導(dǎo)語(yǔ)：地鐵無(wú)線通信的應(yīng)用研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：目前基于長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，使地鐵無(wú)線業(yè)務(wù)的需求在車(chē)載閉路電視、車(chē)載乘客信息系統(tǒng)以及語(yǔ)音視頻綜合調(diào)度三網(wǎng)合并方面得到了滿足，對(duì)相應(yīng)的LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了架構(gòu)，并基于LTE信道帶寬和其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使地鐵無(wú)線通信功能得到了極大提高。

關(guān)鍵詞：LTE網(wǎng)絡(luò)；地鐵無(wú)線通信；丟包率

地鐵無(wú)線通信技術(shù)主要采用3G、GSM、陸上集群無(wú)線電、CDMA以及WiFi等技術(shù)，主要包括列車(chē)控制無(wú)線通信、專(zhuān)用無(wú)線通信以及商用無(wú)線通信3大應(yīng)用類(lèi)別。在專(zhuān)用無(wú)線通信業(yè)務(wù)中，又包括閉路電視專(zhuān)用的WiFi網(wǎng)絡(luò)、乘客信息系統(tǒng)以及對(duì)CBTC進(jìn)行有效保障的WiFi網(wǎng)絡(luò)3部分?；贚TE技術(shù)的應(yīng)用，能夠使無(wú)線通信傳輸實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合并，使建設(shè)、運(yùn)營(yíng)以及維修成本大幅度減少，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

1LTE優(yōu)勢(shì)

1.1抗干擾技術(shù)。此技術(shù)在抗干擾方面表現(xiàn)優(yōu)異。與WiFi技術(shù)相比，它在干擾避免、干擾檢測(cè)和干擾控制3個(gè)層面具有明顯優(yōu)勢(shì)[1]。WiFi在干擾檢測(cè)方面主要通過(guò)檢測(cè)和反饋系統(tǒng)帶寬級(jí)信號(hào)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)，而此技術(shù)通過(guò)均勻分配時(shí)頻域，利用導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和OFDM直載波調(diào)度，實(shí)現(xiàn)時(shí)頻域變化跟蹤，從而通過(guò)2ms的快速調(diào)度響應(yīng)更準(zhǔn)確、更及時(shí)地進(jìn)行干擾檢測(cè)。當(dāng)干擾檢測(cè)發(fā)現(xiàn)干擾時(shí)，可通過(guò)IRC、重傳以及完善的編碼機(jī)制，根據(jù)干擾的實(shí)際情況，按照每個(gè)終端的信道狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)資源調(diào)度，優(yōu)先分配信號(hào)質(zhì)量高、干擾小的子帶頻率資源。另外，此技術(shù)可根據(jù)信道干擾情況，利用AMC自適應(yīng)調(diào)制編碼進(jìn)行相應(yīng)的編碼圖策略和自適應(yīng)調(diào)制調(diào)整。對(duì)于干擾控制，此技術(shù)能夠有效控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的干擾水平。它完善的功率控制機(jī)制擁有多種干擾抵制算法，如CoMP上行干擾控制和ICIC干擾抑制算法，可降低網(wǎng)絡(luò)的整體干擾水平?？梢?jiàn)，此技術(shù)在控制干擾和規(guī)避干擾方面優(yōu)勢(shì)明顯。1.2高移動(dòng)性。與WiFi的移動(dòng)性相比較，LTE的表現(xiàn)更出色。WiFi在軌道運(yùn)行中需要對(duì)AP頻繁重選和關(guān)聯(lián)，造成高延時(shí)，且覆蓋范圍較小，影響網(wǎng)絡(luò)接入的穩(wěn)定性。此技術(shù)中運(yùn)用遠(yuǎn)距離覆蓋、無(wú)縫切換算法等技術(shù)手段具有高移動(dòng)性特點(diǎn)，以最高時(shí)速運(yùn)行的地鐵為基準(zhǔn)，確保其延時(shí)不超過(guò)50ms。1.3高可靠性。網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可靠性傳輸通過(guò)此技術(shù)的多級(jí)QoS算法保證。此算法在路由器和交換機(jī)上進(jìn)行設(shè)置，主要包括限制P2P、ICMP優(yōu)先級(jí)、ACK確認(rèn)字符、策略以及帶寬等設(shè)置。此技術(shù)具有9種算法，同時(shí)對(duì)地鐵用戶業(yè)務(wù)根據(jù)優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行劃分，優(yōu)先傳輸高優(yōu)先級(jí)別的用戶，低優(yōu)先級(jí)的用戶盡量傳輸。1.4信道。WiFi存在鄰頻和同頻干擾，但LTE技術(shù)不存在此類(lèi)問(wèn)題。由于空間接口的獨(dú)特幀結(jié)構(gòu)，LTE可對(duì)同頻網(wǎng)絡(luò)節(jié)省帶寬進(jìn)行組建。通過(guò)15kHz子載波調(diào)度技術(shù)，對(duì)同頻網(wǎng)絡(luò)可采用20MB進(jìn)行組建，而WiFi需要140MB才能對(duì)無(wú)干擾網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組建。此外，LTE的傳輸信道還能根據(jù)用戶需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。1.5接收性能。列車(chē)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)WiFi和LTE的接收性能進(jìn)行測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)在相同接收頻率，WiFi支持的列車(chē)速度明顯低于LTE技術(shù)。在相同列車(chē)速度時(shí)，LTE技術(shù)靈敏性表現(xiàn)更高。在接收功率低于-90dBm時(shí)，WiFi無(wú)法接收數(shù)據(jù)；在低于-130dBm時(shí)，LTE技術(shù)對(duì)低速數(shù)據(jù)需求仍能予以滿足。所以，LTE技術(shù)與WiFi在同等情況下，具有更高的接收性能和高移動(dòng)性。1.6地鐵業(yè)務(wù)帶寬分析。在地鐵無(wú)線通信中，語(yǔ)音視頻綜合調(diào)度、CBTC系統(tǒng)以及車(chē)載CCTV共3部分作為上傳數(shù)據(jù)，其網(wǎng)絡(luò)上行帶寬峰值時(shí)能夠超過(guò)50Mbit/s，下行帶寬的理論峰值可超過(guò)100Mbit/s。通過(guò)對(duì)PIS、車(chē)載CCTV以及CBTC帶寬的計(jì)算，可為其預(yù)留一定的帶寬額度。通過(guò)應(yīng)用LTE技術(shù)，可使3個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)合一，所需帶寬將不超過(guò)25MHz，充分滿足地鐵無(wú)錢(qián)通信功能需求[2]。

2LTE在地鐵無(wú)線通信中的應(yīng)用

作為通用移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)，LTE引入MIMO和OFDM等關(guān)鍵技術(shù)，增加數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜效率。另外，在軌道交通中，LTE使用的頻段為1.786～1.805GHz。此技術(shù)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)主要作為語(yǔ)音視頻、車(chē)載PIS、CBTC以及車(chē)載CCTV的綜合調(diào)度通道。對(duì)地鐵穩(wěn)定和實(shí)時(shí)傳輸信號(hào)進(jìn)行有效保證的自動(dòng)控制系統(tǒng)CBTC，具有性優(yōu)先級(jí)等要求。通過(guò)用此技術(shù)取代WiFi，針對(duì)地鐵無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中存在的問(wèn)題，對(duì)車(chē)地一網(wǎng)多業(yè)務(wù)承載、長(zhǎng)距離覆蓋、專(zhuān)頻雙網(wǎng)可靠通信進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高運(yùn)營(yíng)效率。應(yīng)用LTE網(wǎng)絡(luò)分別作為匯聚層、核心層和接入層，對(duì)底層應(yīng)用和控制中心進(jìn)行組網(wǎng)連接，通過(guò)數(shù)據(jù)交互，保障各通信系統(tǒng)的可靠性和完整性。

3在CBTC中的應(yīng)用探討

PIS和CBTC系統(tǒng)通常采用LAN或WLAN與泄露電纜進(jìn)行組合，主要依據(jù)產(chǎn)品鏈和技術(shù)的成熟情況。在CBTC中的應(yīng)用可以從數(shù)據(jù)丟包率、安全機(jī)制以及接入延時(shí)等方面進(jìn)行分析。3.1安全機(jī)制。用戶所有操作通過(guò)密鑰協(xié)商和認(rèn)證過(guò)程予以實(shí)現(xiàn)，主要包括加密密鑰過(guò)程和完整性密鑰過(guò)程。通過(guò)用戶全球識(shí)別卡USIM和鑒權(quán)中心AUC對(duì)所共有的密鑰進(jìn)行計(jì)算，從兩個(gè)基本密鑰中得出父密鑰，并利用此密鑰生成其他各層所需的子密鑰。通過(guò)這種分層推衍的方式，可有效避免泄露上下級(jí)密鑰的情況。LTE中的AKE鑒權(quán)過(guò)程主要采用Milenage計(jì)算方法，與UMTS的鑒權(quán)方式相同，利用其鑒權(quán)機(jī)制的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)門(mén)和UE的雙向鑒權(quán)。對(duì)于地鐵中不良偽基站的攻擊，雙向鑒權(quán)有著良好的抵抗性。另外，密鑰長(zhǎng)度也增加了破解難度，可以更好地滿足CBTC的安全性要求[3]。3.2丟包率。測(cè)試過(guò)程中，發(fā)送的數(shù)據(jù)包中丟棄的數(shù)據(jù)包所占的比例稱(chēng)為丟包率。通過(guò)相關(guān)測(cè)試和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在最成熟的國(guó)外4G網(wǎng)絡(luò)中，LTE技術(shù)的平均丟包率已經(jīng)達(dá)到30%，明顯存在丟包率過(guò)大的問(wèn)題，因此對(duì)于CBTC穩(wěn)定性和安全性還有待進(jìn)一步改善。3.3接入延時(shí)。LTE技術(shù)在接入延時(shí)方面的表現(xiàn)：控制面會(huì)在用戶面單項(xiàng)傳輸時(shí)延小于5ms時(shí)被激活，轉(zhuǎn)化其原有的睡眠狀態(tài)的時(shí)延小于50ms，兩種狀態(tài)之間的遷移時(shí)間不超過(guò)100ms，而中斷用戶面的時(shí)間小于100ms。根據(jù)相關(guān)的延遲測(cè)試發(fā)現(xiàn)，對(duì)于地鐵無(wú)線通信應(yīng)用需求，LTE技術(shù)能夠滿足大部分需求，主要有視頻流媒體、VoIP以及高清IPTV等[4]。因此，根據(jù)上述分析可以看出，對(duì)于語(yǔ)音視頻、車(chē)載CCTV以及車(chē)載PIS綜合調(diào)整技術(shù)要求，LTE能夠很好地予以滿足，但在低丟包、低延時(shí)的安全性能方面表現(xiàn)還不夠理想。

4LTE應(yīng)用所滿足的地鐵需求

4.1車(chē)載的安全需求。通過(guò)應(yīng)用LTE技術(shù)，可以提供車(chē)載CCTV高清視頻車(chē)地傳輸業(yè)務(wù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)廂內(nèi)的情況，為各相關(guān)部門(mén)和公安系統(tǒng)提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)，根據(jù)運(yùn)營(yíng)安全信息優(yōu)先使用原則，緊急情況，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)輔助性提示。對(duì)系統(tǒng)無(wú)線傳輸信息，通過(guò)車(chē)載系統(tǒng)接收、處理后向車(chē)輛轉(zhuǎn)發(fā)，并在室內(nèi)通過(guò)視頻、語(yǔ)音的方式進(jìn)行播放，有效引導(dǎo)正確的服務(wù)信息，從而實(shí)現(xiàn)軌道交通的安全性和便捷性[5]。4.2車(chē)載實(shí)時(shí)高清需求。通過(guò)LTE技術(shù)提供的車(chē)載高清視頻傳輸業(yè)務(wù)，車(chē)載PIS在重大新聞、電視廣播節(jié)目以及重大賽事等的轉(zhuǎn)播上能實(shí)現(xiàn)無(wú)延時(shí)實(shí)時(shí)播放，從而有效提高平臺(tái)層次和媒體實(shí)時(shí)性。4.3增加視頻需求。在語(yǔ)音調(diào)度基礎(chǔ)上，通過(guò)應(yīng)用LTE技術(shù)，可使視頻集群系統(tǒng)TD-LTE升級(jí)為綜合音視頻集群通信系統(tǒng)，集遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻調(diào)度視頻聯(lián)動(dòng)、視頻會(huì)議以及智能分析等功能于一體，提高調(diào)度的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。4.4增值業(yè)務(wù)需求。此技術(shù)具有性價(jià)比高、主網(wǎng)靈活、業(yè)務(wù)提供能力強(qiáng)以及擴(kuò)展性好等特點(diǎn)，提供高清廣告等公共媒體實(shí)時(shí)信息投放平臺(tái)的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間段的細(xì)分。廣告投放模式可根據(jù)高峰人流量在不同時(shí)間段的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化和高效化的管理運(yùn)營(yíng)盈利模式。

5結(jié)論

LTE技術(shù)具有無(wú)可替代的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，對(duì)地鐵無(wú)線通信的維護(hù)管理、系統(tǒng)擴(kuò)展性以及業(yè)務(wù)提供等多方面需求予以滿足，同時(shí)對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有著良好的適應(yīng)性。在車(chē)載CCTV、車(chē)載PIS和語(yǔ)音視頻綜合調(diào)度實(shí)現(xiàn)無(wú)限融合的設(shè)計(jì)方案中，LTE技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，不僅可以減少投資成本，降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用，還能提高運(yùn)營(yíng)的廣告收益。因此，長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)在地鐵無(wú)線通信中的應(yīng)用是城市建設(shè)和技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在地鐵運(yùn)行中有著廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊小會(huì)，魏濤.長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)在地鐵無(wú)線通信中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)新通信，2015，（22）：80.

[2]向秀東.地鐵信號(hào)系統(tǒng)中LTE技術(shù)的應(yīng)用探索[J].四川建材，2019，45（2）：173-174.

[3]周建強(qiáng).LTE技術(shù)在城市軌道交通中的融合應(yīng)用[J].通訊世界，2015，（20）：46.

[4]方建文.LTE技術(shù)在地鐵無(wú)線通信中的應(yīng)用[J].中國(guó)新通信，2015，（24）：68.

[5]高彥軍，張來(lái)洪，徐淑鵬.基于LTE技術(shù)的地鐵車(chē)地?zé)o線通信的干擾分析[J].城市軌道交通研究，2015，18（12）：46-48.

作者:夏學(xué)浩 單位:上海工程局集團(tuán)新海信通公司