LTE在地铁乘客信息系统无线传输中的应用

文/肖双杠，合肥城市轨道交通有限公司运营分公司

1 LTE的关键技术

1.1 OFDM技术分析

OFDM是LTE系统的核心技术之一，它的技术原理是将网络数据流的传输分散到多个正交的子载波上完成他们的传输任务，这种分散传输的方式能够降低子载波的符号速率，从而提高时延抵抗力，最终减弱符号间的干扰的功效。LTE系统在工作中一般会在OF DM符号前加入相应的保护间隔，保护间隔的设置能够有效的消除L TE系统符号间干扰ISI。

2 LTE技术

LTE(LongTermEvolution)是是第三代移动通信与第四代移动通信技术之间的一个过渡，这种以OFDM／FDMA为核心的技术可以被看作“准4G”技术。LTE按照双工方式可分为频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两种。我国应用最多的是TDD—LTE。

3 系统设计方案

考虑到商用无线DCSl800引入地下带宽为上行：1710—1725MH z(移动)、1735—1755MHz(联通)，下行：1805～1820MHz(移动)、18 30～1850Mhz(联通)，为确保系统不对其他系统造成干扰，建议乘客信息系统车地无线网络子系统使用频率为1795—1805MHz。

3.1 系统组成

系统由控制中心、车站、车载和远端设备四部分组成。控制中心部分为系统提供无线调度控制中心接口、核心网设备及配套网管平台，设置LTE交换设备；车站部分为LTE基站和配套设备BBU；车载部分由车载设备和天线等构成；在隧道区间内设置远端设备R UU。通常将BBU放置于车站机房内，完成Uu接口的基带处理功能(适合空中传输的信道编码、复用、调制和扩频等)，RRU通过发送和接收射频信号实现无线覆盖。RRU通过跳线及合路设备与漏缆连接，BBU通过隧道内敷设的光缆与RRU相连，控制中心的LTE中心交换设备通过地铁传输系统与各车站的BBU相连。乘客信息系统利用车载无线单元和天线通过放置于隧道RRU接收无线信号，依靠L TE技术提供的无线宽带传输网(最高带宽100M、有效带宽50M)可以在列车上实现实时多媒体信息。

控制中心级子系统为乘客信息系统和综合信息平台提供车地宽带无线系统及集群无线调度控制中心接口，核心网设备及配套网管平台；车站级子系统由LTE基站及配套设备构成，在控制中心和列车之间形成信息中转站；车载子系统主要由TAU构成，接收控制中心传送的各种信息并显示在车载LCD屏幕上，并上传车载摄像头拍摄的监控视频，提供车载乘客信息系统的无线传输接口。乘客信息系统构成图如图1所示。

3.2 隧道覆盖方案

隧道内的覆盖一般采用漏缆，由于GSM和WCDMA上下行分开，所以一般隧道壁会安装两根漏缆。无线网络子系统可以考虑共用这两根漏缆，在节约建网成本的同时也提供比较良好的覆盖性能。对于长距离地下隧道，可以采用RRU级联进行延伸覆盖，级联RRU可以采用同小区技术，减少不必要的切换，系统可靠性高。对于长度小于1000m的地铁隧道，采用隧道两端RRU信号分别将TD—LTE信号接入泄露电缆的方式进行覆盖，在隧道中央位置作为切换带。对于长度大于1000m的地铁隧道，需将RRH放置在隧道中央，并拉远其间距，从隧道中央向两侧接人泄露电缆以便增强隧道的覆盖。单RRU的覆盖距离不应大于600m；再考虑相邻RRU间的切换和重叠覆盖，建议单RRU的覆盖距离为600×0．75=450m。

3.3 快速切换设计

信号从RRU射频口输出后经过衰减器馈入无线覆盖系统。LTE系统可以根据业务类型及带宽需求灵活配置LTE帧的上、下行配比，如2DL：2UL、3DL：1UL等。在建的郑州地铁5号线中，系统按车站双向隧道划分小区，将地铁在两个运行方向上划分成不同小区，并利用小区合并技术，减少小区数量及切换次数。这样可以使地铁两个运行方向上，都获得足够的资源支持大数据传输。同时采用非竞争切换方式，降低切换时延，如图2所示。在设计中事先规划了小区间覆盖重叠区域(切换带)，按地铁列车车速80km／h(22m／s)考虑，切换带在100—150m之间，切换带的信号覆盖电平在一110dBm以上。这样就能保证系统在地铁上、下行运行时，都能获得足够的资源来满足大容量数据传输。

图2 系统小区规划图

4 结语

LTE技术的数据传输速率目前依然在逐渐提升，据最新的资料显示：LTE的上行数据传输率达到500MB/s，下行的数据传输率达到1Gbit/s。在此基础上，数据传输速率依然可以增加，可以结合高阶调制MIMO技术优化提升传输率技术，降低外在因素对信号传输的干扰作用，增加统一区域的信息传输量，进而提升整个无限网络通信传输产业的管理性能。

[1]穆潇，夏昕．基于LTE的乘客信息系统车地无线通信方案研究[J].科技创新导报，2012.