LTE技術在城市軌道交通中的應用分析目錄TOC\o"1-2"\h\u207581引言 151342選題背景 2219492.1研究現狀 2306882.2研究意義 318102.3研究內容 4141023城市軌道交通的系統組成分析 448463.1基于通信技術的列車控制系統 5280743.2乘客信息系統 7155763.3視頻監控系統 7293374LTE的技術分析 8253814.1LTE技術發展史 8105014.2無線局域網絡 9271434.3超高速無線通信技術 990994.4LTE長期演變通信技術 1092384.4LTE技術的優勢 13294775LTE技術在城市軌道交通系統中的應用分析 14194785.1PIS-LTE無線通信網絡構建應用分析 1416225.2CBTC-LTE無線通信網絡構建應用分析 155265.3LTE技術在城市軌道交通系統應用新思路 18251976總結與展望 2135606.1總結 2141296.2展望 211引言當前社會整體物質水平的提升也逐漸影響人們形成新的消費觀和理念。對于出行工具的乘坐要求也不例外。交通工具的行車速度、運輸效率、體驗感等各個方面都提出了新的更高的要求。因此，各個城市所面臨的交通運輸壓力也在不斷增加。當前城軌交通系統也成為了民眾越來越關注的問題，也是發展的首要問題之一[1]。新型網絡的潮流已經來襲，一個微信、QQ軟件就可以實現文字信息、圖片視頻、音樂播放等各種功能，讓人們不用在家里就可以清清楚楚的了解到外面的一切動態情形。現在在LTE技術之上發展而來5G通信技術也隨之在逐步發展成熟，目前已經在華為、OPPO等智能手機中開始投入了生產，開始被人們使用，不僅如此，在航海領域、石油領域基于LTE技術在逐漸再被使用，LTE技術開始被各個領域開始接觸和實驗運用。LTE技術，可以實現在20MHz的傳輸帶寬下，達到下行100Mbps和上行50Mbps峰值速率的一個技術[2]-[3]，同時它有效地結合了高頻帶利用率、低干擾、低延時性能的OFDM技術，高速率、高品質的MIMO技術等技術。LTE技術在城軌交通系統中的應用可以更好地解決城市軌道交通中的遇到的時間延遲、網速速率慢、視頻畫質不清晰等問題，可以進一步解決城市發展所面臨的巨大交通壓力問題的同時還可以提升城軌交通的環境和乘客乘車的體驗感。當前在城市軌道交通系統中，一些無線通信系統板塊在采用了LTE技術之后有了很明顯的改善和提高，現在國家也正在逐漸把LTE技術在城軌交通中進行普及和推廣，旨在打造更大的城軌交通的市場，提高整體城軌系統的運營水準。現在LTE技術在武漢、廣州、鄭州等一些城市的車地無線通信系統中已經是投入生產并且正在運營，從目前實際應用來看，確實大大改善了車地無線通信系統的信號傳輸效率以及傳輸信號的質量，在是時間的延時方面有很大的改進。從當前局勢進行分析也可以明顯看出，國家現在在城軌交通系統中大力推廣采用LTE技術，把LTE技術應用到無線通信系統之中來提高其城軌中的通信質量是十分明智且正確的決定，未來，LTE技術一定會把城軌交通系統帶入一個新的發展平臺，這對于整個全國城軌交通系統而言都是向前進了很大一步。2選題背景2.1研究現狀LTE技術于2009年面世并且在實際生活中運營一來，就一直受到國內外各大應用廠商的關注，也一直推動著LTE技術在不斷地發展。現階段隨著LTE技術的發展，其優勢性能表現得越來越明顯。國內外各大地鐵局也開始將LTE技術引進城軌交通系統，借此改進城軌系統中的無線通信系統，提高城軌交通的運行效率。現階段，從國內外城軌交通系統使用的通信技術來看，大部分還是使用的是無線局域網移動通信技術來進行城軌系統通信網絡的構建的。因為它相較于現存的3G通信技術、數字視頻廣播、GSM-R等移動通信技術的傳輸寬帶而言，有很大的突破。但是LTE通信技術相比較于廣泛使用的無線局域網絡通信技術在帶寬運輸方面又有了很大的進步。他可以實現在20MHz的頻譜下擁有上行傳輸速率達到50Mbps和下行傳輸速率達到100Mbp的狀態[4]。隨著LTE技術的不斷發展，現在該項技術也已經越來越成熟了。鑒于其突出的優勢性能特點，很多領域都開始引入該項技術。當今時代，據有關部門統計可知，現在全世界各地已經大約有六百多個的通信運營商廠家們都在把LTE技術融入到一些服務系統之中，并且已經展開了運營狀態。據估算，到2021年底應該會完整構建LTE無線網絡系統多達1000張，用戶者可以達到2億人口數量。但是，在國內城軌交通系統中將LTE技術的案例并不算很多。比如，現在在我國目前已經基于LTE技術搭建并且在運營的城軌系統鄭州地鐵一號的車地無線通信系統，長春地鐵一號線的城軌系統中PIS-LTE網絡的構建，還有北京燕房線路線也是用LTE技術承載了網絡系統。現在在武漢、上海、廣州等城市也在逐漸將此技術應用于其中來搭建網絡系統。2.2研究意義隨著當前越來越多的人遷往城鎮，從而導致了城市的面積也在不斷增大，可能一個城市的東邊到一個城市的西邊有時候可能會隔著很遠的距離，這就要求城軌交通系統能快速高效的運輸更多的人流。而且在安全舒適上，運輸速度和傳輸效率上的要求也提高了。因而國家近些年來也是在城市軌道交通中投入了大量的資金來為各個城市修建地鐵、有軌電車等項目。截止現在2021年，中國國內已經有接近五十多個城市開通運行了軌道交通，由此可以看出城軌交通已經成為了老百姓生活中的一部分，與人民日常生活聯系緊密，成為了當前人們上班上學以及出門游玩過程中的一個必要選項。當前的城軌運營相關部門不應該只局限提升其出行速度方面，而是應該還把高品質服務的運營思維方式作為一個目標，城軌交通的運營模式也將會實現由車輛安全轉變為更多地為提高服務質量和運營效率。具有運輸量大，運輸速度快，高質量等特點的城軌系統是現代城市居民們的必要交通出行方式，當然這也對緩解交通問題具有重要意義。然而，在城軌運營過程中，城軌的通信信號抗干擾能力比較弱，很容易影響城軌的安全運行，嚴重的時候甚至可能造成交通事故。車地無線通信系統，一個城軌交通系統的核心部分之一，其使用覆蓋率十分廣泛，此外該通信系統中還大量的使用了無線局域網絡。車地無線通信網絡之中的無線局域網絡大多使用的是公共開放頻段的頻率，這就是無線局域網的一個十分致命的缺陷。因為其采用的的公共免費通信頻段會給車地無線通信系統帶來巨大的影響，他很容易收到來自此免費頻段的一些民用設備的干擾。另外，速度方面也是采用無線局域網絡的城軌交通系統的一個待突破壁壘，限制了其高速運行。前些幾年，深圳地鐵二號線和五號線就經常會因為采用無線局域網的因素，地鐵信號頻頻受到干擾從而發生了數次緊急制動，影響了大批乘客的正常出行工作生活，乘客都因為此時而不能按時上班、學生不能按時上課，給人們帶來了不小的困擾，造成了一定的負面影響[5]。而LTE技術是運行在1785MHZ-1805MHZ的專用頻率帶，能夠周邊的緣頻率干擾源，抗干擾能力得到了很大幅度地提升。另外LTE技術在城軌交通系統中的應用可以很大程度的提升城市軌道交通的速度、可靠性和服務質量，為用戶提供更安全，更快捷的服務。2.3研究內容本課題首先是對當前城市軌道交通系統進行一個客觀現狀分析，結合LTE技術的高速率、低延時、寬頻帶等優秀特性，分析研究LTE技術在城軌交通系統中的可適用場景以及方案實施可行性。其次研究分析車地無線通信的幾種無線通信技術，著重介紹LTE這項無線通信技術并強調LTE技術相較于其他技術在城市軌道交通系統中應用的優勢所在。最后基于LTE技術的車地無線通信技術在長春、蘭州、應用案例，深入研究PIS-LTE無線通信網絡和CBTC-LTE無線通信網絡的構建，說明LTE在各個不同應用場景的優缺點，并對LTE技術在城軌無線通信系統中的應用提出新的思路想法。3城市軌道交通的系統組成分析城市軌道交通的車地無線通信系統主要包括基于通信的列車的控制系統（CBTC）、乘客信息系統（PIS）、視頻監控系統（CCTV）等。現將對這三種車地無線通信系統對于LTE技術所需滿足的帶寬需求進行分析研究[6]。3.1基于通信技術的列車控制系統基于通信技術的列車控制系統（CBTC）的系統構成如下圖3.1所示，接下來對其相關重要組成系統一一作出詳細的闡述。列車自動監控子系統（ATS）功能可以大致概括為兩大類：監督和控制。監督主要體現在他需要實時監控列車的運行信息，其中包括：開發車時刻表，停站時刻表，列車發車地點和停靠地點等，然后通過城軌終端設備的媒介屏幕向行車乘客展示列車相關信息，方便他們完成登記等動作行為。與此同時，控制中心的工作人員和調度人員也根據其監控所反映的情況實時對列車進行調度相關工作，保證列車正常運行。當發生緊急情況的時候控制中心根據監控圖像實時迅速的對突發狀況作出反應，全方位調配可利用資源，盡可能的減少突發狀況所帶來的嚴重損失。控制功能主要體現在列車監控系統根據規定好的列車運行圖對列車辦理進路相關工作。當列車發生偏離的時候及時的想出對策，把列車引入正確軌道上來運行，避免發生意外事故。列車超速防護子系統（ATP）是主要是保護列車運行安全，防止列車在運行過程中運行到別的列車運行區段或者超速而造成城軌交通事故的一個列車防護系統。它具有三大功能特點。其一，列車定位；它主要是利用ATP系統中的查詢應答器和線路區段上的一些定位系統來實時監測列車的運行位置，實現定位效果。其二，速度和距離的測量；列車運行的速度跟列車的運行安全息息相關，ATP系統可以利用其測速和距離測量的功能來幫助列車在遇到障礙物或者意外時可以及時的停下來，避免事故的發生。其三，對列車運行有監督功能，它可以保證列車在最大限度范圍內，對其進行緊急制動。列車自動運行子系統（ATO）主要是負責保障列車按照時刻表對列車進行正常的啟動駛出以及當列車達到一個指定位置以后安排列車在規定的地點停下。另外還有對列車的性能測試和調整能夠實現無司機駕照運行模式，這樣子下來就可以縮短司機的駕駛工作時間，得到更加充分的休息時間，提高運行效率，降低交通事故，保證能夠更加精準的停車。計算機連鎖子系統（CBI）是城軌交通系統中的重要組成部分，可以通過實現車站軌道電路、信號機、道岔三者之間的聯鎖控制，這樣子的話就可以保障列車更加高效且安全的運營工作。數據通信子系統（DCS）主要是負責把基于通信技術的列車控制系統內部各個系統聯系起來，相當于一座“橋”把整個列控系統連接起來構成一個完成的整體，方便各個系統之間的信號傳輸和列車的高效安全運行。總的來說，基于通信技術的列車控制系統的主要功能在于它通過城軌交通系統內的一些專用通信網絡來實時掌握整個城軌系統的全部情況。其中包括運行列車的運行速度、每輛列車的運載人數、運行列車所在位置。并且將這些所有有關信息實時傳輸給地上的軌旁設備，軌旁設備再將這些通過無線網絡收到的列車有關信息發送給控制中心的調度人員，從而保證了控制中心可以全面系統的掌握每個地方的每輛列車的運行情況，方便對他們進行指揮調度，保證列車的正常高效的運行。當出現緊急情況，列車需要強制停車或者需要及時處理的時候，控制中心也可以通過列車控制系統來及時的對列車進行專業的指導，避免發生不好的事情給社會帶來嚴重的損害。如果實在是危險不能及時阻止的話，列控系統也可以及時采取措施把危險盡可能降到最低。簡言之，列控系統主要就是保證列車安全高效的運行狀態。對于CBTC業務而言，對其在上下行的傳輸信號方面應該把合計帶寬的要求嚴格控制在大于等于1Mb/s，所以我們可以把CBTC業務按最低標準暫且標記為1Mb/s，假設其上下行分別約為512kb/s。在數據傳輸的延遲時間控制在一百五十毫秒以內，數據丟包率小于百分之零點零五。圖3.1CBTC系統結構圖3.2乘客信息系統PIS系統以多媒體網絡為載體，通過計算機系統以車載顯示終端設備為媒介在車站進出站口的大屏幕上以及乘客候車區域的電子大屏幕上向乘客們顯示每輛列車的始發信息，候車站點。當發生火災等一些緊急情況的時候也會借助于乘客信息系統在站內各大電子屏幕上顯示緊急疏散和逃跑路線以及通知，及時的幫助站內深陷危機的各位旅客脫險，引導擁擠人群安全疏散撤退到安全地方。與此同時，PIS系統可以實時的掌握監控對列車上所發生的一切情況和列車上發生的所有畫面，做到對列車的所有情況了如指掌，并且再將其所有的監控信息實時的傳送給列車控制中心，配合控制中心實現調度工作。如此一來，控制中心也就會對列車中的一舉一動更加清楚掌握，無論是列車內的乘客流量還是發生緊急情況的時候都能夠快速的做出反應，從而阻止災難的發生，把危害降到最低，在某種意義上來講可以很大程度地提高列車的安全性能。其次，PIS系統件可以實現語音視頻功能的同時還可以主持無線數據和有線網絡兩者的兼容。當列車在線路上運行的時候，乘客信息體系統需要實現高質量的視頻播放，減少視頻播放過程中出現不清晰或者中斷等現象。同時，列車內的監控信息在傳輸至控制中心的時候要求保證不能發生斷網的情況，必須讓控制中心可以隨時觀看所有運行列車內的每分每秒的情況，了解所有的情況。綜上所述，我們在乘客信息系統的車地無線通信系統中應該把其總寬帶維持在最低要求為12Mb/s。這樣子才能夠為后面城軌交通系統的后續其他相關業務的拓展和發展提供更多進步的空間。但考慮到實際情況的一個性價比問題，我們一般是要求數據傳輸通道的上下行平均帶寬嚴格控制在大于等于15Mb/s，信號傳輸過程中的切換時間應該小于或者等于五百毫秒，丟包率應該控制在百分之一以內。3.3視頻監控系統閉路電視監控系統是視頻監控系統中的一種，其英文簡稱為CCTV。該系統功能的可以大致分為監控和呈現兩大特質。其監控體現在視頻監控系統可以實時監控城軌交通站內的所有乘客的人流問題，并及時的對擁堵情況作出城軌列車的運行情況來疏散人流；還可以監控站內所有的各種城軌設備，比如檢票系統、售票系統、通風系統、消防滅火系統等一些的設施的正常安全狀態，若其中有系統出現故障的時候可以及時的安排相關人員前往進行維修工作。其呈現主要體現在他可以把車站內的所有發生的一切都通過視頻媒介將其現實呈現在控制中心的電腦屏幕上，以便于調度人員和控制中心的操作人員可以了解站內每時每刻以及每一個角落的全部情況，即使發生了比較危急情況的時候可以用最短的時間想出辦法制定出相應的最準確的應對措施，以此來把損失降到最低。在城市軌道交通系統中，視頻監控系統屬于通信模塊，他主要是負責協助城軌交通中的控制中心的工作人員還有一些在各個區段的指揮引導調度的工作人員能夠清楚的知道整個站內所發生的的情況，并且能夠找到應對之策，及時趕到現場對其進行解決處理。對于城軌系統而言，如果想要實現實時的視頻監控功能則需要不小于4Mb/s的帶寬。4LTE的技術分析4.1LTE技術發展史第一代移動通信技術被美國于1896年研發出來，在信息傳輸的過程中運用的是模擬信號輸入的方式。后來隨著1G技術的逐漸發展也成熟起來，1G移動通信技術也被運用在了手機上，在當時被人們稱作為“大哥大”。從此，人們便可以不受電話線的限制而隨意給遠隔千里的親人朋友打電話聊天。但是也由于當時的第一代移動通信技術采用的是模擬信號傳輸方式，所以只能發送語音信息，而且其傳輸通道的容量特別有限，一般信號不太穩定，傳輸效果不太好，安全性也不高，特別容易受到其他信號的干擾，所以用戶體驗感其實不太好。第二代移動通信技術在系統的整體數據容納量上有明顯的提高，也是其最大的亮點之處。隨著技術的不斷研發改進，第二代移動通信技術不僅可以實現語音發送信息功能還突破了文字信息的傳輸并且還可以上網。較之2G通信技術，3G技術最大的不同在于運用的是新的電磁波頻譜，制定了新的通信標準。所以3G網絡在速度方面提升了很多，最好的記錄可以實現2MB每秒的網速，這個速度相當于第二代移動通信技術的傳輸速度的一百四十倍。LTE技術是由3GPP組織以及全球各大企業2004年11月牽頭開始啟動推進發展，于2009年起，LTE技術發展十分迅猛，一下子在全球各個地方都開始搭建起LTE網絡。通信技術的發展給當前的社會發展帶來了很大的便利，特別是LTE技術的不斷成熟也在城軌系統中被越來越多的運用在了城軌的車地無線通信系統中。所以下面對無線局域網絡、超高速無線通信技術、LTE技術這三種使用比較頻繁的三項的通信技術做出詳細的介紹。4.2無線局域網絡無線局域網絡簡寫為WLAN，主要是采用電磁波的工作原理，并且利用無線電波對信號通道傳輸的相關信息進行讀寫然后發送至用戶端，從而實現信息的隨身化。無線局域網絡解決了原有城軌交通系統中存在的復雜繁瑣的網絡線路和大筆的維修管理設備的預算開銷。如此以來，我們就可以把節約出來的預算投入在一些新技術的研發上面來，抱以更加長遠的眼光來研發相關核心技術。無線局域網絡是有限局域網絡的擴展與延伸，其主要是將通信技術與計算機技術相融合在一起應用。無線局域網的不斷發展也使得我們的生活越來越便利，網絡世界越來越流行，而且可以滿足用戶吃喝玩樂各方面的應用需求。在當前，大多數車地雙向無線寬帶傳輸網絡都采取了無線局域網技術。無線局域網絡在城軌系統通信系統中一般是利用無線的連接方式將城軌各個系統連接在一起，有利于更系統之間信號的雙向傳輸，并且實現對整個城軌系統的實時監督和控制，為旅客提供更加高質量的服務體系。無線局域網絡的優秀性能在于他的使用一般不會受到地理位置的影響，他可以在沒有基站點的地方也可以進行工作，工作范圍包容度很大；其次他的傳輸速率以及抗干擾能力也很強，出現錯誤的概率很小。4.3超高速無線通信技術超高速無線通信系統的簡稱為EUHT,是由中國獨自研發成功的一個通信技術。即使在很高速度的情形之下，超高速無線通信技術仍然可以具有很好的傳輸速率而且傳輸內容的質量效果也很高。超高速超高速無線通信系統在變化寬帶集成方面突破了以往的通信技術的局限。它能夠實現在運行速度達到250-360km/h這樣子高速運行速度的時候仍然做到信號的傳輸是十分穩定且傳輸效果是十分好的這樣令人滿意的效果，完全能夠滿足用戶端的使用標準。它的主要亮點在于，其一它可以實現很快的傳輸速率，因為4×4天線結構使得當他在頻率為160MHz的時候,該通信技術的網速可以達到560Mbps；其二它具有高移動特性，當城軌交通列車系統在高速移動的情況下還可以實現實時地高清地視頻影像的傳輸和顯示;其三它具有很好的穩定性，即使在城軌列車系統高速運行的情況下，仍然可以保證城軌交通系統車地無線通信設備保持高穩定性，抗干擾能力強;其四，它還具有低延時的特性，能保證城市軌道交通系統的無線通信系統在信息傳輸的過程中將延時保持在保持在毫秒級的等級之上。4.4LTE長期演變通信技術LTE的核心技術在于OFDM和MIMO，在3G基礎之上發展起來但又不完全具備4G的各種特性所以又被稱作為3.99G,通俗來講就是準4G技術[7]。在城市軌道交通系統無線通信系統中主要用于提高車地之間信息的傳輸速率和抗干擾性能。最重要的是他具有高速移動性的特性，可以保證在高速運行的情況之下仍然可以保持信息傳輸的穩定性，保障其核心業務和相關信息能夠穩定、高效、實時的進行傳輸，具有十分顯著的優勢特性。所以LTE技術能夠在一定程度上擴大運輸的頻率帶寬、擴大運輸的運輸量、提高信號傳輸的效率、以及可以保障信號傳輸的質量效果，降低出現卡頓、掉幀失幀的情況。目前，3GPP標準關于LTE系統大致可以分為頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)兩種方式。如圖4.1所示就是FDD、TDD雙工方式工作原理圖，FDD—LTE是歐洲標準，一般在國際上比較盛行，使用比較廣泛。FDD-LTE技術是通過使用上下行兩個成對的信號通道來完成傳輸數據的工作，上下行信號通道可以同時間而進行發送和接收動作，這樣可以減少上下行傳輸過程中出現的延時情況。而且在上行通道與下行通道中間的間距可以適當的進行調整，更有利于信號的有效傳輸，保證信號的準確清晰度和抗干擾能力。而TD-LTE[8]是由我國自主研發的核心自主知識產權技術，在我國也被廣泛使用，并且技術也都很成熟，有十完善的產業鏈和技術的支撐。而TD-LTE雙工方式信號的工作方式不分為上下行成對頻段的兩個信號通道，他是在一條信號通道里面上下行間歇式的相互穿插式的傳遞通信信號，這樣子也就會導致TD-LTE雙工方式信號傳輸工作方式會更加的靈活多變，來應對更多情況下復雜情況下的信號傳輸方式，很大程度的降低了設備安裝成本，是整個系統結構更加簡潔明了，維護檢修也變得容易了很多。而且它還可以更好地保障信號準確無誤且高效高質量的進行傳輸，大大的提高無線通信的工作效率。圖4.1FDD、TDD雙工方式原理圖4.3.1MIMO技術MIMO技術可以有若干個輸入端口以及若干個輸出端口。它不是只有一個輸入端和輸出端口來進行信息的傳輸，這樣子多個輸入輸出端口就可以大大提高其運輸的效率和容量。MIMO技術是當前在不再繼續增加帶寬的基礎上而提升對信道容量改造的一個很有效的方法，也能夠大大的提高頻譜的利用率。MIMO技術在研發設計階段不尊崇網上的消除信號受到來自多路徑的干擾和影響反而利用了其可以接受到來自各個途徑信號的這個角度出發，設計出了多輸入和多輸出的理念從而來提高通信的質量和運輸效率。MIMO系統框圖如圖4.2所示：圖4.2MIMO系統框圖在LTE系統中MIMO技術又可以分為發射分集技術和空間復用技術。發射分集技術主要分為時間分集、頻率分集、空間分集、極化分集等。相比較于其他分集方式，空間分集是在城軌交通系統中LTE技術中的使用最多的分集方式，在它的輸入和輸出站點連接多條天線設備。即使出現了因天線距離很遠的問題而導致信號衰弱時，他們各個天線的信號衰落特性也是相互獨立的，互不干擾。這樣子的話他們就不需要占用另外的頻率和時間的資源，提高了無線通信系統的可靠性。4.3.2OFDM技術OFDM技術也叫做正交頻分復用，它是多載波調制技術中的一種。OFDM技術是LTE最具有突破性的技術之一。正交頻分復用技術旨在是把一些高速運行的數據通過在接口的串并轉化方式將其轉化成低速運行的數據，其中在分別對每個進行正交分解的信號仔細每個進行調制，最后將這些正交分解后的信號按照相關法則進行矢量疊加，形成所需要傳輸的信號，將其傳輸。正交頻分復用技術主要是可以提高無線通信系統的頻帶利用率，有效干擾源的干擾，并且有很好的抵抗延遲和衰落的性能特點。正交頻分復用技術就是把接收到的信號整體分解成很多小的信號，每個信號都有專門對他們進行傳輸的每個分割之后的信號的專屬的信號通道（后面簡稱信號道）。這樣子每個小段的信號都有足夠被容納的空間，也保證了信號在到達接收端的時候可以更完整的復原整個原信號。而且在每個信號道之間還會采用一定的技術將信號道與信號道之間進行隔離，避免信號在傳輸的過程中受到干擾，影響信號的高效傳輸。保證了他們在傳輸信息的時候可以速率更快，傳輸效果更好。一般在實際應用中，總是會或多或少的發生一些信號接收機不能正常接收到頻率信息亦或者不能接收到完整的信號的時候，但是在很多個信號機之中又不知道是哪一個信號機出現了問題，這個時候就會發現使用OFDM技術是一個可以很好的解決此類問題的技術。因為它的信號的傳輸是有各自信號道的，最后在疊加所有子信號道的信號時，可以很快的發現缺失的是哪一塊信號，然后將其補充上即可。而不采用OFDM技術在傳輸最后只能知道信號不完整，并不知道哪兒不完整。由此可以看出OFDM技術和MIMO技術對于LTE整個技術的提升有多大幫助，不僅可以提升信號傳輸的效率、增大傳輸信號的容量問題還可以有效的增強信號傳輸的質量，保證信號在傳輸過程中不受到其他干擾源的干擾。4.4LTE技術的優勢LTE技術在應用中具有諸多優勢，包括如下：(1)可以將整個網絡系統進行網絡分組管理，分成幾個領域來進行單獨運行然后各個板塊之間再進行資源互換，這樣子就可以是一個龐大的網絡系統得以簡化。無論是運營速度還是維護成本都會有很大的改善效果。(2)傳輸速率變得更快。在頻譜帶寬為20MHz的情況下，使用該技術可以實現下行峰值速率可達100Mb/s，上行值速率可達50Mb/s，在信息的傳輸速率方面十分之快。(3)LTE技術在信號傳輸過程中對于頻譜的上下行傳輸形式包容度很大，并且能夠適用于規定頻段范圍內的各種頻段，傳輸效果很智能化，也能夠及時的對偏差的信號做出調整[9]，對整個系統的性能有很大的優化作用。(4)LTE技術的整個組成結構不十分復雜，他可以確保城軌交通系統能夠在很高的運行速度、高頻率的更換運行場景的情況之下仍然可以保證信號傳輸的內容是高清而且可靠的[10]；(5)LTE擁有很嚴格的網絡服務體系，他可以很好的保護傳輸數據的準確性。(6)MIMO和OFDM技術的融入使得LTE技術顯著的提升了頻譜效率和數據傳輸速率，并且及時的對頻率的偏移進行糾正。(7)LTE技術完全能夠滿足城軌交通系統中通信系統的實際應用帶寬需求，能夠協助城軌系統一起共同工作，保障城軌系統的正常運營工作。(8)工信部發布的1785-1805MHz頻段就是特意為防止發生信號干擾而為城軌交通系統特意批準的信號頻段。這給城軌交通系統的安全方面提供了很大的保障體系，使其能夠安全高效的正常運行，降低了發生不好情況的概率。以上這些方面的優勢使得LTE技術可以更好地幫助城軌交通系統降低了在信號設備的日常維護方面成本、提高了傳輸通信信號的質量、提升了車地無線通信系統的傳輸效率以及增強了城軌交通的通信設備的抗干擾能力和城軌交通系統的安全保障。5LTE技術在城市軌道交通系統中的應用分析5.1PIS-LTE無線通信網絡構建應用分析在蘭州地鐵一號線[11]的乘客信息系統中，LTE移動通信技術被使用在了其中，并且作為了PIS-LTE無線通信網絡系統的核心部分[12-14]。PIS車地無線通信網絡系統拓撲圖如圖5.1所示。該系統采用的頻段在1785～1805MHZ區間范圍內，該范圍是國家為保證城軌交通系統正常運行而特此批準的頻率范圍。在該范圍類，城軌交通系統可以避免受到其他信號的干擾而造成的事故。在PIS-LTE無線通信網絡系統中，控制中心核心網、網管設備、交換機、乘客信息系統服務器，基站RRU等都是其重要組成部分。在整個網絡體系之中，PIS-LTE無線通信網絡系統中的核心網模塊可以與乘客信息系統核心模塊實現互聯，促使兩個核心網絡之間的信號雙向傳輸和資源共享。整個網絡信號覆蓋的區域需要再次區域內設置相關的基站RRU，通過多個基站RRU來實現無線網絡區域的全面覆蓋。然后這些若干個基站RRU分別與其各自相鄰近的車站內的BBU進行匹配連接，從而能夠達到與車載無線設備之間的數據接、發送雙向傳輸的目的。其中基于LTE通信技術的相關基站點通常都會被安置在車站通信設備室的機柜里面，利用設備室內專用通信傳輸通道實現與城軌控制中心之間的連接。另外漏纜覆蓋的方式也在運用該系統的正線區域內使用十分普遍，而在一些特殊的車輛段或者停車場這樣子的地方會改用定向天線來進行特定區域的全面覆蓋。如果基站設備不能將指定區域范圍內全面進行無線通信覆蓋的話，還可以通過適當多設置一些基站RRU設備來實現全面覆蓋。對于設置在車站內的基于LTE通信技術的相關設備，可以運用在區間上下行隧道設置泄漏電纜的方式來實現地鐵隧道內信號的覆蓋。在距離很遠的隧道這種情況下，還可以借助于提高單個RRU基站的獨自的有效覆蓋范圍來達到更遠信號的涉及，從而實現全面無線通信系統的覆蓋。車載天線TAU設備在列車的前面和后面均設置了一個，TAU的天線通常是被設置在司機駕駛室那一節車廂的外側，并且需要保障泄漏電纜的信號漏泄的開孔方向是朝向TAU設備的天線方向的，TAU天線通過對應的接口與乘客信息系統車載設備的交換機相銜接，通過車載天線TAU來與與車內進行相關信息的交換。車頭和車尾的兩臺TAU構成主輔關系，兩套天線相互聯系，相互協調工作，保障列車的正常運行。此種基于LTE技術基礎之上的PIS無線通信網絡的應用可以及時的在地面和列車之間傳輸車載視頻監視信息、乘客信息。PIS-LTE無線通信網絡系統還能夠滿足高移動性、可靠性和穩定性的需求。在蘭州軌道交通一號線中，列車在保持高速度運行的情況之下仍然可以實現列車的信號的低延時以及清晰順暢，這就很大程度地減少了之前因切換時間太長而導致的數據丟包、播放畫面中斷的情況。最重要的是基于LTE技術下的PIS車地無線通信網絡可以把切換時間控制在50ms以內，且播放質量不受影響，保證了城軌系統穩定高效的運營[15]。圖5.1PIS車地無線通信網絡系統拓撲圖5.2CBTC-LTE無線通信網絡構建應用分析LTE不僅可以承載PIS業務還可以承載了CBTC業務[16]。其中LTE車地無線通信系統結構圖如圖5.2所示。圖5.2LTE車地無線通信系統結構圖圖5.2所示的CBTC地面設備和CBTC車載控制器是完成CBTC業務的關鍵部分，其中的PIS服務器和PIS車載終端主要是完成PIS業務的核心部分。CBTC系統[17]適用于當列車運行系統出現故障問題的時候，它可以保障相關工作的正常運營，不發生中斷的情況，使整個車地無線通信系統的很核心部分。所以一般CBTC業務用專門的信號網絡對其進行單獨傳輸，而把負責PIS和CCTV相關業務放在一起進行傳輸。所以基于LTE系統構建的車地無線通信系統一般都會需要采用獨立的雙網冗余工作的方式。控制中心核心網作為LTE無線網系統中最重要的部分。它與很多的負責各個板塊的子系統接口都相連接，是一個重要的領導核心，相當于“人腦”。其主要是負責將所有的資料進行整合分類然后按其各個功能領域分別分發給其下的負責相關工作的子系統來進行下一步的詳細落實，保證工作井然有序，高效高質量的完成，并且提供安全穩定的數據傳輸通道，從而更加保證通信的高效可靠的運營。LTE車地無線通信系統物理架構如圖5.3所示：圖5.3LTE車地無線通信系統總體物理架構為方便下面的分析研究，所以把LTE車地無線通信系統運用的雙網冗余結構中的雙網分別命名為A網和B網。在實際工程的應用場景中，通常會把A網絡用來單獨運營CBTC的相關業務，B網絡則用于CBTC備份和PIS、CCTV的相關業務工作。A、B網絡均采用同頻組網(雙網頻率規劃如圖5.4所示)，A網絡和B網絡在運行的過程，分別獨自完成自己的工作任務量，兩者各自顧自己的工作量，彼此之間不互相干擾影響。F1和F2在A網絡和B網絡中分別使用頻率點F1和F2，但二者的使用頻率段是一樣的。。如果是在隧道這種情形之下時，可以采用無線網絡共用漏纜進行全面覆蓋；如果實在地面這種情形之下的時，那就可以運用獨立的定向天線來進行全面的覆蓋。圖5.4LTE車地無線通信系統雙網頻率規劃示意每一輛列車的車前端都設置一個車載無線設備，在列車的尾端也同樣設置一個車載無線設備，其中在每個車載無線設備內部都安置有兩個無線通信模塊。其中一端的無線模塊分別為A、C兩個模塊；另一端則分為B、D這兩個模塊。A、B模塊主要是負責基于通信控制列車控制系統相關業務；C、D兩個模塊主要是負責基于通信控制的列車控制系統、乘客信息系統、視頻監控系統這三個業務的工作，并且C、D無線通信模塊主導乘客信息系統和視頻監控系統相關業務以及備用CBTC業務。當主用無線通信模塊發生故障時，備用無線通信模塊可以替代主用無線通信模塊完成其相應的工作，并且由備用無線通信模塊晉升成為主用無線通信模塊。與此同時，那么CBTC業務信息就可以借助于網絡A和網絡B同時進行信號傳輸，CBTC業務系統最終可以獲取四份相同數據，系統自動選擇選擇其中任意一份進行閱讀執行，但一般會優先使用主用設備發送的相關信息。這樣子的話就可以保證雙網絡單點發生故障的時候，CBTC業務可以不會被迫中斷仍然可以繼續運行工作。車載無線規劃圖如圖5.5所示。圖5.5車載無線網絡規劃圖5.3LTE技術在城市軌道交通系統應用新思路現階段，城軌交通領域中的很多地方都已經將LTE技術應用于其中了，但是在車地無線通信系統這個網絡的結合構建應用來說有一定地改進空間[18-20]。綜合考慮到當前城軌交通中綜合承載網絡中的LTE技術運用情況，本人認為有兩種組網方案可以進一步進行探究和考察。一種方案是所有的運行系統都統一采用相同的運行頻段來進行運行工作。另一種方案是將車地無線通信系統分為兩個部分。一個部分是列控系統的控制中心的主要業務，另一部分是列控系統的一些其它輔助業務、乘客信息系統相關業務和視頻監控系統的相關業務，然后設計兩條獨立的網絡分別對其兩個部分的業務進行獨立管理運行。在第一種構建網絡體系方案的情形之下，各個區間的設備都統一接入相同頻段的應用了LTE技術的無線網絡之中，各個基站BBU按照規則正確接入端口。信號源相關設備也都載入相同的載波頻率，緊靠在一起的基站RRU分別各自與自己配對的基站BBU進行配對連接。然后再把各個基站BBU與車地無線通信系統連接起來與LTE的核心網融合，構成了一個完整的基于LTE技術的無線網絡體系。這種網絡體系可以在任何一個基站發生突發事故損壞不能正常運行的時候，由于使用的是相同頻段的頻率網所有其信號可以及時的被其他緊靠的基站RRU通過加大功率的辦法來承擔起發生事故的基站不能正常運行的責任，及時的補上防止危害的發生。當然如果在基站設備沒有發生突發事件正常運行的情況之下的時候，那么各個區間的RRU就可以不用加大功率正常運行即可。在第二種構建雙網網絡體系方案的情形之下，