摘要：地铁交通信号系统是一个由地面信号设备和车辆信号设备组成的系统，地面信号设备提供地铁移动许可命令，车辆信号设备根据移动许可命令指示地铁运行。信号系统是确保地铁运行安全、实现运行命令和地铁运行自动化以及提高运行效率的关键系统，其车地无线通信传输是地铁运行的关键环节，对其性能提出了更高的要求。文本对LTE技术在地铁信号系统中的应用进行分析。
关键词：LTE；轨道交通；信号系统；无线通信
引言
LTE技术具有极高的网络传输速率、极短的网络延迟、高质量的实时通信保证以及其他相关的抗干扰灵活性、易于维护和高移动性能。LTE技术更适合地铁交通信号传输和系统组件。
1、LTE技术基本情况分析
1.1内涵
LTE技术（LongTermEvolution），是通用移动通信系统的重要演进项目，是根据3GPP（the3rdGenerationPartnershipProject）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OFDM、MIMO、混合自动重传技术、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75mbps和下行150mbps峰值速率，能够很好地提升用户的整体应用效果。
1.2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技术系统中能够很好地开展检测、避免以及控制工作，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技术也将能够发生一定的变化。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$码重传等机制的优势，较好控制总体的信号系统应用效果。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。
2、LTE技术在地铁信号系统中应用的必要性
地铁信号系统主要是采用了基于无线通信的CBTC系统，即地铁自动控制系统，该系统车地通信方式多是采用了WLAN技术，也就是免费开放的无线局域网络，这一技术保持着2.4GHz频段应用效果，但是同时存在着一些问题，主要是容易受到相同频段的其他设备的干扰，需要较多的轨旁无线设备，并且无法充分有效地支撑地铁运行系统的高速移动效果。相较于WLAN技术，LTE技术在地铁信号系统中的应用，将具有更为明显的优势。首先，在无线干扰信号方面，WLAN技术主要采用了开放频段，受到外部干扰的情况较多。而LTE技术能够申请到专用的频段，减少受到外部设备干扰的情况出现，并且LTE采用的ICIC技术手段还能够针对系统内部各项因素将进行有效的抗干扰。其次，可维护性层面。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的距离就设置无线设备，需要有大量的设备布置在轨道旁边，给后期维护工作造成了较大难度。而LTE技术的应用，只需要通过较少的网元数量，就能实现远距离的信号覆盖效果，设置轨旁设备的距离一般为1～1.2km。再者，移动性方面。WLAN技术在较为低速的环境中应用情况较多，一旦地铁地铁运行的速度不断加大，将会容易导致丢包率和切换失败率加大。相应的LTE技术在这方面依然能具备较好的应用效果，这是因为其发挥了自动频率校正技术作用，促进地铁信号在高速的移动下依然保持着稳定状态。最后，服务质量（QoS）方面。WLAN技术采用的QoS算法竞争性较强，没有绝对的优先级用户。而LTE技术可以设置合理的优先级，从而在传输信号的时候，能够保证地铁系统无线传输信息的及时性和有效性。如图1所示。
图1 LTE技术车地无线通信系统逻辑架构情况图
3、LTE技术在地铁信号系统中的具体应用
LTE应用系统包括中央控制子系统、基站覆盖子系统、地铁子系统等。中央控制子系统主要由LTE核心网络设备（EPC）和LTE网络管理（OMC）组成，可与cbtc业务系统对接。核心网络EPC通过所有级别的交换传输网络连接到LTE基站设备，LTE网络管理系统是在整个无线覆盖系统中配置和管理所有LTE基站的LTE网络管理系统。EPC和网络管理通过交换机/路由器连接到所有基站。沿LTE基站放置，并通过光纤连接到控制中心。基站通过1588时钟源构建完全网络时钟同步，以确保整个网络交换正常。LTE汽车设备（tau）与LTE基站建立无线连接，并连接到车辆交换机。
3.1中心控制子系统
EPC设备是LTE系统的核心网络，是多种业务的总入口。LTE汽车通信网络使用两组EPC同时工作，为a、b两个LTE网络提供单独的数据传输通道。LTE网络管理系统监督LTE的a、b双网络核心设备（基站、核心网络、车辆终端）的维护、配置和管理，SNMP协议使您能够监控和管理其他设备（如时钟服务器）的状态，以及向外部网络管理系统提供LTE网络中的重要状态、事件和警报等信息。一条接地导轨通常安装两台时钟服务器，并提供冗馀保证。时钟服务器使用1588v2（PTP，精确的时间协议）网络同步为LTE的a、b网络基站提供微秒级时钟同步保证。每个时钟服务器都有单独的GPS输入，可确保整个网络时钟同步的集成基准。
3.2基站覆盖子系统
基站子系统负责LTE无线信号的完美覆盖，确保LTE无线信号的强度和质量，具有有效的无线通道，使LTEtau能够及时准确地传输各种业务数据。基站覆盖系统包括LTE基站、站开关、无线系统等。基于LTE的工作站具有a、b冗馀网络设备，可实现两个以1785-1805MHz运行的5米频段。a、b网络基站网络完全独立，通过单独的电源、光缆路径最大限度地减少单个故障点引起的信号。a、b网络基站和天线系统使用a、b网络信号强度分布相似的地址分布方法，相邻基站具有一定的重叠覆盖范围，并提高信号覆盖冗馀和可靠性。LTE骨干交换机位于磁道旁边的LTE基站和负责核心网络之间数据通信和时间同步的设备集中站。骨干交换机需要1588v2协议来支持LTE基站的时间同步，以满足LTE基站的要求。无线系统负责发送和接收LTE无线信号。为了确保LTE系统的服务质量，请根据基站发送功率、覆盖范围、无线带、UE接收灵敏度等参数设计和选择泄漏电缆，以设计基站距离。
结束语
综上，地铁交通信号系统，是由地面信号设备提供指令批准地铁移动，车载信号接收设备根据地面信号设备提供的命令指导地铁运行。我们在工作中需要确保三个运行要点：安全运行，自动化运行，指挥准时运行。因此，LTE技术在安全、快速、准确、高效地传输信号命令方面有极为重要的应用价值，对提高地铁运营的服务水平作用显著。
参考文献：
[1]孙寰宇，顾向锋．基于LTE技术的车－地无线通信组网方案研究［J］．铁道标准设计，2017（8）．
[2]基于LTE技术的地铁交通车－地通信综合业务承载可行性分析及实验室测试报告．2017．
[3]中国地铁交通协会．地铁交通CBTC信号系统行业技术规范－数据通信子系统规范．2016
论文作者:周沛然
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：信号论文; 基站论文; 技术论文; 地铁论文; 系统论文; 网络论文; 设备论文; 《基层建设》2019年第15期论文;