LTE在軌道交通的應(yīng)用研究

聶元和 白鑫竹

摘要：城市軌道交通信號系統(tǒng)指的是由車載信號設(shè)備、地面信號設(shè)備等組成的信號系統(tǒng)，其中地面信號設(shè)備會向列車發(fā)送移動指令，然后由車載信號設(shè)備對移動指令進(jìn)行接收，并根據(jù)指令對列車的運行進(jìn)行控制。通過利用信號系統(tǒng)，可以在保證列車安全的基礎(chǔ)上，自動化指揮列車運行，提升列車運行效率。而無線信號傳輸系統(tǒng)作為控制列車的關(guān)鍵點，對其通信性能要求比較高，本文研究了LTE在城市軌道交通車地?zé)o線通信中的具體應(yīng)用，具有一定實踐價值。

關(guān)鍵詞：LET;軌道交通;無線通信

引言

在軌道交通環(huán)境下，由于列車快速移動，無線通信系統(tǒng)需要面臨頻繁的越區(qū)切換及群切換，導(dǎo)致車地通信系統(tǒng)通信質(zhì)量下降。目前LTE僅支持傳統(tǒng)的硬切換方式，切換時延較長，在小區(qū)邊緣受到路徑損耗、陰影衰落及多普勒頻移的影響，接收信號質(zhì)量降低，導(dǎo)致頻繁的掉話和數(shù)據(jù)中斷，從而影響用戶的通信體驗，影響列車運行效率。因此針對軌道交通通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋結(jié)構(gòu)和LTE網(wǎng)絡(luò)特點，優(yōu)化LTE切換機制，提高其越區(qū)切換成功率，減小切換時延，提高切換可靠性，保證車地通信質(zhì)量，具有重大的理論意義和現(xiàn)實意義。

2.LTE切換技術(shù)

2.1切換觸發(fā)原因

在LTE系統(tǒng)中觸發(fā)切換的原因有很多，主要是由于原服務(wù)小區(qū)的信號質(zhì)量無法滿足用戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求，UE通過不斷測量來選取信號質(zhì)量最優(yōu)的小區(qū)并與之建立連接。對切換觸發(fā)原因分類主要有以下幾種：

首先，信號質(zhì)量引起的切換。當(dāng)移動臺穿過切換重疊區(qū)時，源小區(qū)的信號質(zhì)量開始下降，目標(biāo)小區(qū)的信號質(zhì)量逐漸變好，移動臺需要連接到新的小區(qū)，引起切換。當(dāng)基站的無線信道受到干擾，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降到一個不能接受的水平時，無法滿足連接要求，則會觸發(fā)切換。如果基站的信號質(zhì)量過弱，不能滿足正常通信需求，也會觸發(fā)切換。

其次，移動臺到基站距離引起的切換。考慮移動臺與基站的距離來決定是否觸發(fā)切換時，首先要在向絡(luò)規(guī)劃中規(guī)定移動臺到基站的距離限制，其次在運行過程中，不斷比較移動臺到基站的距離是否達(dá)到限定距離，若超過限定距離，則移動臺斷開與源小區(qū)的連接，切換到新的小區(qū)。

2.2常用切換判決準(zhǔn)則

LTE切換判決通常是根據(jù)服務(wù)小區(qū)和相鄰小區(qū)的接收信號強度來判決在什么時候切換到哪一個小區(qū)。切換判決準(zhǔn)則是影響切換性能的重要因素，切換判決過早，可能導(dǎo)致切換，切換判決過于遲鈍，則會造成未及時切換導(dǎo)致原來的通信鏈路中斷。在現(xiàn)有的切換算法中，常用切換判決準(zhǔn)則如下：

首先是基于接收信號強度/質(zhì)量的判決算法。為滿足指定業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量，要求UE接收到的信號強度或信號質(zhì)量滿足一定條件。常用的切換判決是根據(jù)當(dāng)前小區(qū)的接收信號強度或信號質(zhì)量低于某一閾值時，即觸發(fā)切換。但在實際應(yīng)用中，由于信號的時變特性，單純比較當(dāng)前小區(qū)測量值與闊值的關(guān)系，容易產(chǎn)生誤判，導(dǎo)致多次切換。在LTE系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的是基于A3事件的切換判決，同時考慮本小區(qū)與鄰小區(qū)的測量值，并加入一定闊值和遲滯量來提高切換性能。

其次是基于位置的切換判決準(zhǔn)則切換產(chǎn)生的根本原因是由于小區(qū)或基站的覆蓋范圍有限，當(dāng)移動臺從一個小區(qū)到另一個小區(qū)時，為保證通信不中斷，就需要切換到新的小區(qū)。在進(jìn)行切換判決時，預(yù)先設(shè)定一個切換判決區(qū)域，根據(jù)定位信息獲得移動臺當(dāng)前所處位置，當(dāng)移動臺處于切換判決區(qū)范圍時，即啟動切換。

3.LTE在城市軌道交通車地?zé)o線通信中的應(yīng)用

3.1區(qū)間組網(wǎng)方案

以某軌道交通工程為例，將四路RRU分別連入到左側(cè)和右側(cè)兩根漏纜，達(dá)到2T2R的MIMO效果。公網(wǎng)信號和LTE信號合路以后使用同一個漏纜，在隧道右側(cè)列車前進(jìn)方向安裝兩根商用漏纜，分別布置在高度為3m和1.9m的地方，車頂?shù)母叨葹?.15m。盡量將BBU和RRU放置到車站，當(dāng)車站之間的間隔距離大于臨近車站RRU覆蓋能力，需要將RRU拉遠(yuǎn)到隧道中，并利用合路器饋入漏纜的方法覆蓋。剩下的系統(tǒng)使用饋線跳線的方法連接。

3.2TAU越區(qū)域切換

當(dāng)LTE網(wǎng)絡(luò)中接入TAU時，網(wǎng)絡(luò)會向TAU發(fā)送信號強度檢測信息，利用TAU檢測信號強度。當(dāng)信號強度可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的要求時，測量報告信息會由TAU向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上報，網(wǎng)絡(luò)側(cè)會依據(jù)收到的信息進(jìn)行切換動作，使TAU切換到信號輕度更好的小區(qū)。由于LTE具有無損切花的功能，所以可以確保兩個基站之間進(jìn)行切換的過程中不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失的情況。

3.3整合頻率資源

在實際應(yīng)用過程中，將LTE系統(tǒng)頻率設(shè)置在1795-1805MHz頻段，從而實現(xiàn)傳輸列車視頻監(jiān)控信息、旅客信息服務(wù)信息等。在車站區(qū)間，設(shè)置上傳多路列車監(jiān)視圖像帶寬為6M，下傳一路PIS視頻信息帶寬為6M，上行和下行總帶寬不超過15M，當(dāng)時隙配比為2：2時，覆蓋范圍為1.2km時，可以提供邊緣下行速率為8Mbit/s，上行6Mbit/s。停車場、車兩端，可以上傳兩路視頻信息，在非營運時間段，可以對PIS錄播信息進(jìn)行下傳，帶寬為8M。

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