摘要：随着社会经济的发展，地铁为人们的出行提供了便利。LTE具有快捷、高速，防干扰性强等特点，引入LTE技术并将之运用于地铁信号系统中，能够保证信号系统指令及时准确地进行传输，能够提高运营效率，提升乘客服务质量。
关键词：地铁信号；LTE技术；应用
引言
地铁是城市居民选择度最高的交通工具，为了提高地铁的乘坐舒适度，使乘客满意，地铁工作者一直不遗余力地进行着相应的研究，使得地铁中的设备不断优化和升级，特别是对地铁信号系统的研究和开发。地铁信号系统是地铁运行的大脑，直接关系地铁运行的安全。在行驶过程中，地铁车辆要根据接收到的地面信号，通过无线传输，在经过严密的逻辑运算来控制列车速度。当信号传输出现错误时，很有可能引起事故，造成人员伤亡和经济损失。为了满足客流量日益增加的需求，提高列车安全系数、列车速度、行车间隔和乘车的舒适度，传统的无线传输虽然可以满足大部分城市轨道交通信号系统传输需求，但也存在很大的局限性，随着LTE技术在民用通信中逐渐成熟和技术的不断升级，以及在地铁通信系统中的成熟应用，LTE技术也更适用于地铁信号系统的传输。
1.信号系统无线通信现状
国内城市轨道交通信号系统主要采用基于通信的列车自动控制系统（CBTC系统）。CBTC信号系统主要由列车自动监控子系统（ATS子系统）、列车自动防护子系统（ATP子系统）、列车自动运行子系统（ATO子系统）、计算机联锁子系统（CI子系统）、以及数据通信子系统（DCS子系统）等构成。其中DCS子系统中的无线通信系统是沟通地面信号设备与车载信号设备的关键系统，必须安全、可靠、稳定的运行。目前开通运营的城市轨道交通CBTC信号系统中，车地通信方式大部分是采用免费开放的2.4GHz频段无线局域网络（WLAN）技术。该技术满足城市轨道能将运营的需要，但是也存在一定的问题和局限性。第一，在无线干扰信号方面，因为信号系统采用开放频段，外界同频段设备会与信号系统抢占传输通道，易受同频段其它设备干扰，甚至阻断系统系统传输，导致信号系统采取紧急停车措施，影响正常运营。第二，移动性方面，WLAN技术标准制定之初的定位是提供室内场景下的无线宽带接入，没有针对高速移动下设备的接入及传输进行优化，无线信号在高速移动下由于多普勒频移效应而使传输误码率增大，影响正常的无线信息传输。第三，可维护层面，WLAN技术实际能够覆盖到的地铁信号距离较短，通常需要按照200m的距离设置AP，轨旁设备较多，系统潜在故障点较多，给后期维护及抢修工作带来了较大困难。基于以上原因，各地轨道交通建设过程中起来越重视信号系统无线通信技术的选择，希望寻找到更安全稳定的无线通信系统。
2.LTE技术的优势
2.1LTE的关键技术
LTE技术(Long Term Evolution)，是通用移动通信系统的重要演进项目，是根据3GPP(the 3rd Generation Partnership Project)组织定义的无线空中接口新标准，能够有效开展增强型的多媒体广播组播业务工作。其充分有效地使用了UMB、WIMAX、电气和电子工程师学会(IEEE)的802.20移动宽带频分双工/移动宽带时分双工等技术，已经基本具备了4G通信技术手段的特征。同时LTE技术中还很好地采用了正交频分复用（OFDM）、多输入多输出（MIMO）、混合自动重传（HARQ）技术、自适应调制编码技术等方面，能够在20mHz频谱带宽下，提供上行50mbps和下行100mbps峰值速率，能够很好地提升用户的整体应用效果。
2.2技术优势
LTE技术在实际应用的过程中具有较强的抗干扰能力，能够在较低成本的运行状态中更好地保证和提升信号系统无线传输服务的实际业务质量。LTE系统能够很好地进行干扰的检测以及反馈，在OFDM载波调度的作用下，推进检测活动的顺利开展，实时跟踪各项信号情况，并加强检测结果的准确性。在信号时域频域的变化过程中，LTE可以实现资源的动态调度和分配。同时，在避免干扰这一层面，LTE技术能够发挥干扰抑制合并和重传等机制的优势，较好地控制信号系统总体应用效果。LTE技术拥有着扁平化的网络，采用的网元节点较少，延时性较低，能够在对延时要求较高的信号系统中发挥有效作用，并且该项技术拥有较高的传输带宽，移动接入性较强，在切换成功率和接通成功率方面都较高，能够充分应对高速切换场景下的一些情况，使得带宽始终保持着较高的稳定性，促进信号系统覆盖质量和业务质量的不断提升。
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2.3LTE技术的特点
2.3.1抗干扰
通常信号的干扰来自于系统内相同频率的干扰，这时候需要考虑到同向前后，同频率邻区间的信号对使用的主信号干扰情况。而LTE技术频段资源十分有限又需要一定的高带宽，在这种情况下就有效减少了同频段信号干扰。
2.3.2灵活性
除了可以支持多种厂家设备的混合组网以外，还可以支持多种时钟同步协议。这种灵活性能够更全面的支持不同环境、不同设备的匹配，使得LTE技术能够有更广泛的应用空间。
2.3.3可维护性
LTE无线专网极大的提高了无线覆盖，同时LTE采用网络扁平化构架，无线网部分只有少部分的元件设备组成，整体元件数量变少方便后期对整体设备进行维护，降低了设备维护成本。
2.3.4高速移动性
LTE技术解决了在高速移动环境下的无线链路质量，具备优良的高速移动状态下的宽带接入能力。同时LTE技术采用了多普勒频偏纠正技术，用以支持其较快的移动性。
3.地铁信号系统中LTE技术的应用
3.1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，通常是针对时钟服务器进行的，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，比如说地铁信号系统运行中LTE网络内部出现的一些事件、重要状态以及告警信息等方面内容。
3.2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，将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。该骨干网交换机在实际应用的过程中，想要实现信号传输在时间上的同步性，需要采用1588V2协议，更好地支撑LTE基站时间需求。再者，地铁信号系统中针对LTE无线信号的发送和接收情况，想要全面有效保障LTE系统的总体服务质量，需要从LTE基站的覆盖距离、发射功率、无线频段以及UE接收灵敏度等方面的参数设计情况出发，采用科学合理的方式，针对基站的总体布置距离进行设计，并选择合适的传输介质(如漏缆、波导管、无线天线等)及其布置形式。
结语
总之，将LTE技术广泛应用在地铁信号系统之中，将能够推进地铁信号的稳定传输，推进地铁线路运行的安全性和可靠性不断提升，对于城市地铁工程的持续健康发展具有积极意义和作用。
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.
论文作者:刘文斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/11
标签：信号论文; 系统论文; 地铁论文; 技术论文; 子系统论文; 基站论文; 设备论文; 《基层建设》2019年第22期论文;