摘要：高速公路监控系统是调整公路系统实现安全、高效、节能及环保运行的重要手段。高速公路监控系统的作用是对高速公路网实现实时监控和交通控制。本文介绍了高速公路监控系统以及LTE系统技术构成，探讨LTE系统在高速公路监控系统中的应用。
关键词：LTE；高速公路；监控系统
引言
监控系统是高速公路的动态保障系统，是保证高速公路的服务水平，充分发挥其安全高速、舒适高效特点的主要手段。实时了解道路状况与交通运行情况、制定合理的控制方案将是监控系统的主要职能，如何充分运用监控系统的技术手段使高速公路整体通行能力达到最大水平将是监控系统所要解决的主要问题。
一、LTE的概述
LTE是由3GPP（第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（通用移动通信系统）技术标准的长期演进，LTE系统引入OFDM和MIMO等关键技术，增加频谱效率和数据传输速率，并支持多种带宽分配，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段，频谱分配更灵活，系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更扁平化简单化，减少网络节点和系统复杂度，减小系统时延，也降低网络部署和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。根据双工方式不同LTE系统分为FDD-LTE和TDD-LTE，二者技术的主要区别在于空口的物理层上。FDD系统空口上下行采用成对的频段接收和发送数据，而TDD系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，较FDD双工方式，TDD有着较高的频谱利用率。
LTE采用由NodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比，LTE减少RNC节点。名义上LTE是对3G的演进，但事实上是对3GPP的整个体系架构作了革命性变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。
二、高速公路监控系统概述
高速公路交通工程机电系统由收费系统、监控系统、通信系统三大系统及照明和通风系统和供配电系统组成。收费系统对道路的使用者按既定的费率征收通行费，以回收道路建设投资。通信系统为收费和监控系统提供信息传输的通道。监控系统是三大系统的核心，其对高速公路交通流状态和交通环境进行监测，并根据需要对交通流进行诱导和控制，保证车辆运行畅通、减少交通事故、降低事故的危害性。高速公路监控系统由外场监控设施、站场监控室和各级监控中心组成，是实现高速公路运行管理的重要手段。
高速公路监控系统是智能交通系统（ITS）的重要组成部分，在我国IT的框架中属于第五个服务领域（紧急事件和安全系统）。由于我国的经济发展，产生大量的道路运输需求与更高的质量要求，因此在某些交通事故频发、易产生交通拥堵和交通混乱的路段，为提高高速公路的有效利用，高速公路监控系统应运而生。
随着无线通信系统在国内的快速发展，其在工业、交通运输等其他领域也有着潜在的巨大市场。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆鉴于现代高速公路监控系统对通信的需求越来越大、要求越来越高，而传统的有线通信系统存在建设周期长、建设维护成本高、组网方式不够灵活方便等缺点，可通过LTE无线网络终端和移动网络对现有的有线系统进行改造，构造高速公路移动专网通信，充分发挥LTE无线通信系统的优势为未来的高速公路监控系统服务。
三、LTE系统在高速公路监控系统中的应用
3.1 LTE无线系统结构
LTE无线数据通信系统是集成计算机技术、LTE无线网络平台和数据通信技术于一体的综合技术，通过LTE无线终端，借助LTE无线网络将数据传输到数据业务中心，实现对多个用户设备终端的双向数据通信。在移动通信飞速发展的今天，通过LTE移动公网或者专网进行数据传输，技术成本低，而且建设非常方便。
监控中心和智能交通系统以Internet方式，采用宽带或专线形式接入系统，有利于系统的下一步扩展。在安全问题上可采用隧道方式或设立硬件防火墙的办法以实现安全监控，监控系统的前端采集设备结合无线数据终端设备即构成无线采集系统，摄像头、情报板等采集设备可通过各种接口连接无线数据终端，通过移动网络，与监控中心建立连接通道，收费系统也可按照这种方式进行连接，构成高速公路收费系统。
3.2 LTE系统技术构成
（1）双工技术
双工技术分为两种，FDD（频分双工）和TDD（时分双工）。FDD指的是上行信号（UE到基站）和下行信号（基站到UE）分别在两个频带上发送。TDD方式中，发送信号和接收信号在相同的频带内，上下行信号在不同时隙发送。
在LTE中，不但要支持FDD和TDD，还要考虑支持半双工FDD（H-FDD）。在H-FDD中，基站仍采用全双工FDD方式，终端发送和接收信号虽然分别在不同的频段上传输，采用成对频谱，但其接收和发送不能在同时进行。在LTE中采用H-FDD是因为H-FDD不像全双工FDD那样要求严格的上下行频段保护间隔，因此可以使用一些分散频段，同时H-FDD终端收发双工器的要求较低，应用H-FDD方式可减小功耗。
（2）多址技术
LTE采用OFDMA作为下行多址技术方案，并不是说OFDMA技术比CDMA技术先进而是由于3GPP的选择。在传统的FDMA多址方式中，将较宽的频带分成若干较窄的子带（子载波），每个用户占用一个或几个频带进行收发信号。为避免各子载波之间的干扰，不得不在相邻的子载波之间保留较大间隔，降低了频谱效率。
（3）MIMO技术
为支持LTE在高数据率和大系统容量方面的需求，LTE系统支持多输入多输出技术，在LTE系统的下行链路，系统的基本天线配置为2*2，即2根天线发送和2根天线接收，最大支持4根天线进行下行方向四层传输。在上行链路其天线基本配置为1 *2，即1根发送天线和2根接收天线，即只考虑存在单一上行传输链的情况。
（4）小区间干扰抑制技术
因为OFDM技术存在严重的小区之间干扰，在LTE的早期研究中，提出小区干扰随机化、小区干扰消除、小区干扰协调、回避等方法，这些方法可结合起来使用。
3.3数据传输模式
（1）永远在线模式
无线数据终端开机后自动连接LTE网络，根据数据中心的IP自动连接数据中心，并一直检测链路连接情况，一旦链路出现故障异常，则在恢复故障后再次自动连接。
（2）中心呼叫模式
数据中心需要呼叫或收集某一个无线数据终端的数据时会通过LTE网络向其发出指令，无线数据终端接收到指令后立即连接数据中心，按照要求传输数据。
（3）数据触发模式
某一无线数据终端有数据需要传输时，立即通过LTE网络连接数据中心，并向其传输数据。
结束语
基于LTE移动网络的高速公路无线监控系统，通过可移动的前端采集系统，以更低的系统建设成本和更灵活的组网方式对更多的路段进行有效监控。
参考文献
[1]王映民，孙韶辉等.TD-LTE技术原理和系统设计[M].北京，人民邮电出版社.2010.6.
[2]付增辉.高速公路监控系统外场设备数据传输方式及应用[J].智能交通.2010.11.
论文作者:崔岑
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/7
标签：系统论文; 监控系统论文; 高速公路论文; 双工论文; 终端论文; 技术论文; 方式论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;