基于LTE技术的车地无线通信组网方案研究
LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用研究
LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用研究【摘要】本文主要研究了LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用。
首先介绍了LTE技术概述，然后分析了地铁车地无线通信网络的现状。
接着列举了LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用案例，并对其优势进行了分析。
最后展望了LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用前景。
研究结果表明，LTE技术在地铁车地无线通信网络中具有巨大的潜力和优势，可以提高通信效率和网络覆盖范围。
未来研究可以进一步探索LTE技术在地铁车地无线通信网络中的优化方案，以提升网络性能和用户体验。
这项研究对于推动地铁车地无线通信网络的发展具有重要的意义和启示。
【关键词】LTE技术、地铁车地无线通信网络、应用研究、现状分析、应用案例、优势分析、前景展望、成果总结、未来研究、意义启示。
1. 引言1.1 背景介绍地铁作为城市交通系统中重要的一部分，每天承载着大量乘客出行。
地铁车地无线通信网络的建设对于地铁运营管理、乘客乘车体验以及安全保障都具有重要意义。
随着移动互联网的发展，地铁车地无线通信网络也面临着更高的需求和挑战。
LTE技术作为第四代移动通信技术，其高速率、低时延和广覆盖的特点，为地铁车地无线通信网络的提升提供了新的可能性。
在传统的地铁车地无线通信网络中，存在着信号覆盖不足、数据传输速率低、网络安全性不足等问题，影响了地铁乘客的网络体验和地铁运营管理的效率。
而引入LTE技术可以有效改善这些问题，提升地铁车地无线通信网络的性能和覆盖范围。
通过对LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用研究，可以为地铁运营商和管理部门提供更好的技术支持，优化地铁车地无线通信网络的建设和管理，提高乘客的出行体验，促进城市地铁交通的智能化发展。
1.2 研究意义1. 提升地铁车地无线通信网络的速度和稳定性。
LTE技术具有更高的数据传输速率和更低的时延，能够有效提高地铁车地无线通信网络的性能，提升乘客的网络体验。
2. 提高地铁车地无线通信网络的覆盖范围和容量。
基于LTE的车地无线通信系统中的拓扑控制与网络编码技术研究
基于LTE的车地无线通信系统中的拓扑控制与网络编码技术研究随着智能交通系统的发展和智能汽车的兴起，车地无线通信系统成为了未来智能交通的关键技术之一。
而LTE作为目前最先进的蜂窝通信技术之一，在车地通信中也得到了广泛的应用。
本文将从拓扑控制与网络编码技术两方面展开研究，探讨其在基于LTE的车地无线通信系统中的应用。
一、拓扑控制技术在车地通信中的应用拓扑控制是指车辆之间或车辆与基站之间建立合适的通信拓扑结构，以提高通信效率和可靠性。
在基于LTE的车地通信中，拓扑控制技术可以通过以下几个方面的研究来实现：1. 跨层设计跨层设计可以将不同层次的信息进行交互和优化，从而提高系统性能。
在车地通信中，通过跨层设计，可以使车辆和基站之间更好地协同工作，实现更高速率的数据传输和更可靠的通信连接。
2. 多跳通信由于车辆通常处于运动状态，与基站的直接通信距离可能会发生频繁变化，造成通信中断或信号弱化。
基于LTE的车地通信系统中，引入多跳通信可以通过车辆之间的中继传输，将信号传递到离基站更近的车辆，从而实现更稳定的通信连接。
3. 拓扑重构在车地通信中，车辆的位置和运动状态会频繁变化，因此需要及时重新构建通信拓扑。
通过拓扑重构算法，可以根据车辆的位置和运动方向，动态调整通信拓扑结构，从而最大程度地提高通信效果。
二、网络编码技术在车地通信中的应用网络编码是指在数据传输过程中对数据进行编码，使接收端可以通过接收到的编码数据还原出原始数据。
在基于LTE的车地通信系统中，网络编码技术可以通过以下几个方面的研究来实现：1. 码字设计在车地通信中，通过合适的码字设计，可以提高数据的传输速率和可靠性。
网络编码技术可以将多个数据块进行编码，形成一个编码块，减少传输的次数，提高传输效率。
同时，通过冗余编码，可以提高数据的容错能力，降低数据传输的错误率。
2. 编码与调制的联合设计编码与调制是车地通信系统中两个关键的环节。
网络编码技术可以与调制技术进行联合设计，使其相互配合，从而提高系统的传输效率和鲁棒性。
LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用研究
LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用研究1. 引言1.1 研究背景近年来，随着城市化进程的加速和人口规模的不断增长，地铁成为了城市中不可或缺的交通工具之一。
由于地下环境的复杂性和密集度大的乘客量，地铁车地无线通信网络的建设和维护一直以来都面临着巨大的挑战。
传统的无线通信技术在地铁车地中往往会受到信号干扰、容量不足、覆盖不足等问题的困扰，使得乘客在地铁中难以进行顺畅的通信和网络使用。
为了解决这些问题，LTE技术被引入到地铁车地无线通信网络中，并取得了显著的优势和进展。
本研究旨在通过对LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用和研究进行深入探讨，以期为提升地铁车地无线通信网络的性能和用户体验提供更为全面和有效的解决方案。
在LTE技术的不断发展和完善下，地铁车地无线通信网络将迎来更加美好的未来。
1.2 研究意义LTE技术作为第四代移动通信技术，具有高速、高效、低延迟等特点，已经在各个领域得到广泛应用。
在地铁车地无线通信网络中，LTE 技术的应用也具有重要的意义。
LTE技术可以提供更稳定、更快速的网络连接，能够满足地铁车载终端设备对高速数据传输的需求。
LTE技术有较强的覆盖能力和抗干扰能力，能够在地铁隧道等复杂环境下实现良好的通信效果。
LTE技术还支持多种业务类型，包括高清视频传输、实时通话等，可以为地铁车地无线通信网络提供更丰富的服务。
通过研究LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用，可以更好地提升地铁车载终端设备的通信体验，提高地铁运营效率，增加用户满意度。
针对地铁车地无线通信网络中的挑战和问题，通过LTE技术的研究，可以探索更加有效的解决方案，为地铁车地无线通信网络的建设和优化提供参考和指导。
研究LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用具有重要的实践意义和推动作用。
2. 正文2.1 地铁车地无线通信网络概述地铁车地无线通信网络是指在地铁车辆和地下隧道之间建立起的无线通信系统，以实现车辆之间、车辆与地面控制中心之间的数据传输和通信。
LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用研究
LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用研究随着人们对无线通信网络需求的增加，地铁车地无线通信网络技术也得到了广泛关注和研究。
LTE技术作为第四代移动通信技术，在地铁车地无线通信网络中具有广阔的应用前景和潜力。
LTE技术在地铁车地无线通信网络中具备较高的传输速率和容量。
地铁车地无线通信网络在高速移动的环境下需求更高的传输速率和容量。
而LTE技术采用了OFDM技术和MIMO 技术，不仅能够提供高达几十兆比特的传输速率，还能够通过多天线技术提高网络容量，满足地铁车地无线通信网络的需求。
LTE技术在地铁车地无线通信网络中具备较好的覆盖性能。
地铁车地无线通信网络面临着信号衰减和信号干扰问题。
而LTE技术采用了自适应调制编码技术和自适应天线技术，能够在复杂的多径传播环境中提供更强的抗干扰能力和抗衰减能力，改善了地铁车地无线通信网络的覆盖性能。
LTE技术在地铁车地无线通信网络中具备较低的时延和较好的移动性能。
地铁车地无线通信网络要求时延较低，以保证实时性和及时性。
而LTE技术具有较低的时延，可以满足地铁车地无线通信网络对时延的要求。
LTE技术也具有较好的移动性能，可以实现无缝的切换和传输，适应地铁车地移动的特性。
LTE技术在地铁车地无线通信网络中具备较高的可靠性和安全性。
地铁车地无线通信网络的可靠性和安全性对用户的通信质量和通信隐私至关重要。
而LTE技术通过引入多重冗余机制和安全加密技术，能够提供高可靠性和高安全性的通信服务，保障地铁车地无线通信网络的稳定运行和用户的通信安全。
LTE技术在地铁车地无线通信网络中具有诸多优势和应用价值。
通过将LTE技术应用于地铁车地无线通信网络中，可以提供高速传输、广阔覆盖、低时延、良好移动性能、高可靠性和高安全性的通信服务，满足人们日益增长的无线通信需求。
在未来的研究中，还可以进一步探索和优化LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用，提高通信性能和用户体验。
基于LTE的车地无线通信系统中的移动组网与路由技术
基于LTE的车地无线通信系统中的移动组网与路由技术移动组网与路由技术在基于LTE的车地无线通信系统中扮演着至关重要的角色。
这些技术的应用使得车载设备能够在移动环境下实现高效的通信和数据传输，为智能交通系统和车联网的发展提供了关键支持。
本文将探讨LTE车辆组网和路由技术的实践和应用，以及其对车地无线通信系统的影响。
首先，我们来了解一下LTE车辆组网技术是如何实现的。
移动组网技术为车载设备提供了多种连接方式，包括车到车（V2V）和车到基础设施（V2I）之间的无线通信。
这些连接方式可以根据车辆的位置、速度和其他交通状况的实时变化进行切换，以确保车载设备在高速移动时始终能够保持稳定的连接。
同时，LTE车辆组网技术还能够支持车辆之间的多跳通信，从而构建一个更广范围的车辆网络。
在LTE车辆组网技术中，路由算法起到了至关重要的作用。
路由算法能够根据车辆之间的位置关系、网络拓扑结构和通信需求，为数据包选择最优的传输路径。
常见的路由算法包括最短路径算法、最小代价算法和最大带宽算法等。
这些算法能够有效地优化车辆之间的数据传输，提高系统的吞吐量和网络性能。
除了路由算法，LTE车辆组网技术还广泛应用了移动组网协议，例如Ad hoc网络和移动自组织网络（MANET）等。
这些协议可以让车载设备之间在没有任何中心控制节点的情况下，通过多跳通信建立起临时的网络连接。
移动组网协议的核心思想是利用车辆之间的无线信号传播来实现数据的传输和路由选择。
这不仅增加了车辆网络的灵活性和可靠性，还有效地减少了网络部署和维护的成本。
在LTE车辆组网技术中，移动组网与路由技术的综合应用还可以实现车辆之间的混合组网。
混合组网结合了不同的无线通信技术，包括LTE、WiFi和DSRC 等，为车载设备提供更多的网络接入选项。
这些不同的无线通信技术可以根据环境的需求进行动态切换，以实现最优的网络性能和服务质量。
同时，混合组网还可以通过多路径传输、链路聚合和带宽管理等技术手段，提高网络的可靠性和吞吐量。
基于LTE的车地无线通信系统中的位置服务与定位技术
基于LTE的车地无线通信系统中的位置服务与定位技术随着科技的迅猛发展，人们对于无线通信系统的要求不断增加。
在车地通信领域，位置服务与定位技术的需求变得越来越重要。
而基于LTE的车地无线通信系统正是一个强大的解决方案，能够满足车辆定位和位置服务的需求。
本文将详细介绍基于LTE的车地无线通信系统中的位置服务与定位技术，并探讨其在实际应用中的优势和挑战。
一、 LTE的车地无线通信系统简介LTE（Long Term Evolution）是第四代移动通信技术，其高速、高容量和低延迟的特点使其成为无线通信领域的主流技术。
车地无线通信系统是指车辆与地面设施之间的通信系统，可以提供车辆定位、交通管理、车辆监控等各种应用。
基于LTE的车地无线通信系统结合了LTE的优势和无线通信系统的需求，能够实现高效可靠的位置服务与定位。
二、位置服务与定位技术的需求位置服务与定位技术在车地通信领域中具有重要意义。
车辆定位可以提供准确的位置信息，实现交通管理、智能导航、运输物流等应用。
位置服务则是将位置信息与其他应用结合，为用户提供个性化、定制化的服务。
因此，车地通信系统中的位置服务与定位技术需具备以下要求：1. 高精度定位：为了满足精细化的交通管理和定位导航的需求，车地通信系统需要具备高精度的定位能力，能够提供准确的位置信息。
2. 低延迟：车地通信系统需要实时处理大量的位置信息和数据，因此需要具备低延迟的特性，以确保快速响应和实时更新。
3. 高可靠性：车地通信系统中的位置服务与定位技术需要具备高可靠性，以确保在各种环境下都能提供稳定可靠的服务。
三、基于LTE的车地无线通信系统中的位置服务与定位技术基于LTE的车地无线通信系统中的位置服务与定位技术可以借助LTE网络的优势，实现高精度、低延迟和高可靠性的定位能力。
以下是一些常用的实现技术：1. GPS辅助定位技术：通过结合GPS定位和LTE网络定位，可以提高定位的精度和可靠性。
该技术利用GPS信号进行粗略定位，并通过LTE网络补充细化位置信息。
基于LTE的城市轨道交通PIS系统车地无线通信研究
基于LTE的城市轨道交通PIS系统车地无线通信研究基于LTE的城市轨道交通PIS系统车地无线通信研究随着城市轨道交通（Urban Rail Transit）的迅猛发展，人们对于乘坐轨道交通的期望也越来越高。
为了更好地满足乘客的需求，城市轨道交通渐渐引入了PIS（Passenger Information System，乘客信息系统）系统，以提供乘客所需要的信息。
然而，由于轨道交通环境的特殊性，车辆与地面之间的通信一直是一个具有挑战性的问题。
近年来，基于LTE （Long-Term Evolution）的车地无线通信成为了一种研究热点，以提高城市轨道交通PIS系统的性能和稳定性。
LTE作为一种4G移动通信技术，具有高速率、较低时延以及更好的系统容量和覆盖能力等优势，逐渐被应用于各个领域。
因此，基于LTE的车地无线通信也成为了一种探索。
首先，LTE能够提供更稳定的信号覆盖范围，车辆与地面无论是在隧道内还是从一座建筑物到另一座建筑物之间移动时，都能保持稳定的通信连接。
其次，LTE具有更高的数据传输速率，可以更快地传输和处理乘客所需的信息，使得乘客能够及时了解到出行情况以及相关通告等信息。
此外，LTE还支持多用户接入，可以同时为许多乘客提供服务，有助于减少通信拥堵和信息延迟的问题。
为了验证基于LTE的车地无线通信在城市轨道交通PIS系统中的可行性和性能，进行了一系列的实验和研究。
首先，通过在现有城市轨道交通中安装测试设备，收集了不同环境下的信号数据，并与传统的通信技术进行了对比。
实验结果表明，基于LTE的车地无线通信系统在信号覆盖范围和通信质量等方面表现出更好的性能。
其次，通过模拟不同网络负载和通信情景，测试了系统的稳定性和承载能力。
实验结果显示，基于LTE的车地无线通信系统能够满足城市轨道交通PIS系统的需求，并具有较高的可靠性和可扩展性。
此外，还对系统的功耗和安全性等方面进行了研究，并设计了相应的优化方案。
基于LTE技术的车地无线通信组网方案研究
基于LTE技术的车地无线通信组网方案研究孙寰宇;顾向锋【摘要】Based on analysis of present application status of train-ground wireless communication technology in rail transit, considering the field condition of rail transit, and in combination with the wireless communication requirement of passenger information system, this paper proposed the networking plan suitable for rail transit based on TD-LTE technology. And then the experimental validation of this networking plan was carried out with the first-phase project of Zhengzhou urban rail transit Line 1 . Finally this paper come to the conclusion that this networking plan can solve the bottleneck problem of train-ground communication of rail transit at present, can achieve the goals of purifying the tunnels, reducing tunnel equipment and decreasing maintenance work, and can be good for the access of other systems.%基于轨道交通车地无线通信技术应用现状分析，结合轨道交通现场条件和乘客信息系统对车地无线通信的需求，提出适用于轨道交通的TD-LTE技术组网方案，并进一步在郑州市轨道交通1号线一期工程实验验证。
LTE无线通信技术在车联网中的应用与研究
LTE无线通信技术在车联网中的应用与研究随着信息技术的不断发展，智能化、网络化的汽车成为车联网的重要组成部分。
而无线通信技术的发展更是为车联网的发展提供了强有力的支持。
其中，LTE无线通信技术因其高速、低延迟、高带宽等特点，成为车联网领域的热门技术之一，并在实际应用中取得了许多重要的研究成果。
1. LTE通信技术的介绍LTE（Long Term Evolution，长期演进）是一种基于OFDM（正交分频多址）的无线通信技术，它是第四代移动通信标准（4G）的一种实现方式。
与3G通信相比，LTE通信技术在速率和延迟等方面都具有更高的性能。
在车联网中，利用LTE技术，可以实现高速、可靠、低延迟的数据传输，从而实现车与车、车与路基设施之间的信息交互，为车辆安全、交通管理等领域提供强有力的支持。
2. LTE在车联网中的应用研究2.1. 车联网信息交互在车联网中，信息交互是一个重要的应用方向。
利用LTE技术，可以实现车与车之间的信息交互，以及车与路基设施之间的信息交互。
例如，在高速公路上，利用LTE技术，可以实现车辆之间的数据通信，以提高交通效率和安全性。
在城市道路上，利用LTE技术，可以实现车辆与红绿灯、路边停车位等设施之间的信息交互，以提高道路利用率和停车效率。
2.2. 车辆安全利用LTE技术，可以实现高速、可靠的车辆安全系统。
例如，利用LTE技术，可以实现车辆之间的碰撞预警、跟车距离测量等功能，从而提高车辆安全性。
此外，还可以实现车辆自动驾驶等一系列安全功能，为交通事故的减少和城市交通的发展提供巨大的支持。
2.3. 交通管理利用LTE技术，可以实现高效的交通管理系统。
例如，在城市交通控制中心，可以利用LTE技术，实时监测车辆的位置、速度等信息，从而实现实时交通调度和管理。
此外，还可以利用LTE技术，实现城市道路拥堵识别、交通违规监测等系统功能，促进城市交通的发展和管理。
3. 研究展望LTE无线通信技术在车联网中的应用还处于探索和创新的阶段。
基于LTE技术的地铁车地无线通信技术研究
基于LTE技术的地铁车地无线通信技术研究摘要：在无线通信需求不断增加的前提下，越来越多无线通信技术呈现出快速发展的趋势，但同一空间下的无线信号之间很可能相互干扰。
本文围绕着基于LTE技术的地铁车地无线通信技术，结合基于LTE 技术的地铁车地无线通信技术设计方案，探讨了基于LTE 技术的地铁车地无线通信技术设计要点，旨在更好地应对用户激增及新型技术发展带来的挑战，进一步优化基于LTE技术的地铁车地无线通信技术应用。
关键词：LTE技术；地铁交通系统；车地无线通信引言城市轨道交通领域离不开数据通信服务，其可以在各个模块之间提供有线及无线信号传输服务，各子模块也能在有线网络的支持下实现信息交互。
目前我国城市轨道交通系统中用到的无线通信体系主要为WLAN技术，尽管该技术搭建的无线通信系统可以基本满足城市轨道交通运行中的功能要求，但这项技术在实际应用过程中仍然存在多个方面的问题。
而基于LTE技术的地铁车地无线通信技术可以有效弥补各个方面的不足，真正为我国城市轨道交通的快速发展奠定良好基础。
1 基于LTE技术的地铁车地无线通信技术1.1常见的车地无线通信技术在地铁行业以及无线通信技术快速发展的新形势背景下，目前较为常见的车地无线通信技术主要包括WIMAX、WLAN、LTE、GSM-R等技术。
其中WIMAX技术在传输速率、服务质量保障等方面基本达到了地铁PIS车地无线通信的实际需要，并且该技术已在国外铁路应用中记载了相应的案例。
但我国仍未对该技术的频率分配及相关标准作出明确规定，因此该技术实施的可行性仍有待商榷。
尽管WLAN技术已在我国地铁车地无线通信中得到了广泛应用，但该技术本身的安全性相对较差，且覆盖率低、切换频繁、移动场景带宽低、干扰源多，在未来发展进程中很可能随时被新技术所取代。
1.2 LTE车地无线通信技术及其应用LTE技术相比于传统无线通信技术具有明显优势，其主要适用于高速移动环境，移动速度理论层面上可达500km/h。
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收稿日期:20131204作者简介:孙寰宇(1975 ),男,工程师,2006年毕业于武汉大学,工学硕士,E-mail:sunhuanyu@㊂第58卷 第8期2014年8月铁道标准设计RAILWAY STANDARD DESIGNVol.58 No.8Aug.2014文章编号:10042954(2014)08015904基于LTE 技术的车地无线通信组网方案研究孙寰宇1,顾向锋2(1.郑州市轨道交通有限公司,郑州 450002;2.中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,郑州 450002)摘 要:基于轨道交通车地无线通信技术应用现状分析,结合轨道交通现场条件和乘客信息系统对车地无线通信的需求,提出适用于轨道交通的TD-LTE 技术组网方案,并进一步在郑州市轨道交通1号线一期工程实验验证㊂该方案能够解决现有地铁行业车地通信的瓶颈,能够达到净化隧道区间㊁减少隧道设备㊁降低维护工作量的目的,有利于其他系统接入㊂关键词:轨道交通;TD-LTE ;乘客信息系统;车地无线通信;无线局域网中图分类号:U239.5;U285.2 文献标识码:A DOl:10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.039Research on Networking Plan for Train-Ground WirelessCommunication System Based on LTE TechnologySUN Huan-yu 1,GU Xiang-feng 2(1.Zhengzhou Metro Co.,Ltd.,Zhengzhou 450002,China;2.The 4th Branch,China International Telecommunication Construction Group Design Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450002,China)Abstract :Based on analysis of present application status of train-ground wireless communicationtechnology in rail transit,considering the field condition of rail transit,and in combination with thewireless communication requirement of passenger information system,this paper proposed the networkingplan suitable for rail transit based on TD-LTE technology.And then the experimental validation of thisnetworking plan was carried out with the first-phase project of Zhengzhou urban rail transit Line 1.Finally this paper come to the conclusion that this networking plan can solve the bottleneck problem of train-ground communication of rail transit at present,can achieve the goals of purifying the tunnels,reducingtunnel equipment and decreasing maintenance work,and can be good for the access of other systems.Key words :rail transit;TD-LTE;passenger information system;train-ground wireless communication;wireless local area network随着城市轨道交通系统的不断发展,其安全性㊁舒适性和高效性得到社会的普遍关注㊂车地无线通信系统担负着轨道交通运行中车厢内与外界信息交互的 桥梁 作用㊂除了承载传统的语音业务,还需要承载乘客出行信息㊁视频监视信息㊁宽带集群㊁多媒体广告信息㊁电视信息以及CBTC 等业务,在提高地铁运营效率㊁公共安全管理以及改善乘客出行体验方面都起着重要的作用㊂目前国内建设的城市轨道交通车地无线通信系统采用的技术基本为802.11系列无线局域网技术(WLAN)[1],WLAN 作为一种宽带无线接入网技术,其网络化㊁宽带化等特点具有相当的优势㊂但目前采用的WLAN 技术方案具有很大的局限性:WLAN 网络在固定情况下能提供高达54Mbps 的数据带宽,但在支持步速移动情况下提供11~13Mbps 的数据带宽,仅能实现标清信号的传输,暂不能满足高清的要求[2];WLAN 天线覆盖范围较小,轨旁AP 在直线隧道一般每间隔200m 布设1个,系统越区切换频繁,导致系统易丢包,造成视频画面停滞或马赛克系统工作[3];WLAN 工作在2.4G 频段,干扰源多,对运营安全要求较高的无线传输系统会导致系统传输中断,进而影响车辆的正常运行[4]㊂随着宽带无线技术的不断发展,新技术的出现,尤其是第四代移动通信技术LTE的日渐成熟[5],使轨道交通无线网络的统一㊁达到更好的传输效果成为可能㊂1 乘客信息系统车地通信需求1.1 业务需求乘客信息系统(PIS)依托多媒体网络技术,以计算机系统为核心,以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供下列信息服务㊂(1)安防业务提供车地高清视频传输业务,实时监控车厢内一举一动,为公安系统提供实时动态图像传输,以应对紧急突发事件㊂在紧急情况下,本着运营安全信息优先使用的原则,可提供动态辅助性提示㊂车载设备负责接收系统无线传输的信息,经处理后转发给车辆专业,以便其在列车客室内音㊁视频播放,使乘客通过正确的服务信息引导,安全㊁便捷地乘坐地铁㊂能实时传输监控㊁检测㊁车厢内管理数据等信息,监控行车状态㊂(2)乘运业务乘客信息系统在正常情况下,提供乘车须知㊁地铁首末车服务时间㊁列车到站时间㊁列车时刻表㊁管理者公告等运营信息及政府公告㊁出行参考㊁媒体新闻㊁赛事直播㊂(3)增值业务提供高清广告等公共媒体实时信息投放平台,目前细分时间段的广告投放是重要的广告盈利模式㊂1.2 带宽需求PIS系统各种业务着眼于在移动状态下提供高清,实时监控,车辆管理信息及测试诊断信息,增值业务等;因此,对车地无线的需求的落脚点是 高移动性+稳定宽带 ㊂地铁列车一般由6~8节车厢组成,车辆监控方案中每节车厢放置2个摄像机,车头车尾各1个,全车共14~18个摄像机㊂对于上行信息,每列列车向控制中心至少上传2路车载安全监控视频系统视频信息,视频图像的压缩格式采用MPEG-4或H.264,图像质量要求达到D1(720ˑ576),每路按2Mbps计算,带宽约为4Mbps;每列列车向控制中心上传14路车载视频系统信息,以D1(720ˑ576)图像质量上传,每路按2Mbps计算,带宽约为28Mbps㊂对于下行信息,由控制中心向列车下发2路高清数字视频信息,视频编码采用MPEG-2㊁MPEG-4或H.264格式,带宽约为8Mbps㊂根据上述信息类型的分析后,车地传输的带宽一般需要,下行带宽为8Mbps,如果每列车上传2路视频图像上行带宽为4Mbps,当14路监控同时上传时上行带宽至少为28Mbps㊂1.3 高速移动性需求地铁列车最高运行速度一般为80km/h,车辆构造速度为90km/h㊂车地无线传输网系统应充分考虑列车在高速情况下的切换问题,采取有效措施减少切换时间和降低因切换带来的数据损失,以保证在车上的实时播放不中断(切换时间应少于50ms),且播放质量不受影响㊂1.4 QoS需求PIS系统无线带宽应有QoS分级控制㊂所传图像要顺畅清晰,不能出现画面中断或者跳播现象㊂2 TD-LTE技术介绍TD-LTE是一种新一代宽带移动通信技术,是我国拥有自主知识产权的TD-SCDMA的后续演进技术, TD-LTE目前已成为3GPP里面唯一的基于TDD技术的4G LTE标准技术㊂2.1 TD-LTE的关键技术基于TDD的双工技术㊁基于OFDM的多址接入技术和基于MIMO的多天线技术是TD-LTE标准的三大关键技术㊂[6](1)基于TDD的双工技术TDD时间切换的双工方式是在一个帧结构中定义了它的双工过程,它是用时间来分离接收和发送信道㊂在TDD方式的移动通信系统中,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载,其单方向的资源在时间上是不连续的,时间资源在两个方向上进行了分配,基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作㊂(2)基于OFDM的多址接入技术正交频分复用技术(OFDM)的基本原理是将一个较宽的频带分成若干个彼此正交的子载波,在每个子载波上进行窄带调制和传输,这样既减少了子载波间的相互干扰,同时又提高了频谱利用率[7]㊂OFDM技术是LTE系统的技术基础与主要特点,具有诸多优势,例如在频率选择性衰落信道中具有良好的性能,基带接收机复杂性低,拥有较好的频谱特性和较强的多宽带处理能力等㊂(3)基于MIMO的多天线技术多输入输出(MIMO)技术包含空分复用㊁空间分集㊁波束赋形等多项技术,其主要思想是在多组不相关061铁道标准设计第58卷的天线上分别发送多个数据流,把传统通信系统中损害系统性能的多径衰落因素转变成对用户通信性能有利的增强因素㊂该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率,是无线通信系统实现高数据速率传输和提高传输质量的重要途径㊂2.2 TD-LTE与WLAN比较分析LTE技术具有高数据速率㊁分组传送㊁延迟降低㊁广域覆盖和移动支持能力强等优势,主要有以下特点㊂(1)在20MHz频谱带宽下能够提供下行100 Mbps㊁上行50Mbps的峰值速率㊂0~120km/h移动场景下平均吞吐速率达到70Mbps,上行速率26 Mbps,下行速率44Mbps㊂(2)下行链路频谱利用率可达到5bps/Hz,上行链路频谱利用率可达到2.5bps/Hz㊂(3)支持成对或非成对频谱,可灵活配置1.4~ 20MHz间的多种系统带宽㊂TDD LTE可以调整上下行流量㊂(4)扁平网络架构,网元节点少,用户面传输时延<10ms,控制面信令传输时延<100ms㊂(5)严格的QoS机制保证多种不同质量要求的业务并发的服务质量㊂(6)采用频偏补偿机制,有效克服多普勒效应,确保高速移动场景下的无线链路质量㊂(7)切换时参考频率偏移变化,提高切换成功率,保证高速切换场景下的带宽稳定㊂(8)多RRU共小区,减少由于切换带来的时延㊁抖动㊁丢包,保证高速切换场景下的带宽稳定㊂目前轨道交通车地通信主要通过WLAN承载,存在安全性差㊁覆盖难㊁切换频繁㊁移动场景带宽低㊁干扰源多等问题,需要一套稳定的车地通信系统,实现车-地间的信号和数据的传输㊂TD-LTE与WLAN技术对比见表1㊂表1 TD-LTE与WLAN技术对比序号比较内容TD-LTE WLAN(802.11x)1带宽时速120km/h时,有效带宽>50Mbps,峰值带宽可达100Mbps120km/h时,有效带宽<2Mbps2系统频带700,800,900,1800MHz,1.9,2.1,2.3,2.5,2.6GHz 2.4GHz和5.8GHz3QoS保证可为不同业务设定不同等级QoS服务,易集成多种服务,可支持8级优先级调度带宽不稳定,服务性能不保证4切换时间100ms左右100ms~数百毫秒5传输时延~10ms几百毫秒6干扰来源取决于系统占用的频段受到众多ISM无线系统的干扰严重7发射功率车载终端约2W 基站20~80W<100mW8覆盖距离3~4km(城区),1.4km(隧道),支持多RRU共小区低于400m(城区) 低于200m(隧道) 9接入方式OFDMA/SC-FDMA基站㊁终端侧加强高速场景纠偏功能OFDMA/DSSS10移动性管理完善的MAC机制载波侦听冲突检测11组网方式小区间干扰避免技术丰富(小区间干扰协调)3Channel组网,AP个数受限3 地铁TD-LTE车地无线解决方案采用先进的4G TD-LTE技术的宽带多媒体数字传输系统提供了从芯片㊁终端㊁网络到应用的端到端解决方案,为行业客户提供了在一张网络内㊁使用一个频率,在一部终端上同时提供专业级的宽带数据传输㊁高清视频上传及分发调度等丰富的多媒体通信手段,同时在网络的安全性㊁可靠性㊁可扩展性及定制化等方面具有强大的技术优势㊂TD-LTE宽带多媒体技术可根据轨道交通应用场景特点对空口性能做相关优化工作,增加了小区覆盖,保证视频数据的实时㊁清晰播放,降低信号传输时延保证信号业务的高优先级和可靠的快速传输,支持超过120km/h的高速运动场景下相关业务的有效性,通过完善的QoS保障机制,区分优先级保证高优先级的QoS要求,可同时支持乘客信息系统和信号系统业务的并发,打造新一代的统一平台的车地无线系统㊂为验证新一代无线通信技术TD-LTE在城市轨道交通车地传输的应用,通过郑州地铁1号线部署一张TD-LTE网络,用于承载具有宽带数据要求的PIS系统和车载CCTV车地无线传输网络㊂通过实际应用验证车地无线(TD-LTE)传输网在城市轨道交通领域应用方案的合理性㊁功能完备性㊁技术先进性㊂3.1网络总体架构基于TD-LTE技术PIS系统车地无线解决方案由3层网络架构组成,分别为控制中心子系统㊁车站子系统㊁区间覆盖子系统和车载子系统,如图1所示㊂控制中心子系统,主要实现PIS系统的编辑㊁播放㊁管理及控制等功能,通过PIS系统交换机与TD-LTE核心网设备互联,使用GE/FE光口或电口连接,实现中心PIS信息在车地无线传输系统的传输㊂车站子系统主要由基站㊁传输设备和配套设施构成,在车站站台布置TD-LTE基站的BBU和RRU设备,覆盖站台周边区域,根据无线信号覆盖的要求在隧道区间布置RRU设备延伸无线覆盖,实现与车载无线设备之间的无线数据通信㊂各基站通过百兆以太网接161第8期孙寰宇,顾向锋 基于LTE技术的车地无线通信组网方案研究入车站网络交换机,通过通信传输系统提供的通道与控制中心连接㊂地铁正线㊁出入段㊁出入场线隧道利用商用泄漏电缆进行无线覆盖,将RRU 信号合路进泄漏电缆中,车辆段㊁停车场地面及库内采用天线覆盖㊂在每列车的车头㊁车尾各设置1套车载无线设备(TAU),通过车载交换机与车载LCD 控制器相连,接收由控制中心提供的实时视频信息和向控制中心发送多路实时的车厢监控信息㊂图1 TD-LTE 车地无线通信系统网络架构3.2 无线覆盖方案基于TD -LTE 的PIS 车地无线通信系统采用BBU+RRU 方式进行无线覆盖,如图2所示㊂在车站设置基站基带设备(BBU)和射频单元(RRU),BBU 可设于车站设备室,RRU 可设于隧道入端,TD-LTE 信号通过合路器与POI(多系统接入平台)输出的商用通信系统信号合路,合路后的无线信号送入商用漏泄电缆中,实现隧道内覆盖㊂为实现隧道长区间TD-LTE 无线信号覆盖,采用在区间增设RRU 方式,TD-LTE 信号通过区间多频分合路器合路,合路后的无线信号送入区间漏泄电缆中㊂基于实际情况考虑,站间距按1.2km 规划,大于1.2km 的地方需要增加RRU,大于2.4km 的地方需要增加2个RRU㊂4Path RRU 分别连接隧道区间左右两端的2根商用漏缆,达到2T2R 的MIMO 效果㊂TD-LTE 系统可以根据业务类型及带宽需求灵活配置TD-LTE 帧的上㊁下行配比,如2DL ：2UL㊁3DL ：1UL 等㊂同时,系统应按车站双向隧道划分小区,将地铁在两个运行方向上划分成不同小区,并利用小区合并技术,减少小区数量及切换次数㊂这样可以使地铁两个运行方向上,都获得足够的资源支持大数据传输㊂图2 TD-LTE 无线覆盖示意4 工程经济性研究基于LTE 的车地无线通信系统相对于采用WLAN 的传统车地无线通信系统具有更高的综合经济效益㊂主要体现在基础建设与维护成本和增值服务效益等几个方面㊂从目前LTE 的设备商务水平看,比WLAN 略高,但是由于LTE 技术可以支持大型组网,它的三层式网络架构使得LTE 解决方案可以共用最上层的核心网设备,针对轨道交通而言,一个城市会建设多个地铁线路,而LTE 的网络架构和技术体制使多个地铁线路共用一个平台成为可能㊂另外,LTE 车地无线通信系统可实现一张网络同时承载PIS㊁CCTV㊁宽带集群㊁CBTC,宽带集群同时支持语音及视频调度,这样就避免了多张网络独立建设与共存的问题,大大减少了投资建设成本㊂同时随着LTE 全球商用化的进程进一步加快,全球各大设备供应商的全力投入以及产业链和产业生态环境的快速发展,整体设备和终端成本会有较大的降低,预计到2014年设备成本会迅速降低到一个与工业级WLAN 相当的水平㊂因此LTE 的固定成本整体看并不比WLAN 高很多,甚至会比WLAN 低㊂可变成本主要是安装成本㊁维护成本和运营成本构成,由于WLAN 的1个AP 覆盖的范围只有150~200m,一条轨道线路基本要按照200~600个AP 进行部署,而LTE 由于远覆盖的技术一个基站可以覆盖1500m,一条轨道线路只需要20~60个AP 进行部署,261铁道标准设计第58卷即可保证整条线路的覆盖,因此在施工安装的成本上会远远低于WLAN;同时LTE 基站设备采用分布架构,轨旁设备为射频单元,可通过远程网管监控管理,无需进行轨旁设备的巡检维护,而且WLAN 的设备数量比LTE 的基站多10倍,因此巡检维护㊁故障维修都没有LTE 容易,耗电量也比LTE 高,需要配置更多的人力维护和增加更多的电费成本,因此运营成本和维护成本会随着后续地铁线路的运营急速增加㊂增值服务效益方面,由于采用LTE 的车地无线同系统具有高用户数据速率㊁高系统容量的特点㊂除了全程提供乘车指引及咨询服务㊁车上实时娱乐信息传递㊁到站换乘等列车咨询㊁地铁周边设施及方位信息等基本业务外,网络可以承载更加丰富的多媒体增值服务,如实时电视转播㊁互动广告㊁品牌传播等㊂5 结论TD-LTE 作为目前最为先进的4G 无线技术,具有高带宽㊁高质量㊁高可靠㊁高抗干扰能力等优良特性,与传统WLAN 技术相比更为适合应用于轨道交通车地无线通信领域㊂同时,TD-LTE 车地无线通信系统使用专用频段,抗干扰能力强,可以共用商用通信系统的泄漏电缆,施工难度小,设备维护工作量少㊂为充分利用该系统的多业务承载能力,可综合考虑地铁内其他业务的应用,如车辆信息管理系统㊁车辆检测信息系统㊁预警监视㊁宽带集群和CBTC 等㊂参考文献:[1] 阚庭明.城市轨道交通乘客信息系统技术发展趋势探讨[J].铁路计算机应用,2009,18(1).[2] 张健.车地无线信息传输系统浅析[J].铁路通信信号工程技术,2007,4(4).[3] 高岩.基于WLAN 技术的轨道交通PIS 系统车地无线通信.科技风[J],2012(12).[4] 于鑫,阚庭明,吴卉.轨道交通乘客信息系统车地无线传输方案设计与优化[J].铁路计算机应用,2012,21(2).[5] 赵慧.无线通信技术发展及未来趋势展望[J].信息通信,2011(3).[6] 王硕瑟.TD -LTE 的三大技术特点[J].西安邮电学院学报,2010(3).[7] 曾召华.LTE 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300251,China)随着国民经济和城市建设的发展,伴随人们对交基于LTE技术的车地无线通信组网方案研究作者：孙寰宇， 顾向锋， SUN Huan-yu， GU Xiang-feng作者单位：孙寰宇,SUN Huan-yu(郑州市轨道交通有限公司,郑州,450002)， 顾向锋,GU Xiang-feng(中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,郑州,450002)刊名：铁道标准设计英文刊名：Railway Standard Design年，卷(期)：2014(8)引用本文格式：孙寰宇.顾向锋.SUN Huan-yu.GU Xiang-feng基于LTE技术的车地无线通信组网方案研究[期刊论文]-铁道标准设计 2014(8)。