LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用

李坚,周泽

摘 要：城市轨道交通有着大容量、高密度的客运要求，因此其交通信号系统的要求也十分严格。LTE技术具备了高速率、低时延、抗干扰、高移动性能等优势，不仅能够有效满足城市轨道交通信号系统的需要，还能够维持轨道交通信号的高速正常运行。本文基于LTE技术的概念及特点，就其在城市轨道交通信号系统中的具体应用展开探讨。

关键词：城市轨道交通;信号系统;LTE技术

城市轨道交通信号系统主要由地面控制中心和车载信号系统共同构成，通过动态化的指挥轨道列车，进而推动列车运行自动化，提升其安全性和运营效率。信号系统的控制模式主要是通过控制中心，对运行中的列车发出指令，而车载系统接收指令并执行。将LTE技术应用于信号系统中，能够保障控制中心及时准确的传输指令，让车载系统及时接收，进而实现高效可靠的车地无线通信。

1 城市轨道交通CBTC系统运行状况

在CBTC系统的实际运行过程中，其主要是利用2.4 GHz的无线局域网WLAN技术，虽然该项技术能够在一定程度上满足轨道交通的通信需求，但是不可避免的会出现抗干扰性差、设备数量过多、移动性能差等问题。当前，2.4 GHz属于免费开放频段，大部分的乘客在使用同频段设备的时候十分容易对车地通信造成严重干扰，进而使得信号质量严重受损，甚至会中断信号的传输过程，使得列车无法顺利正常的行驶[1]。基于此，我们必须要依据CBTC系统的现实运行状况，充分探讨其中存在的问题和原因，并制定针对性的改善措施，确保该系统的各方面性能有所优化，使得系统能够达到稳定的运行状态。如信号传播途径优化和基础信号控制等措施。与此同时，CBTC系统也具备了一定的优点，如运输能力强、间隔时间较短等等。

2 LTE技术概述

LTE技术可以理解为信号系统建立高效运行速率及低时延特性的无线传输通道所应用的移动通信标准，其能够在合理的范围内實现信号系统的多种功能运行。通常情况下，LTE技术采用了扁平化的网络结构，其不仅能够全权负责移动信息指令的发送和接收，还能够提升信号交互速率，确保其在稳定的环境中高效运行。与此同时，LTE技术的核心网主要是由服务网关和移动管理两个部分组成的，需要两个部分互相作用，才能够实现城市轨道的安全运行。就目前实际应用情况来看，LTE技术在原有的基础上逐步引入了更多先进技术内容，能够实现对终端高速移动机网络扁平化运行的支持，应用价值较高。

3 城市轨道交通CBTC系统无线通信现状

3.1 干扰大

如上述所说，2.4 GHz是免费使用的开放频段，并且市面上使用相同频段的设备很多，当乘客携带了这些设备，就很容易对车地通信造成不同程度的干扰和负面影响，使得信号传输质量受损，不能够正确的解析分辨，甚至信号传输中断造成列车紧急制动。

3.2 移动性能差

依据当前各个城市的轨道交通发展规划情况来看，列车运行的最高速度可以达到120 km/h甚至更高。但是WLAN的定位就是覆盖机场、宾馆、办公室等场所，并且主要是面向步行速度的慢速移动，所以在多普勒效应的影响之下，信号误码率容易增大，并不能够满足现实情况下的车地信息交互需求。

3.3 设备数量多

WALN的单个设备覆盖最多200 m，因此在一条长为10 km的线路上就会布置一百多个AP。国内各个城市交通轨道路线上，轨旁设备众多，在使用过程中难免会发生或多或少的故障。再加上城市轨道交通的特殊性，如果维修人员不能够在第一时间到达故障地点，展开抢修工作，则会影响到列车的顺利运行。

4 LTE技术的优势

4.1 抗干扰能力强

LTE技术在实际的传输过程中，所呈现出来的抗干扰能力十分强。原因是LTE技术被应用于城市轨道交通信号系统中，其在整个动态化的运行期间，涉及到的每一组信息都会对应一个信号。换句话说，系统所对应的消息有确定的消息集。这样就能够有效的规避传统无线通信技术在使用中存在的诸多弊端。与此同时，针对外界因素带来的干扰和影响，LTE技术也可以充分发挥自身的丢包重传功能，以此达到降低干扰的目的[2]。

4.2 灵活性程度高

针对不同类型的产品，LTE技术都能够保障其安全正常的使用。例如，将LTE技术应用于轨道交通信号系统中，能够支持不同频段进行组网处理，也能够支持不同地区、不同时差，实现同步协议。LTE技术凭借独特的灵活优势，目前被广泛应用于复杂的环境之中。

4.3 维护成本低

LTE技术在传输介质的选择方面，其主要是采用了漏泄同轴电缆，和传统的无线通信技术不一样，LTE技术应用于轨道交通信号系统中，能够显著降低轨道旁边设备的数量。与此同时，LTE技术还能够利用扁平式的网络架构组成无线网络体系，由此也能进一步减少元件设备的应用，不仅方便维修人员及时准确的进行保养维护，还能够避免出现负面损害。

4.4 高速移动性

LTE技术主要结合了多普勒频偏纠正技术，能够有效的解决列车在高速移动下，无线信号所出现的一系列不稳定问题。与此同时，结合现实情况来看，LTE技术目前最高可以支持350 km/h的移动速度。

5 LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用

将LTE技术应用于城市轨道交通信号系统中，其主要可以从三个层面展开分析：核心层、接入层、终端层。

其中，就核心层来说，LTE技术能够为轨道交通信号系统提供良好的数据传输功能，凭借灵活性的优势，进一步加强信号系统和核心层数据之间的双向传输，由此不仅能够畅通信号传输渠道，还能够安全可靠的进行。LTE技术还可以利用自身的维护管理功能，对信号传输过程展开动态化的管理，及时修复错误，避免出现传输失误的情况。

在接入层方面，LTE技术的应能能够有效实现列车和控制中心之间的连接，推动列车安全高效运行。在实际的操作过程中，LTE技术发挥其抗干扰能力，不断提升信息传输的安全性，同时还能够降低信息传输质量不高的问题，有效的解决传输效率低的情况。

在终端层方面，可以将其看做成核心层和接入层的汇总体现，通过信号发出对列车进行指示，促使列车能够按照相关要求操作运行。终端层将所有的数据汇总起来并保存，同时对地面控制中心产生的数据进行交换，使得数据的安全性得到大幅度提升。核心网设备可以被布置在线路控制中心中，由此使得列车和信号系统之间互联互通，使得无线通信业务的安全性得到不断提高，信息传递的畅通性得到提升。除此之外，LTE技术的应用还能够实现信号系统和控制中心之间的直接连接，确保信号系统能够在第一时间获得实时信息，并向控制中心反馈列车当前的运行情况。如果发现运行过程中某个节点出现异常，则能够借助装置系统定位信息来源的位置，让工作人员及时采取针对性的处置措施[3]。

6 结语

LTE技术和传统的无线通信技术相比，其具备了独特的优势。将LTE技术应用于城市轨道交通信号系统中，能够大大提升列车信号的传输效率，保障列车安全运行。相关人员应加强对LTE技术的探索和应用，不断优化系统，以此扩大其应用范围，为城市轨道交通信号系统带来更多便捷。

参考文献：

[1]刘净，陈燕.LTE技术在城市轨道交通信号系统中的应用探讨[J].科技资讯，2020（22）：20-22.

[2]何烂君.浅谈LTE技术在城市轨道交通信号系统车―地无线通信中的应用[J].科学与信息化，2019（21）：153+155.

[3]韩臻，杨智.城市轨道交通TD-LTE综合承载业务探讨[J].铁路通信信号工程技术，2019，16（3）：51-54.