摘要：城市轨道交通信号系统是由地面和车载信号设备共同构成的系统，其中地面信号设备负责提供列车移动的命令，而车载信号设备则负责接受和执行列车授权命令。该套设备主要是为了保证列车运行安全而存在，因此想要保证列车的稳定运行，就要实现列车运行自动化发展，这就意味着对无线通信传输提出了更高的要求。将LTE技术应用其中，可强化信号系统的技术基础。本文就城市轨道交通信号系统中LTE技术的应用展开了讨论。
关键词：城市轨道交通；信号系统；LTE技术；应用
1城市轨道交通信号系统概述
城市轨道交通实现代化都市的重要基础设施，它安全、迅速、舒适、便利地在城市范围内运送乘客，最大限度地满足市民出行需求。在城市各种交通工具中，具有运送量大、速度快、安全可靠、污染低、受其他交通方式干扰小等特点。城市轨道交通信号设备是城市轨道交通的主要技术设备，城市轨道交通信号系统通常由列车运行自动控制系统和车辆段信号控制系统两大部分组成，用于列车进路控制、列车间隔控制、调度指挥、信息管理、设备工况监测及维护管理，由此构成一个高效综合自动化系统。城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。
2城市轨道交通信号系统现状
目前我国城市轨道交通信号系统一般包涵并采用以下几种系统：基于通信的自动控制系统、列车的自动监控子系统、列车自动防护子系统、列车自动运行子系统、计算机联锁子系统以及数据通信子系统等构成。国内，现阶段开通运营的城市轨道交通信号系统中无线类的通讯系统大部分采用免费开放的2.4GHz频段的无线局域网络技术。这种技术虽然可以满足大部分城市轨道的信号传输需求，但也存在很大的局限性。主要问题有以下几点：一是，易被干扰。由于免费开放的2.4GHz频段的无线局域网络技术在遇到同频段设备的信号干扰时容易被抢占信号，阻断通信系统的信号传输，会经常导致信号系统采取各种应急措施。曾经就因为有乘客携带移动的wifi网络信号发射设备干扰到了列车的信号传递，导致多趟列车在正常运行中突然停车。这件事在当时引起的社会的广泛关注，也正是因为此次事故，相关的研究人员，开始着力于研究不容易被干扰的信号来运用到城市轨道交通信号系统中。二是，信号的不稳定性。开放的2.4GHz频段的无线局域网络技术虽然优点是易于设置，减少了建设初期的经济成本，但在区域覆盖边缘，该频段的网络信号会产生不稳定的状态。这种状态也很可能导致列车车载信号的发射接收装置与地面信号设备不能及时的进行沟通。
3在城市轨道交通信号系统中LTE技术的应用实践
3.1简述LTE技术
LTE技术是现阶段较为常用的交通信号技术，该技术的应用能够在低时延、高速率的传输基础上，实现信号系统中的多种功能，包括广播组的播出业务、无线接入等。LTE技术的主要功能是在20MHz频谱带宽条件下，为信号系统提供上行100Mb/s、下行50Mb/s的峰值速率。在应用了LTE技术后，城市轨道交通的覆盖率达到了100Km。除此之外，LTE系统中还集成了多种先进技术，分别为网络扁平化，高传输带宽、强移动接入性、高切换成功率、高接通成功率以及强抗干扰能力和严格的QoS制度，通过这些先进的性能和技术，在低成本的情况下，保证了信号系统无线传输服务的业务质量，并且有效提高业务水平和传输速度。
3.2技术优势
一是扁平化的网络：LTE网络采用eNodeB（BBU和RRU）和EPC两层扁平的网络架构，网元节点少，时延小，满足低时延、低复杂度和低成本的要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆二是传输带宽高：LTE系统支持在成对和非成对频段上部署0～120km／h移动场景下平均吞吐速率达到60Mb／s、上行速率16Mb／s、下行速率44Mb／s。三是移动接入性强：采用自动频率校正确保高速移动（>120km／h）场景下的无线链路质量，具备优良的高速移动状态下的宽带接入能力，接入速度快。四是极高的切换成功率及接通成功率：LTE技术可以很好地规避多普勒频移及切换带来的问题，提高切换成功率，保证高速切换场景下的带宽稳定，提高覆盖质量及业务质量。五是抗干扰能力强：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技术是由于频段资源有限及又容量需要高带宽的原因，这就可以很好地解决这种被同频段信号干扰的情况。六是严格的QoS机制：9级QoS保证高优先级业务的服务质量。
3.3系统方案设计
列车自动控制系统主要实现对车辆安全行驶的控制功能，需覆盖城市轨道交通的正线（含折返线、联络线）、出入段/场线、段/场咽喉区、段/场车库内、试车线。列车自动控制系统关系到列车的运营安全，对通信系统的可靠性要求很高。利用LTE网络来承载列车自动控制系统，要求采用独立的双网冗余物理通道设计，并对传输数据加密，保证通信安全。整条线路每列车单网的传输速率不低于200kbps，上下行各100kbps，误码率小于或等于10－6，越区切换时间和传输时延在150ms以内，且双网中同一时刻至少有一个网络无中断。两张LTE网络物理上独立，形成冗余备份，且分别通过两台DRCS（容灾中心）服务器与列车自动控制应用服务器相连。通过LTE网络，实现地面列车自动控制服务器与车载终端设备信息的传送。
3.4具体实施方案
一是，两套LTE网络承载列车自动控制系统方案。两套LTE网络承载列车自动控制系统的方案就是指架设出两套冗余LTE网络来提高列车自动控制业务整体的可靠性和可用性，在此基础之上，让其中一个LTE网络使用10MHz带宽的PIS，实施列车自动控制系统、PIS、车载视频监视系统的综合承载，另外一套LTE网络申请5MHz带宽，完成独立承载列车自动控制业务的任务。二是，一套TDD-LTE网络和一套WLAN网络共同承载列车自动控制系统方案。由于现有的列车自动控制线路中使用的无线系统采用的都是WLAN技术，因此除了上述方案外，还可以通过这种方案对既有线路进行改造过渡。比如在一些项目中，一期工程已经采用了WLAN技术，那么二期工程就能够采用TDD-LTE技术，实现一期和二期工程之间的兼容。值得注意的是，在工程展开的过程中，要优先保证列车自动控制的传输，实现专频专用，然后再考虑其他工程技术。随着WLAN技术的发展，大带宽技术也得到了发展，因此TDD-LTE技术和WLAN技术可以进行融合。
4结束语
综上所述，LTE作为目前移动通信发展的新技术，具有高带宽、高可靠、高抗干扰能力等特性，适合移动环境下无线信号的稳定传输。目前城市轨道交通信号系统仍存在很大的改进空间，先进、可靠的LTE技术不但可以提高车地无线通信质量，减少民用无线设备对信号系统产生的干扰，还能够简化区间隧道的设备和线路。与既有WLAN技术相比更适合应用于轨道交通信号系统无线通信领域，在获取专用频段后LTE技术能为信号系统提供稳定、可靠、安全的无线传输通道。在今后新建信号系统项目中，可以考虑采用LTE技术作为信号系统车地无线通信方案。
参考文献：
[1]LTE技术在城市轨道交通车地通信中的应用[J].顾蔡君.铁路通信信号工程技术.2018（03）
[2]基于LTE（长期演进）技术的城市轨道交通车地通信方案研究[J].王喜军.城市轨道交通研究.2016（S2）
[3]分析无线通信技术在轨道交通通信、信号业务中的应用[J].李伟强.中国新通信.2018（07）
论文作者:陈薇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/3
标签：信号论文; 列车论文; 系统论文; 技术论文; 城市轨道论文; 频段论文; 交通论文; 《基层建设》2018年第34期论文;