地铁TD—LTE覆盖方案研究

摘要：和WLAN技术相比，TD-LTE技术由于具备了一系列明显的优势，开始逐渐在地铁中获得应用。文章结合在地铁行业中TD-LTE的应用经验，在分析了TD-LTE技术的相关理论的基础上，分别从TD-LTE技术的覆盖方案设计、切换技术、抗干扰技术等方面对地铁中TD-LTE技术的具体覆盖方案进行了分析。

关键词：地铁行业；TA-LTE技术；覆盖方案；切换技术；抗干扰技术 文献标识码：A

中图分类号：TN929 文章编号：1009-2374（2016）21-0099-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.048

1 概述

当前，我国城市化进程不断加快，大量的人口开始融入城市，私家车辆的数量也开始大量增加，从而使得城市交通面临着巨大的压力，因此，为了有效地解决这种问题，就需要在城市中发展大容量、准点、快捷的城市轨道交通系统，而地铁就是目前建设很广泛的交通方式。在当前的地铁中，地铁覆盖存在的接入系统较多，而且覆盖的要求也较高，同时还面临着设备安装空间有限的问题，因此，时延小、可靠度高的无线通信技术就显得非常有必要，而TD-LTE技术便是非常好的一个选择。TD-LTE是TDD（时分复用）版本的LTE技术，也是我国拥有核心自主知识产权的4G国际通信标准技术，是一种专门为移动宽带应用而设计的无线通信标准。

2 TD-LTE技术的相关理论

2.1 LTE技术的涵义

LTE是基于正交频分复用多址接入（OFDMA）技术，依据由3GPP组织制定的全球通用标准。LTE在最初的设计时就考虑了高吞吐率的需求，是目前一种比较先进的无线通用技术。LTE的带宽速率是比较大的，和以往的技术相比，上下行的速率都有了明显的提升。而且在结构上来说，由于扁平化结构是其主要的结构，也能够使得用户的时延得到了很大的降低。此外，正交频分复用、多输入多输出以及混合反馈重发等先进技术的采用，也使得其在数据速率的提升方面有着很大的优势。除此之外，TD-LTE技术的安全性也是值得一提的，在其中应用了比较先进的抗干扰技术以及其他的安全机制，能够保证数据可以更加安全稳定地传输。

2.2 TD-LTE技术的特征

近些年来，移动通信技术获得了长足的发展，并且呈现出了移动化、宽带化以及IP化的发展方向，也相应地使得移动通信市场面临着更加激烈的市场竞争环境。在这种情况下，LTE由于其具有的一系列优势，开始成为众多相关组织、机构、厂商等的演进技术，从而使得其在很多的应用场合中获得了广泛的应用，同时也使得这些应用领域还在不断被扩展着。

2.3 TD-LTE技术的可行性分析

近些年以来，无线通信技术获得了非常快速的发展，不过其最终的方向都是指向了LTE技术。通过在地铁中应用LTE技术，能够有效地减少等待时间和提升数据的传输速率，同时也有效地改善了系统的容量和覆盖，降低了运营成本，而这些都是地铁在运营中重点关注的问题，因此，正是由于这些优势使得其在地铁中具有很好的可行性。

3 地铁中TD-LTE与WLAN技术相比的优势

目前，很多已建的城市地铁中，WLAN技术都是应用的主要技术，但是该种技术虽然应用简便，但是不足之处也是比较多的，比如，WLAN技术存在着较多的干扰源、安全性比较差、覆盖范围比较小、带宽低等，面对着当前地铁系统中不断增长的业务需求，WLAN技术显然已经显得力不从心而急需一套稳定的传输系统用于车地之间的数据传输，在这种情况下，TD-LTE技术就开始进入到了人们的视野中，并发挥出了其重要的作用：

第一，和WLAN技术相比，其在高速移动性能方面表现得更加突出，理论上500km/h移动速度以下都能够有效适应，这完全可以满足地铁列车的移动特性。

第二，专用运行频段也是TD-LTE的突出特征，也即是说，该种技术几乎不存在着干扰的问题，这点也是WLAN技术所无法企及的。

第三，我国很多城市都在尝试建设城际快轨、地铁，有部分列车的速度甚至超过了120km/h。而笔者根据目前车地无线系统只能适用于120km/h以下的移动速度，尤其对于CBTC系统中的无线通信，如果列车的速度超过了120km/h，发生误码率的情况就会急剧增加，从而很难满足CBTC系统的传输需要。而面对着这种情况，TD-LTE技术的应用很好地满足了地铁的这种需求。

第四，对于LTE技术来说，其还制定和完善了QoS体系（服务质量体系），其能够根据系统中不同的业务来定义不同的QoS保障策略，同时针对不同的业务进行区分，定义不同的QoS保障策略。

第五，LTE能很好地支持移动状态下上行视频图像的上传。

4 地铁中TD-LTE技术的具体覆盖方案

4.1 LTE的覆盖方案设计

在当前很多地铁中，需要在覆盖方案中接入的系统非常多，而且对覆盖的要求也比较高。再加上地下空间小、设备安装空间有限，因此本文主要探讨了采用多频分合路器（POI）对各系统信号进行合路后通过同一套天馈进行覆盖。而在具体的设计中，站厅和站台采用柜式POI，而隧道区间采用壁挂式POI。

4.1.1 站厅和站台的区域覆盖。在车站的站厅和站台区域采用带宽全频段吸顶进行覆盖，其中上行和下行分开，间距大约为1.25米，垂直走廊布放。对室内天线的出口功率进行合理控制，做到小信号均匀覆盖。相应的覆盖原理图主要如下图1所示：

4.1.2 隧道区间的覆盖。在地铁列车的运行中，大多数的时间都是在隧道中，而在该区域的TD-LTE技术覆盖，主要采用漏泄同轴电缆来实现该区域的信号覆盖，其中上、下行各一根。同时根据相应的漏缆链路损耗以及切换分析，为了保证足够的切换区域，建议LTE信源的距离应该在500米以内。相应的，地铁隧道区域的覆盖原理图如图2所示：

4.2 TD-LTE的切换技术

在地铁中应用TD-LTE，主要需要考虑到在地铁出入口、站厅站台、隧道内以及隧道口与地面四个方面的

切换。

4.2.1 地铁在出口与入口之间的切换，当乘客需要出入站厅时，就会产生地上与地下的切换问题，很容易由于电扶梯的日益衰落、人群对信号的衰落等各种原因带来了信号重叠区不能够满足相关要求的现象。针对该种问题，就可以考虑在出入口布设天线，使得交叠区能够在出入口通道的附近。而针对于LTE技术来说，可以将边缘场强的数值控制在-105dBm之上，这样就可以有效实现信号的平滑切换。

4.2.2 站厅与站台间的切换。一般情况下，站厅是单独作为一个区域，与站台之间也存在着切换问题，根据地铁空间的实际情况，可以在站厅、站台电梯附近分别布设天线，LTE切换时延取值为500ms，如果自动扶梯取值为0.65m/s，则可以要0.5×0.65×2=0.65m以上的信号重叠区，同时仍然还要保证将边缘场强控制在

-105dBm以上，以使其能够满足相应的覆盖要求。

4.2.3 区间隧道内的切换。当列车运行在区间隧道内，经过两个不同小区的重叠覆盖区域之时，对重叠区域的切换规划，过渡区域A、切换距离B以及保护距离C是需要重点考虑的三个重要因素。在对这三个因素进行重点考虑的基础上，可以采用RRU同小区技术，基于相应的划分原则，对站台与地铁隧道划分为相应的小区，在具体的划分时，应该基于实际情况进行，尽量做到数量、区域大小相协调，以保证LTE的信号能够在不同的区域中进行平滑的切换。

4.2.4 还应该对地面和隧道口之间的切换进行考虑，在对这一因素进行考虑时，如何能够保证列车在切换过程中的充足时间问题是需要重点考虑的，可以采用从隧道内向隧道外延伸足够长度漏缆的方法，这样就能够与室外的小区有效形成重叠的覆盖区，继而使得通信的可靠、连续性得到有效增加。

4.3 TD-LTE的抗干扰分析

由于在地铁中存在着各种系统的干扰，因此，对于其中应用的TD-LTE技术也应该对抗干扰引起足够的重视。而有关的干扰主要有杂散干扰、互调干扰、阻塞干扰三种。

4.3.1 杂散干扰。对于LTE杂散辐射该项指标来说，3GPP以及国际电信联盟（ITU）都做出了详细的规定：通常情况下，基站的发射机频段为9～12.75GHz，当然，发射机本身的工作频段除外，杂散辐射功率电平上限为-36dBm。而同时按照我国的工业和信息化部CCSA设备指标的规定：杂散辐射功率电平上限为

-65dBm，因此杂散设备指标按照-65dBm进行计算。

4.3.2 互调干扰。根据物理的原理，所有的器件都存在非线性的情况，即当信号经过非线性器件时，会衍生出各阶谐波。当产生的次生谐波落在其他系统的频率范围内，就会对其他系统产生干扰。

4.3.3 阻塞干扰。对于阻塞干扰来说，在地铁工程中涉及的机会并不多，这是因为TD-LTE的设备输出功率比较低，而且通过相关的分析也知道其他干扰落在有用信号内的干扰信号十分微弱，因此阻塞干扰机会不会发生。换句话说，也即是在满足杂散干扰的情况下，阻塞干扰几乎是不用考虑的。

5 结语

总之，TD-LTE作为一种先进的无线通信技术，由于具有高可靠性、高带宽等一系列明显的优势，是其他无线通信技术所无法相比的，而通过实践也证明，将该种技术应用到地铁中，发现其不仅丢包率低、稳定性强，而且稳定性强，从而有效满足城市轨道交通的多种业务综合承载需要，因此在未来城市轨道交通领域中有着非常广阔的应用前景。

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作者简介：何昀（1975-），男，浙江诸暨人，浙江众合科技股份有限公司工程师，研究方向：城市轨道交通工程设计。

（责任编辑：小 燕）