基于LTE技术的地铁车地无线通信的干扰分析

徐苏娜

摘要：近年来，轨道交通行业发展迅速，截至2018年4月，国内已有35个城市开通了地铁。2020年，中国地铁运营里程有望达到6000公里。地铁，作为安全便捷大流量的公共交通出行方式，已经融入了千家万户的日常生活。目前国内各地地铁已经开始广泛部署基于LTE技术的车地无线系统。 无线通信系统是对地铁的指挥、通信、调度进行记录的主要手段，是地铁正常运行的关键设备。因此，对于LTE系统的无线通信干扰分析显得尤为重要和迫切。

关键词：LTE；无线通信；干扰分析

长期演进技术（LTE）是当前在全球被广泛采用的无线通信技术。相比以往技术，LTE技术具有显著的优点：具备有效的抗干扰技术；并能实现高速移动下的无缝切换，保证了业务的连续性；具备多级的QoS算法，即可以针对不同的业务类型设置不同的优先级，可以针对业务需求分配不同的带宽；就具备高数据速率，能够实现分组传送大数据，降低网络延迟。但在运营过程中，无线信号仍有可能受外部干扰，引起故障，造成不良影响。为了保障城市轨道交通的安全稳定运营，对LTE无线通信的干扰分析，显得更为重要。

一、LTE无线车地系统结构

地铁的LTE无线车地通信系统，主要由核心网设备、网管系统、基站、车载接入终端组成，整体网络架构基于IP 的扁平化網络结构。承载网结构如图所示：

其中核心网设备、网管系统设置在控制中心通信机房，通过专用传输网络与位于车站通信机房的BBU连接，BBU通过光纤与机房内的RRU和轨旁RRU连接。LTE核心网系统，网管系统，相应的路由器，交换机等网络传输设备，以及电源系统等配套设备。通过路由器实现信号系统和PIS（含CCTV）等系统业务的接入，在车站、车辆段通信室内设置分布式基站的BBU设备，区间线路上按照需要在设备室或轨旁设置射频单元RRU设备，包括了RRU设备和相关的光纤和漏泄电缆，进行区间的信号覆盖。列车的车头和车尾，分别设置TAU，通过车载交换机与应用系统车载设备相连，传输PIS视频图像、上传列车CCTV实时监控信息、信号系统的CBTC控制信息和列车状态信息。

二、LTE系统通信干扰分析

LTE系统主要干扰分为内部干扰和外部干扰。对于地铁的LTE无线车地通信系统，它的主要干扰来源是LTE的自身的同频率干扰和WLAN、公网信号等其他的无线网络。

针对同频率干扰，可以采用干扰抑制合并（IRC，Interference Rejection Combining）、ICIC（小区间的干扰协调）、调度算法等方法来小区间的消除、控制干扰的影响。（1） IRC技术：不依赖发射端配置，因CBTC系统要求地铁列车间有运行间隔，各车间隔不能小于90s，若列车运行的平均车速是50km/h，90s行车间的距离则为1250米。（2）ICIC技术：是一种调度策略，指经过事先的频率规划，来保证小区的中心频率相同，而相邻的两小区边缘频率不同，这样可以使小区中心的吞吐量最大化，充分利用频率资源，且小区的边缘信噪比较高，小区边缘速率提高。（3）调度算法指的是不同的业务采用不同的下行频率来传输。在行车中，有时会出现不同系统采用同一中心频段又接入了同一设备的情况，因此会出现同一时刻，仅有一种业务数据能够占用信道，影响另一业务数据传递的情况。

周围的环境因素，如天气、建筑、地形都会对电磁波的传播产生很大的影响，产生散射、反射和绕射的现象，造成无线信号的衰落和干扰。无线信号在地铁无线车地通信系统中从发射天线开始，通过各不同路径最终到达接收天线带来不同的传播时延。为了减少多径干扰，在区间采用泄漏电缆，控制信号的传播路径。LTE技术就使用了正交频分复用（OFDM）技术和增加循环前缀相结合的方法对抗多径干扰。

三、计算机仿真情况分析

1、仿真工具分析

计算机仿真指的是用计算机对真实复杂系统的运行过程或者状态进行数字化模拟的技术。计算机仿真技术因其具有高效、安全等特点，成为了分析、设计、运行评估复杂系统的重要工具。无线通信系统仿真通常分为链路级仿真与系统级仿真两个层次。链路级仿真主要是进行物理链路性能仿真与评估。链路级平台中包含一个基站和一个终端，关注的是一条链路的传输的正确性，链路级仿真一般用于算法研究和算法比较。系统级仿真中通常需要建立多个小区的蜂窝无线通信系统，利用仿真来设计和分析通信网络。系统级仿真的主要目的是：系统容量分析和网络覆盖规划；网络优化；分析各种技术如空时编码、干扰消除等对系统性能的影响；各种无线资源管理策略和算法性能的验证和改进等等。现阶段，常用的LTE系统计算机仿真方法有MATLAB、atoll等。

（1）MATLAB常被用于搭建LTE仿真平台，建立多小区场景、用户移动的模型、信道衰减等。通过确认初始化数据、传播预测数据、功率控制等数据等来完成仿真平台的搭建。新版MATLAB2016提供了简单便捷的LTE仿真功能。

（2） atoll是一个全面的、基于Windows的、支持2G、3G、4G多种技术，用户界面友好的无线网络规划仿真软件。在LTE环境下允许建立静止用户和动态用户的模型，采用蒙特卡洛仿真，执行计算，从而得出移动用户的干扰预测、资源分配等数据。

结语：

作为先进的无线技术，LTE已经被广泛应用于各地地铁，为了保证系统的安全有效运行，其它的无线电波造成的干扰需要引起我们的足够重视。需要相关单位及工作人员需要从实际情况出发，具体情况具体分析排查，选用合适的系统仿真软件、为系统更加稳定高效的运作打下坚实可靠的基础。