LTE技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

李堅(jiān),周澤

摘 要：城市軌道交通有著大容量、高密度的客運(yùn)要求，因此其交通信號(hào)系統(tǒng)的要求也十分嚴(yán)格。LTE技術(shù)具備了高速率、低時(shí)延、抗干擾、高移動(dòng)性能等優(yōu)勢(shì)，不僅能夠有效滿足城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的需要，還能夠維持軌道交通信號(hào)的高速正常運(yùn)行。本文基于LTE技術(shù)的概念及特點(diǎn)，就其在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;信號(hào)系統(tǒng);LTE技術(shù)

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)主要由地面控制中心和車載信號(hào)系統(tǒng)共同構(gòu)成，通過動(dòng)態(tài)化的指揮軌道列車，進(jìn)而推動(dòng)列車運(yùn)行自動(dòng)化，提升其安全性和運(yùn)營(yíng)效率。信號(hào)系統(tǒng)的控制模式主要是通過控制中心，對(duì)運(yùn)行中的列車發(fā)出指令，而車載系統(tǒng)接收指令并執(zhí)行。將LTE技術(shù)應(yīng)用于信號(hào)系統(tǒng)中，能夠保障控制中心及時(shí)準(zhǔn)確的傳輸指令，讓車載系統(tǒng)及時(shí)接收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效可靠的車地?zé)o線通信。

1 城市軌道交通CBTC系統(tǒng)運(yùn)行狀況

在CBTC系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，其主要是利用2.4 GHz的無線局域網(wǎng)WLAN技術(shù)，雖然該項(xiàng)技術(shù)能夠在一定程度上滿足軌道交通的通信需求，但是不可避免的會(huì)出現(xiàn)抗干擾性差、設(shè)備數(shù)量過多、移動(dòng)性能差等問題。當(dāng)前，2.4 GHz屬于免費(fèi)開放頻段，大部分的乘客在使用同頻段設(shè)備的時(shí)候十分容易對(duì)車地通信造成嚴(yán)重干擾，進(jìn)而使得信號(hào)質(zhì)量嚴(yán)重受損，甚至?xí)袛嘈盘?hào)的傳輸過程，使得列車無法順利正常的行駛[1]?；诖?，我們必須要依據(jù)CBTC系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)運(yùn)行狀況，充分探討其中存在的問題和原因，并制定針對(duì)性的改善措施，確保該系統(tǒng)的各方面性能有所優(yōu)化，使得系統(tǒng)能夠達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。如信號(hào)傳播途徑優(yōu)化和基礎(chǔ)信號(hào)控制等措施。與此同時(shí)，CBTC系統(tǒng)也具備了一定的優(yōu)點(diǎn)，如運(yùn)輸能力強(qiáng)、間隔時(shí)間較短等等。

2 LTE技術(shù)概述

LTE技術(shù)可以理解為信號(hào)系統(tǒng)建立高效運(yùn)行速率及低時(shí)延特性的無線傳輸通道所應(yīng)用的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，其能夠在合理的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的多種功能運(yùn)行。通常情況下，LTE技術(shù)采用了扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其不僅能夠全權(quán)負(fù)責(zé)移動(dòng)信息指令的發(fā)送和接收，還能夠提升信號(hào)交互速率，確保其在穩(wěn)定的環(huán)境中高效運(yùn)行。與此同時(shí)，LTE技術(shù)的核心網(wǎng)主要是由服務(wù)網(wǎng)關(guān)和移動(dòng)管理兩個(gè)部分組成的，需要兩個(gè)部分互相作用，才能夠?qū)崿F(xiàn)城市軌道的安全運(yùn)行。就目前實(shí)際應(yīng)用情況來看，LTE技術(shù)在原有的基礎(chǔ)上逐步引入了更多先進(jìn)技術(shù)內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)終端高速移動(dòng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)扁平化運(yùn)行的支持，應(yīng)用價(jià)值較高。

3 城市軌道交通CBTC系統(tǒng)無線通信現(xiàn)狀

3.1 干擾大

如上述所說，2.4 GHz是免費(fèi)使用的開放頻段，并且市面上使用相同頻段的設(shè)備很多，當(dāng)乘客攜帶了這些設(shè)備，就很容易對(duì)車地通信造成不同程度的干擾和負(fù)面影響，使得信號(hào)傳輸質(zhì)量受損，不能夠正確的解析分辨，甚至信號(hào)傳輸中斷造成列車緊急制動(dòng)。

3.2 移動(dòng)性能差

依據(jù)當(dāng)前各個(gè)城市的軌道交通發(fā)展規(guī)劃情況來看，列車運(yùn)行的最高速度可以達(dá)到120 km/h甚至更高。但是WLAN的定位就是覆蓋機(jī)場(chǎng)、賓館、辦公室等場(chǎng)所，并且主要是面向步行速度的慢速移動(dòng)，所以在多普勒效應(yīng)的影響之下，信號(hào)誤碼率容易增大，并不能夠滿足現(xiàn)實(shí)情況下的車地信息交互需求。

3.3 設(shè)備數(shù)量多

WALN的單個(gè)設(shè)備覆蓋最多200 m，因此在一條長(zhǎng)為10 km的線路上就會(huì)布置一百多個(gè)AP。國(guó)內(nèi)各個(gè)城市交通軌道路線上，軌旁設(shè)備眾多，在使用過程中難免會(huì)發(fā)生或多或少的故障。再加上城市軌道交通的特殊性，如果維修人員不能夠在第一時(shí)間到達(dá)故障地點(diǎn)，展開搶修工作，則會(huì)影響到列車的順利運(yùn)行。

4 LTE技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

4.1 抗干擾能力強(qiáng)

LTE技術(shù)在實(shí)際的傳輸過程中，所呈現(xiàn)出來的抗干擾能力十分強(qiáng)。原因是LTE技術(shù)被應(yīng)用于城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，其在整個(gè)動(dòng)態(tài)化的運(yùn)行期間，涉及到的每一組信息都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)。換句話說，系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的消息有確定的消息集。這樣就能夠有效的規(guī)避傳統(tǒng)無線通信技術(shù)在使用中存在的諸多弊端。與此同時(shí)，針對(duì)外界因素帶來的干擾和影響，LTE技術(shù)也可以充分發(fā)揮自身的丟包重傳功能，以此達(dá)到降低干擾的目的[2]。

4.2 靈活性程度高

針對(duì)不同類型的產(chǎn)品，LTE技術(shù)都能夠保障其安全正常的使用。例如，將LTE技術(shù)應(yīng)用于軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，能夠支持不同頻段進(jìn)行組網(wǎng)處理，也能夠支持不同地區(qū)、不同時(shí)差，實(shí)現(xiàn)同步協(xié)議。LTE技術(shù)憑借獨(dú)特的靈活優(yōu)勢(shì)，目前被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜的環(huán)境之中。

4.3 維護(hù)成本低

LTE技術(shù)在傳輸介質(zhì)的選擇方面，其主要是采用了漏泄同軸電纜，和傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)不一樣，LTE技術(shù)應(yīng)用于軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，能夠顯著降低軌道旁邊設(shè)備的數(shù)量。與此同時(shí)，LTE技術(shù)還能夠利用扁平式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組成無線網(wǎng)絡(luò)體系，由此也能進(jìn)一步減少元件設(shè)備的應(yīng)用，不僅方便維修人員及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，還能夠避免出現(xiàn)負(fù)面損害。

4.4 高速移動(dòng)性

LTE技術(shù)主要結(jié)合了多普勒頻偏糾正技術(shù)，能夠有效的解決列車在高速移動(dòng)下，無線信號(hào)所出現(xiàn)的一系列不穩(wěn)定問題。與此同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況來看，LTE技術(shù)目前最高可以支持350 km/h的移動(dòng)速度。

5 LTE技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

將LTE技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，其主要可以從三個(gè)層面展開分析：核心層、接入層、終端層。

其中，就核心層來說，LTE技術(shù)能夠?yàn)檐壍澜煌ㄐ盘?hào)系統(tǒng)提供良好的數(shù)據(jù)傳輸功能，憑借靈活性的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步加強(qiáng)信號(hào)系統(tǒng)和核心層數(shù)據(jù)之間的雙向傳輸，由此不僅能夠暢通信號(hào)傳輸渠道，還能夠安全可靠的進(jìn)行。LTE技術(shù)還可以利用自身的維護(hù)管理功能，對(duì)信號(hào)傳輸過程展開動(dòng)態(tài)化的管理，及時(shí)修復(fù)錯(cuò)誤，避免出現(xiàn)傳輸失誤的情況。

在接入層方面，LTE技術(shù)的應(yīng)能能夠有效實(shí)現(xiàn)列車和控制中心之間的連接，推動(dòng)列車安全高效運(yùn)行。在實(shí)際的操作過程中，LTE技術(shù)發(fā)揮其抗干擾能力，不斷提升信息傳輸?shù)陌踩裕瑫r(shí)還能夠降低信息傳輸質(zhì)量不高的問題，有效的解決傳輸效率低的情況。

在終端層方面，可以將其看做成核心層和接入層的匯總體現(xiàn)，通過信號(hào)發(fā)出對(duì)列車進(jìn)行指示，促使列車能夠按照相關(guān)要求操作運(yùn)行。終端層將所有的數(shù)據(jù)匯總起來并保存，同時(shí)對(duì)地面控制中心產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，使得數(shù)據(jù)的安全性得到大幅度提升。核心網(wǎng)設(shè)備可以被布置在線路控制中心中，由此使得列車和信號(hào)系統(tǒng)之間互聯(lián)互通，使得無線通信業(yè)務(wù)的安全性得到不斷提高，信息傳遞的暢通性得到提升。除此之外，LTE技術(shù)的應(yīng)用還能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)和控制中心之間的直接連接，確保信號(hào)系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間獲得實(shí)時(shí)信息，并向控制中心反饋列車當(dāng)前的運(yùn)行情況。如果發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過程中某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常，則能夠借助裝置系統(tǒng)定位信息來源的位置，讓工作人員及時(shí)采取針對(duì)性的處置措施[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

LTE技術(shù)和傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)相比，其具備了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。將LTE技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，能夠大大提升列車信號(hào)的傳輸效率，保障列車安全運(yùn)行。相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)LTE技術(shù)的探索和應(yīng)用，不斷優(yōu)化系統(tǒng)，以此擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)帶來更多便捷。

參考文獻(xiàn)：

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