协议。能够灵活的应用于各种复杂环境，不同的设备类型，使得LTE技术在应用中有广泛的空间。
3.3降低维护成本
LTE技术采用漏泄同轴电缆作为传输介质，而在轨道旁的设备数量大大减少，同时LTE技术采用扁平式网络构架，组成无线网络部分只有很少一部分的元件设备，方便了工作人员在后期对于整体设备的维护，节约了时间成本。
3.4高速移动性
LTE技术采用了多普多普勒频偏纠正技术，解决了列车高速移动情况下无线信号不稳定的问题，可支持350km/h的移动速度，完全满足高速地铁的传输要求。
4 WLAN 技术和 LTE 技术性能进行对比
WLAN 技术和 LTE 技术具体的性能对比如表 1 所示。
通过对比分析可以看出，LTE 技术与目前城市轨道交通信号系统中使用的 WLAN 技术相比具有明显的优势。
5 LTE 技术在城市轨道交通信号系统中的应用分析
5.1 LTE 信号系统的应用
随着科学技术的不断发展，LTE技术也在不断完善和优化，LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用也为城市轨道交通的进一步发展起到了极大的推动作用。例如：郑州市在2013年底开始开通运行的地铁 1号线，其中使用的 PIS系统便是对 LTE 技术在无线通信方案中的首次运用。其次，LTE 技术在深圳、温州以及杭州等多地的城市轨道交通信号系统中中标。LTE技术信号系统的应用主要涉及了列车的行车安全系统，对于无线通信的稳定性、可靠性以及安全性会有较高的要求。LTE 技术在城市轨道交通信号系统的信号传输过程中，所需要的带宽很小，并且具有较高的实效性和可靠性。由于城市轨道交通信号系统与城市轨道交通PIS系统在需求上存在一定的差异，所以在实际的LTE技术应用过程中，还需要根据实际的信号无线通信传输特点来进行适当的调试。
5.2 LTE 技术在城市轨道交通信号系统中的应用测试
LTE 技术在城市轨道交通信号系统中的应用测试主要是从2014年北京市交通委、北京市轨道交通建管公司、北京市轨道交通路网指挥中心以及北京市地铁运营公司等多家公司和部门的共同支持下进行，通过联合无线网络通信厂商以及通信厂商对LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用信息进行了整合和测试工作。LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用测试拓扑示意图如图1所示，其中 CBTC 业务流数据包的具体大小为400bytes，实际的发送周期是100ms；信道仿真器主要采用的是ETU信道模型，同时按照漏缆信道衰落的特点设置信道仿真器链路衰耗，将传输频宽控制在5MHz和 15MHz。利用这个测试平台，可以对 LTE 传输时延、丢包性能以及切换传输性能等关键性指标进行测试。参加LTE技术在城市轨道交通信号系统中应用测试的信号厂家有很多，比如：华为、中兴、普天、54所等通信厂商以及卡斯柯、交控科技、富欣智控、全路通等信号厂家。LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用测试主要依托与实验室测试平台搭建的基础上，各个通信厂商和信号厂家通过对城市轨道交通的模拟，进一步实现了对无线通信传输的测试。
图1 LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用测试拓扑示意图
在完成 LTE 技术在城市轨道交通信号系统中的应用测试试验之后，参与测试的各方都将LTE技术相关设备积极地转移到城市轨道交通环境展开实际的应用测试，测试结果也进一步表明了 LTE 技术在城市轨道交通信号系统中的巨大应用价值，标志着城市轨道交通又向前迈了一大步。
结束语
LTE技术具备可靠性强，丢包率低、抗干扰能力强、高带宽等优点，适合在城市轨道交通中使用。基于国家无委分配的1.8G专网频率，LTE技术在授权频段上使用，更加安全可靠地，在以后的城市轨道交通信号系统建设中，可以采用LTE技术作为信号系统车地无线通信方案。
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论文作者:潘佳琪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/8
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