地铁信号系统中LTE技术的应用,本文是信号有关论文范文检索跟地铁信号系统和LTE技术和应用相关论文范文文献.
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前言
地铁是城市居民选择度最高的交通工具,为了提高地铁的乘坐舒适度,使乘客满意地铁工作者一直不遗余力地在这方面进行着相应的研究,使得地铁中的设备不断优化和升级,特别是对地铁信号系统的研究和开发.地铁信号系统是地铁运行的大脑,直接关系地铁运行的安全.在行驶过程中,地铁车辆要根据接收到的地面信号,通过无线传输,在经过严密的逻辑运算来控制列车速度.当信号传输出现错误时,很有可能引起交通事故,造成人员伤亡和经济损失.为了满足日益增加的客流量,提高列车安全系数、列车速度、行车间隔和乘车的舒适度,传统的无线传输已无法满足实际需求,随着LTE 技术在民用通信中逐渐成熟和技术的不断升级,以及在地铁通信系统中的成熟应用,LTE 技术也被应用到地铁信号系统中.已成功应用的案例有乌鲁木齐轨道交通1 号线和武汉轨道交通6 号线,同时在建的武汉轨道交通11 号线、7 号线、8 号线、21 号线等也都采用了这一新技术.
一、LTE 技术的简介
LTE 翻译成中文就是长期演进技术,这项技术的基础是3G 技术.在不断地进化中,逐渐演变成为了优于3G 技术、但是与4G 技术相比,仍略有不足的过渡性技术.LTE 技术和传统的3G 网络技术相比,优势十分明显.它通过改革原有技术中的空中接入技术,使可行性得到增加.LTE 技术最大的优势就是传播速率快,在大数据的传送过程中,可以采用分组的方式进行,避免出现网络延迟的现象,提高数据传送的效率.此外,在与其他的网络技术对比之后,我们可以发现,长期演进技术这一网络技术的覆盖范围之广是其他网络技术不可比拟的.这项技术可以有效解决向下兼容等问题.从3G 网络技术过渡到4G 网络技术,发展LTE 技术是必不可少的,甚至可以说这项网络技术是推动这一技术更新的催化剂和助力剂.
二、LTE 技术在地铁信号系统中的具体应用
如图1 所示,LTE 应用系统包括中心控制子系统、基站覆盖子系统、列车子系统等部分.
中心控制子系统主要包含LTE 核心网设备(EPC) 和LTE网管(OMC),并与CBTC 业务系统对接.核心网EPC 通过各级交换传输网络与分布在轨道交通沿线的LTE 基站设备相连,LTE 网管系统用来配置及管理整个无线覆盖系统中的所有LTE 基站；EPC 和网管通过交换机/ 路由器和所有的基站相连.
LTE 基站沿线布置,通过光纤连接到控制中心.为了保障全网切换正常,基站通过1588 时钟源来建立全网时钟同步.
LTE 车载设备(TAU) 与LTE 基站建立无线连接,并接入到车载交换机上.
2.1 中心控制子系统
EPC 设备,是LTE 系统的核心网,是各种业务的总出入口.LTE 车地通信网络采用两套EPC 同时工作,为A、B两张LTE 网络提供独立的数据传输通道.
LTE 网管系统统一负责LTE 的A、B 双网关键设备（基站、核心网、车载终端）的维护、配置、管理,通过SNMP 协议还可支持其他设备（如时钟服务器）的状态监控和管理功能,以及将LTE 网络内的重要状态、事件、告警等信息提供给外部网管系统.一条地线路铁一般设置两台时钟服务器、提供冗余保证.时钟服务器采用1588V2(PTP, 精确时间协议) 网络同步方式,为LTE 的A、B 网基站提供微秒级时钟同步保证.每台时钟服务器具备独立的GPS 输入,保证全网时钟同步具有统一的基准.
2.2 基站覆盖子系统
基站覆盖子系统负责LTE 无线信号在地铁线路上的无缝覆盖,保证无线信号的强度和质量,从而确保LTE TAU具备有效的无线通道,确保各种业务数据的及时、准确传输.基站覆盖系统包括LTE 基站,车站交换机、无线系统等等.LTE 基站设备采用A、B 双网冗余设计, 工作在1785~1805MHz 中的两个5M 频段. A、B 网基站组网完全独立,具有单独的供电、光缆通路,尽量减小单点故障引起的信号；A、B 网基站和天馈系统采用同址布点覆盖方式,A、B 网信号强度分布具有相似特征,并且相邻基站具有一定的重叠覆盖范围,提高信号覆盖的冗余和可靠性.
在设备集中站中会放置LTE 骨干网交换机,该骨干网交换机负责轨旁LTE 基站和核心网之间的数据通信以及时间同步.骨干网交换机需要支持LTE 基站的时间同步所需的1588v2 协议,以满足LTE 基站要求.
无线系统负责LTE 无线信号的发送和接收.为保证LTE系统的服务质量,要根据基站发射功率、覆盖距离、无线频段、UE 接收灵敏度等参数设计和选择漏缆,设计基站距离.
三、LTE 技术的优点
1、采用专用的无线通信频段（1785~1805MHz）,与公众使用的移动通信系统以及Wifi(2.4GHz 频段) 有较好的隔离,对CBTC 信号系统几乎没有干扰.
2、LTE 系统设计具备双网冗余特性,LTE 基站无线信号采用A/B 两种频段共址覆盖,LTE 车载设备(TAU) 进行针对性设计,列车车头、车尾分别安装一台TAU 协同工作,两端的TAU 分别为LTE 无线网络A 和B 的车载终端,从而通过LTE 无线网络与轨旁构成两条无线通道,确保CBTC 业务传输的可靠性.
3、基于多种层次的加密,包括LTE 空口接入层和非接入层的加密,CBTC 业务端到端基于IPsec 安全隧道等,有效抵御恶意用户的非法接入或攻击,保障信息传输安全可靠.
4、更精细化的QoS 保障,区别于传统公网的QoS 保障方案,将QoS 粒度从单个LTE 终端(UE),细化到单个业务,能根据源端、目的端的IP 地址、端口号、协议类型等参数区分不同业务、分配不同的QoS,无论在无线信号覆盖较好的区域,还是相邻小区信号覆盖重叠的切换区域,都能保障高优先级的CBTC 业务数据具有足够的传输带宽和最低的传输延时.
5、LTE 无线网络的高吞吐率在满足现有CBTC 系统车地通信带宽需求的同时,也可以满足未来地铁系统内多种业务流量融合的需求.
结束语：随着LTE 技术在地铁信号系统中的不断应用,将为我国地铁信号技术地发展带来长足的进步；为我国地铁信号技术的自主化提供强劲的助力.
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