馮杰，趙宗耀

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司云南京建軌道交通投資建設(shè)有限公司，昆明650000）

1 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，城市網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的步伐逐漸加快，網(wǎng)絡(luò)擁堵以及資源能耗問題越來越突出，城市軌道交通建設(shè)中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也面臨著諸多問題。隨著軌道交通運(yùn)行里程的不斷增加，網(wǎng)速滯后這一問題也日益凸顯。列車在高速行駛過程中，傳統(tǒng)的WLAN網(wǎng)絡(luò)通信信號不穩(wěn)定，干擾源較多等問題越來越明顯，而LTE-M系統(tǒng)能夠有效解決WLAN存在的問題，為列車安全穩(wěn)定的運(yùn)行提供保障。

2 LTE-M系統(tǒng)簡述

2.1 運(yùn)行方式

LTE-M系統(tǒng)是對下一個(gè)移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的定義，分為頻分雙工（FDD）與時(shí)分雙工（TDD）2種方式。FDD主要是通過2個(gè)相對獨(dú)立的頻率信道接收與發(fā)送信息。為了有效減少不同信道之間相互干擾的情況，設(shè)置有專門的保護(hù)頻段間隔。通過成對的頻段，能夠?qū)崿F(xiàn)信號發(fā)送與接收同時(shí)進(jìn)行，因此，F(xiàn)DD可以有效減少信號反饋時(shí)間。TDD主要是根據(jù)時(shí)間區(qū)分發(fā)送與接收信道，在不同時(shí)隙傳輸信號，TDD對于頻段在對稱性方面沒有特殊的要求，且配置頻率比較靈活，可全面使用頻段資源。因接收與發(fā)送信號在同一頻率，加上傳播特性的影響，使信道測量減少，降低了移動(dòng)終端處理的復(fù)雜。

2.2 LTE（長期演進(jìn)）關(guān)鍵技術(shù)

OFDM（正交頻分復(fù)用技術(shù)）可以充分利用頻譜資源的新型多載波傳輸方式，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是對信號頻段進(jìn)行劃分，從而形成多個(gè)不重疊的頻率子通道，這樣能夠有效減少信道之間的相互干擾，但是無法高效利用頻譜資源，OFDM可以將信道逐漸劃分為多個(gè)信道，波載之間是能夠相互重疊的，這樣能夠充分利用頻譜資源逐步實(shí)現(xiàn)多載波通信[1]。

MIMO（正交頻分復(fù)用技術(shù)）通常主要指的是發(fā)送端與接收端二者分別采用天線對信號進(jìn)行發(fā)送與接收的一種術(shù)，該技術(shù)通過天線空間的獨(dú)立性能夠大幅度提升數(shù)據(jù)的實(shí)際傳輸速率，從而有效改進(jìn)通信質(zhì)量。

該技術(shù)的可靠性非常高，且同時(shí)具備FEC高效率等優(yōu)勢，當(dāng)檢測到發(fā)射端的數(shù)據(jù)出錯(cuò)的情況下，發(fā)送端會(huì)再次傳送數(shù)據(jù)幀，從而有效還原出源數(shù)據(jù)，能夠有效減少誤碼率，也能有效保障時(shí)延以及提高信道的適應(yīng)性。

3 提高LTE-M系統(tǒng)可靠性的有效措施

3.1 提高硬件設(shè)備可靠性

單網(wǎng)覆蓋方式需要的設(shè)備相對較少，系統(tǒng)出現(xiàn)故障的具體類型也比較少，在設(shè)備維護(hù)工作過程中具有明顯的優(yōu)勢，系統(tǒng)可靠性與雙網(wǎng)覆蓋的方式相比較低，設(shè)備一旦失效，會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)故障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法正常穩(wěn)定傳輸。所以，選擇可靠性比較高的設(shè)備能夠有效避免設(shè)備突發(fā)性失效從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，大幅度提升系統(tǒng)的可靠性。

3.2 提高設(shè)備冗余度

故障樹分析法系統(tǒng)失效度原則，冗余設(shè)備的總失效度是各個(gè)不同設(shè)備失效度之積，也能夠充分說明設(shè)備的冗余度越高，系統(tǒng)的總失效度也就越低，適當(dāng)?shù)靥嵘鄬Ρ容^薄弱環(huán)節(jié)設(shè)備的冗余度，能夠有效提高LTE-M系統(tǒng)的整體可靠性。

3.3 強(qiáng)化定期維護(hù)和日常檢測

設(shè)備突然失效具有偶然性和不可預(yù)測性，為了盡可能地減少系統(tǒng)設(shè)備突然失效對系統(tǒng)造成的不利影響，在日常設(shè)備運(yùn)行過程中，要加強(qiáng)日常檢測和定期維護(hù)，只有這樣，才能最大限度地保障系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性。

4 LTE-M系統(tǒng)綜合承載設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求

4.1.1 CBTC業(yè)務(wù)

CBTC（列車自動(dòng)控制系統(tǒng)）主要是通過精準(zhǔn)度非常高的定位設(shè)備建立雙向通行，傳輸列車的具體運(yùn)行位置、速度等相關(guān)授權(quán)信息，使地面與車載之間形成連續(xù)的運(yùn)行控制系統(tǒng)。主要是為了保障列車的實(shí)際運(yùn)行安全間隔，并組織單向及雙向連續(xù)性發(fā)車，針對路線狀況和條件實(shí)現(xiàn)對列車的控制和調(diào)度，其主要分為地面設(shè)備與車載設(shè)備2部分。地面設(shè)備包含監(jiān)控系統(tǒng)、區(qū)域控制器以及連鎖設(shè)備；車載設(shè)備包含自動(dòng)駕駛系統(tǒng)以及自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，地面和車載設(shè)備之間主要通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。地面設(shè)備在獲取列車運(yùn)行狀態(tài)與具體位置等相關(guān)信息之后，通過計(jì)算將其發(fā)送給車載設(shè)備，車載設(shè)備再結(jié)合自身的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算列車的運(yùn)行速度，控制列車安全平穩(wěn)的運(yùn)行。

4.1.2 PIS業(yè)務(wù)

城市軌道交通的出現(xiàn)和應(yīng)用極大地緩解了城市的交通壓力，隨著人們的需求逐漸發(fā)生變化，已經(jīng)不再滿足于當(dāng)前的文字信息與廣播服務(wù)，逐漸轉(zhuǎn)向新聞以及節(jié)目等多樣化的服務(wù)體驗(yàn)。PIS（智能交通地鐵系統(tǒng)）業(yè)務(wù)主要指的是控制中心將不同類型的視頻和圖像信息通過處理編輯之后根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則授權(quán)在車廂內(nèi)播放，為乘客提供相關(guān)信息數(shù)據(jù)。乘客可以根據(jù)收聽到的信息乘坐地鐵，PIS業(yè)務(wù)被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通領(lǐng)域中[3]。

4.2 系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

4.2.1 控制中心子系統(tǒng)

控制中心子系統(tǒng)主要是為CBTC（列車自動(dòng)控制系統(tǒng)）、PIS（智能交通地鐵系統(tǒng)）以及CCTV（閉路電視系統(tǒng)）提供車地寬帶無線接口、配套網(wǎng)管平臺以及核心網(wǎng)設(shè)備，核心網(wǎng)是LTE-M系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的部分，可提供雙向數(shù)據(jù)傳輸通道，并對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與轉(zhuǎn)發(fā)，維護(hù)與管理網(wǎng)絡(luò)，核心網(wǎng)設(shè)備通過接口和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的連接，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的運(yùn)行。

4.2.2 車站子系統(tǒng)

車站子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)基站相關(guān)設(shè)備，車站需要布置BBU（基帶處理單元）以及RRU（射頻拉遠(yuǎn)模塊）基站設(shè)備，可通過交換機(jī)對核心網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行連接，一個(gè)BBU能夠同時(shí)連接多個(gè)RRU，RRU信號與系統(tǒng)其他信號合路敷設(shè)在小區(qū)區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)無線信號的覆蓋。

5 結(jié)語

在北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司承建的昆明地鐵4號線工程中，引進(jìn)了LTE-M的綜合業(yè)務(wù)承載無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，用以解決列車行駛過程中網(wǎng)絡(luò)的高移動(dòng)性、高帶寬、高可靠傳輸需求。在傳統(tǒng)WLAN網(wǎng)絡(luò)方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前發(fā)展需要的時(shí)期，LTE-M系統(tǒng)應(yīng)用的出現(xiàn)，有效提高了系統(tǒng)帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率，減少了干擾，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)WLAN網(wǎng)絡(luò)方式存在的缺陷，在今后也會(huì)得到進(jìn)一步應(yīng)用與發(fā)展。