LTE在轨道交通的应用研究

聂元和 白鑫竹

摘要：城市轨道交通信号系统指的是由车载信号设备、地面信号设备等组成的信号系统，其中地面信号设备会向列车发送移动指令，然后由车载信号设备对移动指令进行接收，并根据指令对列车的运行进行控制。通过利用信号系统，可以在保证列车安全的基础上，自动化指挥列车运行，提升列车运行效率。而无线信号传输系统作为控制列车的关键点，对其通信性能要求比较高，本文研究了LTE在城市轨道交通车地无线通信中的具体应用，具有一定实践价值。

关键词：LET;轨道交通;无线通信

引言

在轨道交通环境下，由于列车快速移动，无线通信系统需要面临频繁的越区切换及群切換，导致车地通信系统通信质量下降。目前LTE仅支持传统的硬切换方式，切换时延较长，在小区边缘受到路径损耗、阴影衰落及多普勒频移的影响，接收信号质量降低，导致频繁的掉话和数据中断，从而影响用户的通信体验，影响列车运行效率。因此针对轨道交通通信网络的覆盖结构和LTE网络特点，优化LTE切换机制，提高其越区切换成功率，减小切换时延，提高切换可靠性，保证车地通信质量，具有重大的理论意义和现实意义。

2.LTE切换技术

2.1切换触发原因

在LTE系统中触发切换的原因有很多，主要是由于原服务小区的信号质量无法满足用户网络质量要求，UE通过不断测量来选取信号质量最优的小区并与之建立连接。对切换触发原因分类主要有以下几种：

首先，信号质量引起的切换。当移动台穿过切换重叠区时，源小区的信号质量开始下降，目标小区的信号质量逐渐变好，移动台需要连接到新的小区，引起切换。当基站的无线信道受到干扰，导致信号质量下降到一个不能接受的水平时，无法满足连接要求，则会触发切换。如果基站的信号质量过弱，不能满足正常通信需求，也会触发切换。

其次，移动台到基站距离引起的切换。考虑移动台与基站的距离来决定是否触发切换时，首先要在向络规划中规定移动台到基站的距离限制，其次在运行过程中，不断比较移动台到基站的距离是否达到限定距离，若超过限定距离，则移动台断开与源小区的连接，切换到新的小区。

2.2常用切换判决准则

LTE切换判决通常是根据服务小区和相邻小区的接收信号强度来判决在什么时候切换到哪一个小区。切换判决准则是影响切换性能的重要因素，切换判决过早，可能导致切换，切换判决过于迟钝，则会造成未及时切换导致原来的通信链路中断。在现有的切换算法中，常用切换判决准则如下：

首先是基于接收信号强度/质量的判决算法。为满足指定业务传输质量，要求UE接收到的信号强度或信号质量满足一定条件。常用的切换判决是根据当前小区的接收信号强度或信号质量低于某一阈值时，即触发切换。但在实际应用中，由于信号的时变特性，单纯比较当前小区测量值与阔值的关系，容易产生误判，导致多次切换。在LTE系统中，应用较多的是基于A3事件的切换判决，同时考虑本小区与邻小区的测量值，并加入一定阔值和迟滞量来提高切换性能。

其次是基于位置的切换判决准则切换产生的根本原因是由于小区或基站的覆盖范围有限，当移动台从一个小区到另一个小区时，为保证通信不中断，就需要切换到新的小区。在进行切换判决时，预先设定一个切换判决区域，根据定位信息获得移动台当前所处位置，当移动台处于切换判决区范围时，即启动切换。

3.LTE在城市轨道交通车地无线通信中的应用

3.1区间组网方案

以某轨道交通工程为例，将四路RRU分别连入到左侧和右侧两根漏缆，达到2T2R的MIMO效果。公网信号和LTE信号合路以后使用同一个漏缆，在隧道右侧列车前进方向安装两根商用漏缆，分别布置在高度为3m和1.9m的地方，车顶的高度为4.15m。尽量将BBU和RRU放置到车站，当车站之间的间隔距离大于临近车站RRU覆盖能力，需要将RRU拉远到隧道中，并利用合路器馈入漏缆的方法覆盖。剩下的系统使用馈线跳线的方法连接。

3.2TAU越区域切换

当LTE网络中接入TAU时，网络会向TAU发送信号强度检测信息，利用TAU检测信号强度。当信号强度可以达到网络侧的要求时，测量报告信息会由TAU向网络进行上报，网络侧会依据收到的信息进行切换动作，使TAU切换到信号轻度更好的小区。由于LTE具有无损切花的功能，所以可以确保两个基站之间进行切换的过程中不会出现数据包丢失的情况。

3.3整合频率资源

在实际应用过程中，将LTE系统频率设置在1795-1805MHz频段，从而实现传输列车视频监控信息、旅客信息服务信息等。在车站区间，设置上传多路列车监视图像带宽为6M，下传一路PIS视频信息带宽为6M，上行和下行总带宽不超过15M，当时隙配比为2：2时，覆盖范围为1.2km时，可以提供边缘下行速率为8Mbit/s，上行6Mbit/s。停车场、车两端，可以上传两路视频信息，在非营运时间段，可以对PIS录播信息进行下传，带宽为8M。

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