LTE技術下地鐵車地無線通信干擾
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摘要：為了更好解決在地鐵運行過程中存在的信號干擾問題，我們引入了lte技術，它能夠有效改善無線通信過程中的干擾問題，同時對于數(shù)據(jù)的承載力較高。結合數(shù)據(jù)的分布頻率進行規(guī)劃，在保障無線通信暢通的基礎上，實現(xiàn)無線通信過程中的抗干擾目標。
1基于LTE技術
1.1傳統(tǒng)的無線通信技術
傳統(tǒng)的無線通信技術的應用是建立在微波通信和衛(wèi)星通信的基礎上，其傳輸?shù)木嚯x相對較長，頻帶相對較寬，所以容量也會更大[1]。為了確保通信的平穩(wěn)性，通常會在傳遞的過程中設立一個中繼站，通過這個中繼站來實現(xiàn)各個不同點位的相互聯(lián)系。無線通信系統(tǒng)的具體網(wǎng)絡邏輯可參考圖1。
1.2LTE無線通信技術
LTE無線通信技術是在3G技術的應用基礎上不斷地進行演化和升級，變得強于3G又弱于4G的通信技術，可以說它是一項給予二者提供過渡作用的技術。以3G技術為參考，LTE技術在實際應用中提升了3G技術的應用能力，同時結合DFDM以及MTMO作為無線網(wǎng)絡的一項進化標準。從傳輸速率上看，LTE技術更加優(yōu)秀，不僅有較快的傳輸速率，同時能夠實現(xiàn)分組傳輸，有效降低了傳輸過程中的延遲問題，在應用過程中相對于3G技術覆蓋面更廣、兼容性更強，是3G技術向4G技術升級的重要轉折點。LTE在傳輸過程中的最大速率能夠達到100Mbps，甚至更多。它更好地提升了移動電話的通信效率，同時也促進了3G網(wǎng)絡信息技術的發(fā)展[2]。從其發(fā)展的根本上來看，LTE技術并沒有從傳統(tǒng)的通信技術中脫離，而是在實際應用中進行了深化和優(yōu)化。
2關于LTE技術的應用優(yōu)勢
2.1抗干擾性
與WLAN技術相比，LTE技術采用的是分組傳輸?shù)姆绞?，不僅延時低而且能夠滿足地鐵在地下位置高速移動過程中的全覆蓋的高效數(shù)據(jù)傳輸速率。LTE能夠在達到20MHz頻譜帶寬的條件下，上行速率達到50Mb/s，下行速率達到100Mb/s。相對來說，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。隨著技術的應用升級，該項技術的發(fā)展不僅已經(jīng)成熟，而且相關的產業(yè)結構和鏈條也都已經(jīng)比較完善。所以，在我國目前的鐵路建設事業(yè)的無線技術應用中經(jīng)常能夠看到LTE技術。
2.2高移動性
經(jīng)過兩方對比分析可以發(fā)現(xiàn)，LTE技術在地鐵無線通信中的可移動表現(xiàn)要優(yōu)于Wi-Fi。這是由于Wi-Fi信號的覆蓋范圍自身具有一定的局限性，當列車在高速移動的過程中就需要不斷在在區(qū)間內重新選擇新的AP并與之關聯(lián)，但因為列車速度較快，很多時候信號的連接就會出現(xiàn)較為嚴重的延時問題，并影響網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的接入效率和穩(wěn)定性。而LTE技術的應用具備了遠距離覆蓋的能力，可以滿足高速移動過程中的信號覆蓋，使信號之間的切換更加順暢，當?shù)罔F運行速度達到200km/h的時候，能夠保障接入的信號速率仍可達到50ms。
2.3高可靠性
LET技術應用了多級QoS算法，確保在通信過程中即便速度較快也能夠實現(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)絡交換機和路由器來實現(xiàn)的。所以在數(shù)據(jù)設計的過程中就會有寬帶、ACK以及ICMP等設置問題以及對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，LTE自身具有9級QoS算法，在具體的應用過程中，需要依照不同用戶的使用優(yōu)先級進行區(qū)分，進而提升數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中的整體效率。
3關于LTE車地無線通信干擾
無線通信技術不斷發(fā)展并結合實際應用出現(xiàn)了很多新型的高效抗干擾技術，目前常見的是超窄帶UNB技術、軟件無線電技術等各類技術。干擾信號會結合不同的情況和環(huán)境分為雜散干擾、互調干擾以及阻塞干擾。而對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。
3.1干擾源
我們以某城市的地鐵一號線為例，通過現(xiàn)場實際了解到該地鐵線路中LTE車地無線通信系統(tǒng)直接覆蓋了沿線的各個車站和區(qū)間，主要采用泄露電纜式覆蓋，而其他公網(wǎng)則采用全球移動通信、數(shù)字蜂窩系統(tǒng)以及其他不同的信號源。包括PIS專用網(wǎng)絡系統(tǒng)以及公網(wǎng)系統(tǒng)，很多專網(wǎng)系統(tǒng)中信號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接近，所以干擾信號更加明顯。LTE車地無線的信息來源主要是同頻段相鄰的數(shù)據(jù)干擾，所以應當對隧道間同方向的相鄰段落區(qū)域的干擾信號進行分析。
3.2同頻干擾優(yōu)化
針對LTE系統(tǒng)在應用過程中相互之間所產生的同頻干擾，將主要分析其所造成的影響程度以及其對周邊信號傳輸?shù)耐掏履芰σ约靶盘柕母采w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，在進行分析對比的過程中主要參照同方向隧道內同頻區(qū)域之間相互干擾的問題。而針對車站上下行兩個區(qū)域之間的干擾，則需要結合同頻隔離程度來進行計算分析，了解信號的損耗。在前后相鄰區(qū)域的同頻信號范圍內，如果邊緣的信噪比最低值達到0，那么此時就需要進行抗同頻干擾的措施，避免因為降低上下行之間的干擾造成更大的危害。在具體應用過程中可以通過調度算法以及區(qū)間段之間的協(xié)調來消除和控制干擾。這種調度算法能夠通過業(yè)務之間的異頻調度進而滿足區(qū)域邊緣之間的高信噪比，從而確保信號區(qū)域邊緣的傳輸穩(wěn)定性。
3.3針對電磁干擾的優(yōu)化
結合現(xiàn)行的電磁波應用標準，對于地鐵上所使用的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當控制在113dBm/180kHz之內。而目前地鐵所實施的覆蓋系統(tǒng)為多網(wǎng)絡公用系統(tǒng)，這也會給無線信號之間增加更大的干擾，并造成設備性能之間的影響。針對LTE無線通信網(wǎng)絡信號與其他的系統(tǒng)端口的合路器主要應當滿足以下幾點要求，具體見表1。
4關于LTE技術的實際應用場景分析
為了滿足地鐵全線的網(wǎng)絡應用需求，我們采用了兩套冗余的LTE設備進行網(wǎng)絡組建。在無線通信系統(tǒng)中需要涉及的信息數(shù)據(jù)內容主要包括列車的識別號、移動授權、運營商的指令數(shù)據(jù)以及信息限速等內容。而針對地鐵車廂方面需要進行設備信息的傳輸內容則包括列車車組號、列車定位、列車速度以及屏蔽門的開關燈信息。當然，在具體應用過程中還會有很多不同的場景，需要技術人員進行細致的分析和討論并細化對應的信號接入方式。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所提供的實時數(shù)據(jù)以及A/B信號傳輸通道等。結合現(xiàn)場的情況，我們可以從兩個具體的使用場景進行分析，正線信息的承載以及車輛基地的信號承載。后者是指停車場以及車輛段的信息；前者則是列車上車載信息依照100Kbi行進考慮，在這個過程中要始終保持以CBTC作為目標。經(jīng)過分析我們可以得出結論，該項工程項目在LTE技術應用過程中，主要是對車頭及車位進行了冗余配置，通過分別配置的方式來實現(xiàn)連接A、B承載網(wǎng)絡的傳輸通道需求。此外，尤其是針對一些相對極端的問題，技術人員能夠依照QoS調度所使用的策略應用來確保列控信息的安全傳輸能力，這也是目前在地鐵運行過程中實現(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)實時傳遞需求得到充分保障的主要方式。
5結束語
和傳統(tǒng)的信息傳輸方式相比，LTE技術的應用能夠讓傳統(tǒng)的通信信號得到有效提升，增加網(wǎng)絡信息傳遞的穩(wěn)定性、覆蓋性以及實時傳輸?shù)乃俾?，而且能夠減少施工難度，降低成本，但應用過程中信號間的干擾問題也逐漸顯露。本文結合目前的實際地鐵施工工程，對現(xiàn)階段LTE技術在應用中的優(yōu)勢以及針對目前存在的無線信號干擾問題進行分析討論，提出對應的解決策略，希望能給讀者一定的參考。
參考文獻：
[1]夏學浩.長期演進（LTE）技術在地鐵無線通信中的應用研究[J].通信電源技術，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].技術與市場，2017，24（06）：123+125.
作者:林潔 單位:南京熊貓信息產業(yè)有限公司