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LTE技術(shù)城市軌道交通無(wú)線通信論文論文
1引言
我國(guó)城市軌道交通隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，正在不斷的建設(shè)和開(kāi)拓，當(dāng)前已進(jìn)入快速發(fā)展階段，其舒適度和安全性成為社會(huì)各界十分關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。①當(dāng)前乘客并不滿足于少量單一類型的聲音和文本信息等服務(wù)，為了滿足廣大乘客的需要并吸引更多的乘客，城市軌道交通建設(shè)迫切的需要提高自身信息化服務(wù)的水平；②國(guó)外城市軌道交通頻繁出現(xiàn)惡劣事件，這就要求地鐵和列車都要有相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)施，以保證城市軌道交通現(xiàn)場(chǎng)的情況能夠被清晰記錄并及時(shí)傳達(dá)，這就需要較高速率的傳輸通道來(lái)滿足車載視頻信息的傳送。由此可以看出，為了確保城市軌道交通的管理工作和服務(wù)質(zhì)量的高水平，城市軌道交通對(duì)于車地?zé)o線通信系統(tǒng)提出了較高要求。
2無(wú)線傳輸技術(shù)介紹
城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)作為車輛和地面之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ�，可為視頻監(jiān)控系統(tǒng)和乘客信息系統(tǒng)提供車站和車輛之間，乃至控制中心之間的無(wú)線傳輸媒介，是一種傳輸網(wǎng)絡(luò)的延伸。除此之外，車地?zé)o線通信系統(tǒng)還要求具有較高的可靠性，支持列車在運(yùn)行速度達(dá)到80km/h或者比其更高速度之下的視頻信息和多媒體信息的可靠傳輸，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸過(guò)程中應(yīng)能有效的避免網(wǎng)客和非法信息的侵入，確保整個(gè)信息播出時(shí)的安全和可靠。當(dāng)前主要的無(wú)線傳輸技術(shù)主要有以下幾種：
�。�1）TETRA、GSM、CDMA：這幾種為非常成熟的無(wú)線傳輸技術(shù)，應(yīng)用較為廣泛，但是，這三種技術(shù)對(duì)于車地?zé)o線通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，都滿足不了其所要求的傳輸速率。TETRA其上行速率大約為幾kb/s，下行速率大約為幾十kb/s，GSM和CDMA的運(yùn)行速率大致相同，其上行速率和下行速率分別為十幾kb/s和幾十kb/s。
（2）3G的傳輸速率與CDMA、TETRA、GSM相比，其在數(shù)據(jù)的傳輸速率方面已經(jīng)有了大幅度的提高，在低速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的下行速率可以達(dá)到幾百kb/s，上行速率可以達(dá)到幾十kb/s；靜止?fàn)顟B(tài)下的下行速率甚至可以達(dá)到2Mb/s。盡管如此，3G的傳輸速率仍然不能滿足車地?zé)o線通信系統(tǒng)的需求。
�。�3）TRainCom-MT是德國(guó)得力風(fēng)根公司專有的車地?zé)o線通信技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域主要是面向城市軌道無(wú)線通信技術(shù)，其也是為了城市軌道車地?zé)o線交通系統(tǒng)特別研制和發(fā)明的。其可以支持高速移動(dòng)環(huán)境下，車地雙向無(wú)線通信最高達(dá)到16Mb/s的傳輸速度。TRainCom-MT作為一項(xiàng)非標(biāo)轉(zhuǎn)化的無(wú)線傳輸技術(shù)，此系統(tǒng)的協(xié)議并不具有開(kāi)放性，因此，整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的升級(jí)、二次開(kāi)發(fā)與維護(hù)都需要依賴技術(shù)的開(kāi)發(fā)部門和持有公司，即該項(xiàng)技術(shù)只能由德國(guó)得力風(fēng)根公司進(jìn)行，因此，也就決定其具有較差的市場(chǎng)維護(hù)和選擇性。
（4）WLAN作為一項(xiàng)寬帶的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與其他技術(shù)相比，具有寬帶化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)勢(shì)。其目前具有的標(biāo)準(zhǔn)也多樣化，例如，其具有802.11a，其工作頻段在5.8G，傳輸?shù)乃俣纫话阋部梢赃_(dá)到54Mb/s，具有干擾較少的特性，除此之外，一般在5.8G頻段的無(wú)線傳輸技術(shù)具有非免費(fèi)開(kāi)放的特點(diǎn)，因此需要進(jìn)行申請(qǐng)；802.11b，其工作頻段在2.4G，傳輸速度一般最高能達(dá)到11Mb/s；此外，802.11g其工作頻段也在2.4G，其主要采用了OFDM調(diào)制技術(shù)，其數(shù)據(jù)傳輸速度同樣可高達(dá)54Mb/s。WLAN作為一種寬帶無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，雖然具有較大的通道帶寬，但是其覆蓋范圍不能滿足車地?zé)o線通信系統(tǒng)的需求，軌道AP在直線隧道一般每隔二百米就需要進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)路設(shè)置，導(dǎo)致系統(tǒng)切換和調(diào)制較為頻繁；同時(shí)，與公用WLAN技術(shù)采用相同的頻段也使得其安全性無(wú)法得到有效保障。
（5）WiMax（802.16），即802.16無(wú)線域網(wǎng)，其已在2007年10月成為新的3G標(biāo)準(zhǔn)中的一員，當(dāng)前其主要具有802.16d固定寬帶無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)和802.16e支持移動(dòng)特性的寬帶無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)。802.16無(wú)線域網(wǎng)采用了未來(lái)通信技術(shù)OFDM、OFD-MA、MIMO、AAS等先進(jìn)技術(shù)，OFDM、MIMO、AAS，OFDMA也是未來(lái)通信技術(shù)的發(fā)展方向，其最高可達(dá)到70Mbps的傳輸速度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x也達(dá)到了50km，除此之外，還具有應(yīng)用頻道較寬、Qos制度完善、業(yè)務(wù)豐富靈活、頻譜利用較高、靈活分配寬帶等優(yōu)勢(shì)。盡管如此，WiMax技術(shù)還是存在高速移動(dòng)中無(wú)法達(dá)到無(wú)縫切換的最大問(wèn)題；同時(shí)，受制于產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展緩慢等因素，都使得WiMax技術(shù)并未得到廣泛的推廣和應(yīng)用。
�。�6）LTE無(wú)線傳輸技術(shù)，其主要是3G技術(shù)的不斷演進(jìn)和改善，其也是當(dāng)前3G和4G技術(shù)的過(guò)渡階段，作為3.9G的全球無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，其在市場(chǎng)上受到了極力的推廣，大部分國(guó)內(nèi)外的廠商也對(duì)LTE技術(shù)給予很大的期望。其主要是改進(jìn)和增強(qiáng)了當(dāng)前3G中的空中接入技術(shù)，同時(shí)也是目前眾多無(wú)線傳輸技術(shù)之中，少數(shù)幾個(gè)引入OFDM和MIMO概念的技術(shù)之一。與3G相比，其還具有延遲降低、極高數(shù)據(jù)傳輸速度、分組傳送、向下兼容和光域覆蓋等技術(shù)上的支持和優(yōu)勢(shì)，因此，也被作為3G向4G的主流技術(shù)的轉(zhuǎn)變，主流運(yùn)營(yíng)商一般也都采取LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過(guò)對(duì)比以上幾種目前較為成熟的無(wú)線傳輸技術(shù)，分析得出目前LTE無(wú)線傳輸技術(shù)應(yīng)用在城市軌道交通車地?zé)o線通信技術(shù)中，能夠提高信息的傳輸速度，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量信息的共享，完善并解決了車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸難的問(wèn)題，有效保障了信息的及時(shí)性和可靠性。
3LTE技術(shù)在城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
為了從根本上解決城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)中的干擾問(wèn)題，保證數(shù)據(jù)通信不斷的穩(wěn)定工作和系統(tǒng)的可靠，只能通過(guò)采取優(yōu)秀的無(wú)線通信技術(shù)來(lái)達(dá)到技術(shù)上的解決和完善。工作者根據(jù)對(duì)城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，城市軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)主要具有：高效的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸效率、較低的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸延遲、較高的可靠性、良好的移動(dòng)性能等特點(diǎn)。LTE技術(shù)主要應(yīng)用在城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)中，具有如下的特點(diǎn)：
�。�1）LTE系統(tǒng)采取了扁平化的組織方案，具有較為簡(jiǎn)化的組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此，減少了網(wǎng)元的數(shù)量、系統(tǒng)的可靠性也較高。
�。�2）LTE技術(shù)的數(shù)據(jù)頻譜的利用率也較高，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率也較強(qiáng)，優(yōu)于TETRA、WIFI、GSM-R等技術(shù)。
�。�3）LTE技術(shù)系統(tǒng)扁平化的組織結(jié)構(gòu)，也有效的縮短了兩端之間的傳輸效率，使得信息及時(shí)傳輸，更加滿足了城市軌道交通信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和共享性，能夠滿足城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)的應(yīng)用需求。
�。�4）LTE技術(shù)可支持列車移動(dòng)速度達(dá)到350km/h的移動(dòng)傳輸性能，而目前城市軌道交通行車一般不會(huì)超過(guò)100km/h的速度，否則會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸性能下降，但是LTE技術(shù)卻避免了此項(xiàng)不足，使得移動(dòng)狀態(tài)下，也能較好的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)也為未來(lái)列車提速創(chuàng)造了有利條件。
（5）LTE技術(shù)還具有頻譜較為靈活的特點(diǎn)，可以適應(yīng)不同大小頻率的頻譜分配，使其在不同頻譜中進(jìn)行分配和部署。車地?zé)o線通信技術(shù)在隧道中都設(shè)置有天線，也可以采用商用的通信泄漏電纜實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋。隧道內(nèi)的單個(gè)RRU覆蓋可以達(dá)到1.2km，提供更為穩(wěn)定的覆蓋面積。而通過(guò)多個(gè)RRU共小區(qū)，可以減少由于更新和切換，導(dǎo)致的信息傳輸?shù)难舆t和抖動(dòng)，甚至丟失的情況，保證城市軌道交通高速度切換下帶寬和頻率的穩(wěn)定。
4結(jié)語(yǔ)
LTE無(wú)線傳輸技術(shù)使用專用的頻段，并且具有較強(qiáng)的抗干擾性，可以共享商業(yè)所使用的通信系統(tǒng)的泄漏電纜，并且其施工也較為容易，與其他無(wú)線傳輸技術(shù)相比，其施工難度小，且未來(lái)可以承載更多的管理和服務(wù)。但是，其存在的缺點(diǎn)主要是LTE無(wú)線傳輸技術(shù)在城市軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)建設(shè)的初期投入較大，單條線路建設(shè)性價(jià)比相對(duì)較低。不過(guò)其核心網(wǎng)絡(luò)支持多條線路共用，在網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的軌道交通領(lǐng)域如何利用這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，提高項(xiàng)目建設(shè)的綜合性比價(jià)更值得關(guān)注和研究。通過(guò)對(duì)無(wú)線傳輸技術(shù)的分析和比較，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前幾種無(wú)線傳輸技術(shù)的特點(diǎn)，LTE無(wú)線傳輸技術(shù)最能滿足城市軌道交通車地?zé)o線通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)需求和管理需求，是未來(lái)車地?zé)o線通信技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。
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