探討第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）在地鐵中應(yīng)用

摘 要：4G牌照的下發(fā)使得第四代移動(dòng)技術(shù)正式來臨。地鐵作為城市交通的重要組成部分，乘坐地鐵的客戶也希望獲得4G服務(wù)。本文首先介紹4G技術(shù)的主要特點(diǎn)，在介紹核心技術(shù)的基礎(chǔ)上總結(jié)4G技術(shù)在地鐵中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】4G技術(shù) 高速通訊 移動(dòng)通信

城市的發(fā)展尤其大城市的出現(xiàn)加劇了城市交通的壓力，大量城市用發(fā)展地鐵這種城市軌道交通來解決交通擁擠的問題，越來越多的地鐵開始進(jìn)入城市人生活，作為主要交通工具之一的地鐵成為人們使用移動(dòng)技術(shù)的主要地方，這樣就需要通訊經(jīng)營(yíng)商將移動(dòng)通信技術(shù)覆蓋整個(gè)地鐵系統(tǒng)。在4G技術(shù)高速發(fā)展的今天，探討第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）在地鐵中應(yīng)用是十分必要的。

1 地鐵交通對(duì)于移動(dòng)通訊的要求

地鐵交通的空間一般在地下，且相對(duì)封閉；地鐵交通的速度較快，移動(dòng)寬度變化較大；當(dāng)前地鐵交通中的人員密集，所需流量較大；地鐵的空間限制了移動(dòng)通訊設(shè)置的安裝空間和密度。上述原因使得原有通訊技術(shù)都不太適應(yīng)地鐵交通中人們對(duì)移動(dòng)通訊的要求。原來的使用效果也充分說明這個(gè)問題。

2 第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）的特點(diǎn)

2013年12月，中國(guó)三大移動(dòng)通訊運(yùn)營(yíng)商（移動(dòng)、電信和聯(lián)通）同時(shí)獲得工業(yè)和信息化部頒布的第四代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)牌照，這項(xiàng)牌照的下發(fā)標(biāo)志我國(guó)移動(dòng)通訊進(jìn)行第四個(gè)時(shí)代，即4G時(shí)代。自從頒發(fā)以來，4G用戶發(fā)展迅速，截止到2015年，工業(yè)和信息化部統(tǒng)計(jì)用戶達(dá)到1億以上。

對(duì)比3G可以得知，第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）的主要特點(diǎn)：

2.1 傳輸頻寬更大

移動(dòng)使用移動(dòng)的速度對(duì)移動(dòng)技術(shù)傳輸頻寬要求較高，例如，高速移動(dòng)的使用者（最高2 50km/h）需要2Mbps頻寬，而第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）的傳輸頻寬較大，完全可以滿足該要求。

2.2 儲(chǔ)存容量更高

傳輸頻寬增大勢(shì)必要求傳輸技術(shù)的資料儲(chǔ)存容量相應(yīng)的增加，而4G技術(shù)的儲(chǔ)存容量是3G技術(shù)的10倍以上；

2.3 相容性更高

第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）的相容性高也是其重要特點(diǎn)，因該項(xiàng)技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)與其他多種技術(shù)和連接界面切換平穩(wěn)的要求，其相容性較高。

2.4 無縫連接效果更高

高速移動(dòng)必然快速經(jīng)過多個(gè)系統(tǒng)，無縫鏈接才能實(shí)現(xiàn)高效通訊質(zhì)量，而4g技術(shù)在這方面的技術(shù)比較適合地鐵通訊。

高度智慧、能隨狀況自行調(diào)的第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）可以滿足不同環(huán)境與不同用戶的通信需求，提供整合了個(gè)人通信，資訊傳輸、廣播服務(wù)與多媒體娛樂等各項(xiàng)應(yīng)用的、廣泛、便利、安全與個(gè)性化服務(wù)。

3 探討第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）在地鐵中應(yīng)用

3.1 第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）核心技術(shù)的介紹

3.1.1 正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)

OFDM是第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）的核心技術(shù)。多載波調(diào)制技術(shù)的之一的OFDM技術(shù)?？梢詫?shí)現(xiàn)比串行系統(tǒng)高近一倍頻譜效率，這已經(jīng)是Nyquist利用效率極限。因?yàn)橥ㄟ^多個(gè)子載波傳輸，正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)的抗衰落能力強(qiáng)。因使用較為先進(jìn)的數(shù)據(jù)調(diào)配技術(shù)，正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)比較適合高速數(shù)據(jù)傳輸，就算信道條件差的時(shí)候和干擾因素較多，也可以保證數(shù)據(jù)的高速傳遞。采用了循環(huán)前綴的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)故抗碼間干擾的能力很強(qiáng)。

3.1.2 智能天線技術(shù)

4G技術(shù)中的智能天線主要基于空時(shí)多址（SDMA）技術(shù)，該技術(shù)可以利用信號(hào)在傳輸方向上的差別區(qū)分同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)，將信號(hào)的覆蓋區(qū)域動(dòng)態(tài)式的改變，這樣就能有效的將將主波束準(zhǔn)確的傳遞給用戶，并能夠自動(dòng)跟蹤用戶和監(jiān)測(cè)環(huán)境變化，為每個(gè)用戶提供優(yōu)質(zhì)的上行鏈路和下行鏈路信號(hào)。這樣既能充分利用移動(dòng)信號(hào)，又能充分消除干擾信號(hào)。

3.1.3 MIMO技術(shù)

第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）中MIMO技術(shù)是空間分集的技術(shù)，他利用分立式多天線將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，這樣會(huì)大大提高容量。而第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）中MIMO技術(shù)被證明可以提高容量、提高系統(tǒng)的抗衰性、提高系統(tǒng)抗干擾性。

3.2 在地鐵中第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）信號(hào)覆蓋

3.2.1 在地鐵中第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）信號(hào)覆蓋方式

地鐵環(huán)境中的不同，考慮工程成本、施工方便、檢修便捷等因素，地鐵不同位置的信號(hào)覆蓋方式不同。一般情況下，在地面部分或者空間較大的區(qū)域，例如：在地鐵站內(nèi)的站廳層、站臺(tái)層、辦公區(qū)域、人流通道，這些區(qū)域布局吸頂天線，這種信號(hào)覆蓋方式較為合理。在隧道內(nèi)，這里的空間較為狹窄，泄漏電纜方式比較適合，一般設(shè)置上行和下行兩根漏纜，布局高度與車窗平行，傳播方向和車窗垂直。

3.2.2 POI的設(shè)置

為了避免信號(hào)過多切換，一般會(huì)把一定區(qū)間作為“傳輸小區(qū)”，在小區(qū)內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)不切換，而各個(gè)小區(qū)間是需要POI的設(shè)置進(jìn)行換乘切換。這條設(shè)置對(duì)不同頻段都能實(shí)現(xiàn)接入，保證切換過程的質(zhì)量。

3.2.3 天饋設(shè)置方式

當(dāng)前第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）的天饋設(shè)置方式都是共用和獨(dú)立兩種天饋方式，這種設(shè)計(jì)方式可以滿足多種通訊頻率需要，且各通信制式間上行頻點(diǎn)高端與下行頻點(diǎn)低端的間隔較小，具有較高的抗干擾性。

總之，在原有的基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)高速通訊的需要，第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）已經(jīng)廣泛應(yīng)用用地鐵中，取得了良好的效果，并且在建設(shè)中照顧到原有設(shè)備的兼容和其他技術(shù)的相容，這大大降低了建設(shè)成本，提高設(shè)備利用率的同時(shí)，滿足了更多用戶不同的使用要求。

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作者簡(jiǎn)介

謝志能（1984-），男，廣東省河源市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信，三網(wǎng)融合。

作者單位

河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東省河源市 517000