LTE技術(shù)下地鐵車地?zé)o線通信干擾

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摘要：為了更好解決在地鐵運(yùn)行過程中存在的信號(hào)干擾問題，我們引入了lte技術(shù)，它能夠有效改善無線通信過程中的干擾問題，同時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)的承載力較高。結(jié)合數(shù)據(jù)的分布頻率進(jìn)行規(guī)劃，在保障無線通信暢通的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無線通信過程中的抗干擾目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：LTE技術(shù)；地鐵無線通信；干擾

1基于LTE技術(shù)

1.1傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)

傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)的應(yīng)用是建立在微波通信和衛(wèi)星通信的基礎(chǔ)上，其傳輸?shù)木嚯x相對(duì)較長(zhǎng)，頻帶相對(duì)較寬，所以容量也會(huì)更大[1]。為了確保通信的平穩(wěn)性，通常會(huì)在傳遞的過程中設(shè)立一個(gè)中繼站，通過這個(gè)中繼站來實(shí)現(xiàn)各個(gè)不同點(diǎn)位的相互聯(lián)系。無線通信系統(tǒng)的具體網(wǎng)絡(luò)邏輯可參考圖1。

1.2LTE無線通信技術(shù)

LTE無線通信技術(shù)是在3G技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)上不斷地進(jìn)行演化和升級(jí)，變得強(qiáng)于3G又弱于4G的通信技術(shù)，可以說它是一項(xiàng)給予二者提供過渡作用的技術(shù)。以3G技術(shù)為參考，LTE技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提升了3G技術(shù)的應(yīng)用能力，同時(shí)結(jié)合DFDM以及MTMO作為無線網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)進(jìn)化標(biāo)準(zhǔn)。從傳輸速率上看，LTE技術(shù)更加優(yōu)秀，不僅有較快的傳輸速率，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)分組傳輸，有效降低了傳輸過程中的延遲問題，在應(yīng)用過程中相對(duì)于3G技術(shù)覆蓋面更廣、兼容性更強(qiáng)，是3G技術(shù)向4G技術(shù)升級(jí)的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。LTE在傳輸過程中的最大速率能夠達(dá)到100Mbps，甚至更多。它更好地提升了移動(dòng)電話的通信效率，同時(shí)也促進(jìn)了3G網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展[2]。從其發(fā)展的根本上來看，LTE技術(shù)并沒有從傳統(tǒng)的通信技術(shù)中脫離，而是在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行了深化和優(yōu)化。

2關(guān)于LTE技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1抗干擾性

與WLAN技術(shù)相比，LTE技術(shù)采用的是分組傳輸?shù)姆绞?，不僅延時(shí)低而且能夠滿足地鐵在地下位置高速移動(dòng)過程中的全覆蓋的高效數(shù)據(jù)傳輸速率。LTE能夠在達(dá)到20MHz頻譜帶寬的條件下，上行速率達(dá)到50Mb/s，下行速率達(dá)到100Mb/s。相對(duì)來說，LTE無論是在帶寬方面還是在傳輸速度的可行性方面都具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的應(yīng)用升級(jí)，該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展不僅已經(jīng)成熟，而且相關(guān)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和鏈條也都已經(jīng)比較完善。所以，在我國(guó)目前的鐵路建設(shè)事業(yè)的無線技術(shù)應(yīng)用中經(jīng)常能夠看到LTE技術(shù)。

2.2高移動(dòng)性

經(jīng)過兩方對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，LTE技術(shù)在地鐵無線通信中的可移動(dòng)表現(xiàn)要優(yōu)于Wi-Fi。這是由于Wi-Fi信號(hào)的覆蓋范圍自身具有一定的局限性，當(dāng)列車在高速移動(dòng)的過程中就需要不斷在在區(qū)間內(nèi)重新選擇新的AP并與之關(guān)聯(lián)，但因?yàn)榱熊囁俣容^快，很多時(shí)候信號(hào)的連接就會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的延時(shí)問題，并影響網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的接入效率和穩(wěn)定性。而LTE技術(shù)的應(yīng)用具備了遠(yuǎn)距離覆蓋的能力，可以滿足高速移動(dòng)過程中的信號(hào)覆蓋，使信號(hào)之間的切換更加順暢，當(dāng)?shù)罔F運(yùn)行速度達(dá)到200km/h的時(shí)候，能夠保障接入的信號(hào)速率仍可達(dá)到50ms。

2.3高可靠性

LET技術(shù)應(yīng)用了多級(jí)QoS算法，確保在通信過程中即便速度較快也能夠?qū)崿F(xiàn)信息在傳遞過程中的穩(wěn)定性和可靠性。而這種算法通常是通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器來實(shí)現(xiàn)的。所以在數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的過程中就會(huì)有寬帶、ACK以及ICMP等設(shè)置問題以及對(duì)P2P的限制。還有，EPS系統(tǒng)中QoS的控制基本上都是由EPS來承載的，也就是能夠確保所有的傳輸數(shù)據(jù)都具有相同的QoS保障。如果是在不同的QoS保障下，則需要不同類型EPS承載系統(tǒng)來提供充分的保障。這里我們需要注意一點(diǎn)，LTE自身具有9級(jí)QoS算法，在具體的應(yīng)用過程中，需要依照不同用戶的使用優(yōu)先級(jí)進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中的整體效率。

3關(guān)于LTE車地?zé)o線通信干擾

無線通信技術(shù)不斷發(fā)展并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用出現(xiàn)了很多新型的高效抗干擾技術(shù)，目前常見的是超窄帶UNB技術(shù)、軟件無線電技術(shù)等各類技術(shù)。干擾信號(hào)會(huì)結(jié)合不同的情況和環(huán)境分為雜散干擾、互調(diào)干擾以及阻塞干擾。而對(duì)于地鐵車地之間的無線通信來說，所接收到的干擾則主要來自LTE自身所發(fā)出的同頻干擾信號(hào)。

3.1干擾源

我們以某城市的地鐵一號(hào)線為例，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際了解到該地鐵線路中LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)直接覆蓋了沿線的各個(gè)車站和區(qū)間，主要采用泄露電纜式覆蓋，而其他公網(wǎng)則采用全球移動(dòng)通信、數(shù)字蜂窩系統(tǒng)以及其他不同的信號(hào)源。包括PIS專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及公網(wǎng)系統(tǒng)，很多專網(wǎng)系統(tǒng)中信號(hào)傳輸過程中采用的是1805MHz，與之非常相近的是DCS所用到的頻段下行傳輸為1830MHz，上行傳輸為1735MHz，從數(shù)據(jù)可以看出二者之間上下行頻率相對(duì)接近，所以干擾信號(hào)更加明顯。LTE車地?zé)o線的信息來源主要是同頻段相鄰的數(shù)據(jù)干擾，所以應(yīng)當(dāng)對(duì)隧道間同方向的相鄰段落區(qū)域的干擾信號(hào)進(jìn)行分析。

3.2同頻干擾優(yōu)化

針對(duì)LTE系統(tǒng)在應(yīng)用過程中相互之間所產(chǎn)生的同頻干擾，將主要分析其所造成的影響程度以及其對(duì)周邊信號(hào)傳輸?shù)耐掏履芰σ约靶盘?hào)的覆蓋范圍之間的影響。該條線路所采用的主要是同頻組網(wǎng)的方式，在進(jìn)行分析對(duì)比的過程中主要參照同方向隧道內(nèi)同頻區(qū)域之間相互干擾的問題。而針對(duì)車站上下行兩個(gè)區(qū)域之間的干擾，則需要結(jié)合同頻隔離程度來進(jìn)行計(jì)算分析，了解信號(hào)的損耗。在前后相鄰區(qū)域的同頻信號(hào)范圍內(nèi)，如果邊緣的信噪比最低值達(dá)到0，那么此時(shí)就需要進(jìn)行抗同頻干擾的措施，避免因?yàn)榻档蜕舷滦兄g的干擾造成更大的危害。在具體應(yīng)用過程中可以通過調(diào)度算法以及區(qū)間段之間的協(xié)調(diào)來消除和控制干擾。這種調(diào)度算法能夠通過業(yè)務(wù)之間的異頻調(diào)度進(jìn)而滿足區(qū)域邊緣之間的高信噪比，從而確保信號(hào)區(qū)域邊緣的傳輸穩(wěn)定性。

3.3針對(duì)電磁干擾的優(yōu)化

結(jié)合現(xiàn)行的電磁波應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于地鐵上所使用的LTE無線通信覆蓋系統(tǒng)來說，其基站在接受上行噪聲電平的范圍應(yīng)當(dāng)控制在113dBm/180kHz之內(nèi)。而目前地鐵所實(shí)施的覆蓋系統(tǒng)為多網(wǎng)絡(luò)公用系統(tǒng)，這也會(huì)給無線信號(hào)之間增加更大的干擾，并造成設(shè)備性能之間的影響。針對(duì)LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與其他的系統(tǒng)端口的合路器主要應(yīng)當(dāng)滿足以下幾點(diǎn)要求，具體見表1。

4關(guān)于LTE技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景分析

為了滿足地鐵全線的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，我們采用了兩套冗余的LTE設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組建。在無線通信系統(tǒng)中需要涉及的信息數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括列車的識(shí)別號(hào)、移動(dòng)授權(quán)、運(yùn)營(yíng)商的指令數(shù)據(jù)以及信息限速等內(nèi)容。而針對(duì)地鐵車廂方面需要進(jìn)行設(shè)備信息的傳輸內(nèi)容則包括列車車組號(hào)、列車定位、列車速度以及屏蔽門的開關(guān)燈信息。當(dāng)然，在具體應(yīng)用過程中還會(huì)有很多不同的場(chǎng)景，需要技術(shù)人員進(jìn)行細(xì)致的分析和討論并細(xì)化對(duì)應(yīng)的信號(hào)接入方式。這里所說的無線通信系統(tǒng)控制主要包括了單網(wǎng)雙通道冗余、列控CBTC所提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及A/B信號(hào)傳輸通道等。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的情況，我們可以從兩個(gè)具體的使用場(chǎng)景進(jìn)行分析，正線信息的承載以及車輛基地的信號(hào)承載。后者是指停車場(chǎng)以及車輛段的信息；前者則是列車上車載信息依照100Kbi行進(jìn)考慮，在這個(gè)過程中要始終保持以CBTC作為目標(biāo)。經(jīng)過分析我們可以得出結(jié)論，該項(xiàng)工程項(xiàng)目在LTE技術(shù)應(yīng)用過程中，主要是對(duì)車頭及車位進(jìn)行了冗余配置，通過分別配置的方式來實(shí)現(xiàn)連接A、B承載網(wǎng)絡(luò)的傳輸通道需求。此外，尤其是針對(duì)一些相對(duì)極端的問題，技術(shù)人員能夠依照QoS調(diào)度所使用的策略應(yīng)用來確保列控信息的安全傳輸能力，這也是目前在地鐵運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)無線通信覆蓋和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性、可靠性以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞需求得到充分保障的主要方式。

5結(jié)束語

和傳統(tǒng)的信息傳輸方式相比，LTE技術(shù)的應(yīng)用能夠讓傳統(tǒng)的通信信號(hào)得到有效提升，增加網(wǎng)絡(luò)信息傳遞的穩(wěn)定性、覆蓋性以及實(shí)時(shí)傳輸?shù)乃俾剩夷軌驕p少施工難度，降低成本，但應(yīng)用過程中信號(hào)間的干擾問題也逐漸顯露。本文結(jié)合目前的實(shí)際地鐵施工工程，對(duì)現(xiàn)階段LTE技術(shù)在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)以及針對(duì)目前存在的無線信號(hào)干擾問題進(jìn)行分析討論，提出對(duì)應(yīng)的解決策略，希望能給讀者一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏學(xué)浩.長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)在地鐵無線通信中的應(yīng)用研究[J].通信電源技術(shù)，2019，36（09）：180-181.

[2]鄭志威.基于無線通信的地鐵車地通信中的干擾分析[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2017，24（06）：123+125.

作者:林潔 單位:南京熊貓信息產(chǎn)業(yè)有限公司