摘 要：随着社会经济的高速发展，城市轨道交通的服务水平和管理水平也在不断的提高，此时，车地无线通信系统的性能对于城市轨道交通来说尤为重要，需要不断提高。为了保证列车在高速行驶的情况下视频信息和多媒体信息能够高速率和高质量的传输，城市轨道交通车地无线传输采用LTE技术也是必然选择。
关键词：城市轨道交通；LTE；车地无线通信系统
1 背景
近年来，我国城市轨道交通建设已经进入了快速发展阶段，其安全性和舒适性得到社会的普遍关注。一方面，乘客已不满足于少量的类型单一的文本、声音信息服务，城市轨道交通迫切需要提高信息服务水平，从服务上吸引乘客。另一方面，国外城市轨道交通恶性事件频发，地铁列车需要增加足够的监控措施，以防范于未然，城市轨道交通需要直观地了解现场情况，迫切需要高速率的车载视频信息传输。总之，随着城市轨道交通服务水平和管理水平的不断提高，城市轨道交通对车地无线通信系统的性能，诸如：上下行的传输带宽、高速移动接入、场强可控性、无线干扰等提出了更高的要求。
2 当前主流技术比较
城市轨道交通车地无线通信系统作为传输网络的延伸，提供地面与列车之间的通信，为视频监控系统、乘客信息系统等提供车辆与车站、控制中心之间的无线传输通道。车地无线通信系统需要具有高可靠性，支持列车运行速度80公里/小时或更高速度下的视频信息、多媒体信息的实时传输，且系统应具备防止黑客和非法信息入侵的功能，确保播出信息的安全。
当前可供选择的无线传输技术主要有：TETRA、GSM、CDMA、3G、TRainCom-MT、WLAN、WiMax、LTE等。
TETRA、GSM、CDMA均为非常成熟的无线技术，有着广泛的应用实例，但是这三种技术对于车地之间无线数据传输的要求均存在速率不足的缺陷：TETRA的下行速率约为几十Kb/s，上行速率约为几Kb/s；GSM和CDMA的上下行速率大致相当，下行速率约为几十Kb/s，上行速率约为十几Kb/s。三者均无法满足车地无线通信系统所需要的传输速率。
WLAN作为一种宽带无线接入网技术，其网络化、宽带化等特点具有相当的优势。WLAN目前存在多种标准，如：802.11a、802.11b、802.11g等。802.11a工作在5.8G频段，干扰较少，传输速率可以达到54Mb/s，但5.8G频段属于非免费开放频段，需要申请。802.11b工作在2.4G频段，传输速率最高达11Mb/s。802.11g也工作在2.4G频段，由于使用OFDM调制技术，，其数据传输速率提高至54Mb/s。但WLAN天线覆盖范围较小，轨旁AP在直线隧道一般每间隔200米布设一个，系统越区切换频繁。
LTE（Long Term Evolution，长期演进） 是3G的演进，是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准，如下图1-1所示。它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。与3G相比，LTE具有高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容等技术优势，被视作从3G向4G演进的主流技术。载波聚合技术，在频谱灵活分配、系统容量、覆盖等综合方面，有着无可比拟的优势。而采用漏缆覆盖模式的2X2MIMO的传输，将会实现速率的倍增。从目前看，主流运营商几乎一致支持LTE标准。
图1-1
3 基于WLAN技术的车地无线通信网络兼容性分析
基于IEEE 802.11标准的WLAN技术是目前城市轨道交通通信系统主要可用的宽带数据无线通信技术，该技术于2004年在国内开始使用，并且逐渐成为国内城市轨道交通通信系统主流的车地通信技术，已经在北京、上海、广州等很多大城市运用。近年来，通信PIS系统可用的宽带数据无线通信技术制式相对通信系统来说较多，但是国内的城市轨道交通已经开通的和正在实施中的线路采用WLAN方案占多数。综上，目前城市轨道交通环境中车地无线通信系统以两张WLAN网络共存的情况为主。
两个无线通信网络电磁兼容是工程实施中必须考虑的问题。根据已经实施项目的实际使用情况，信号系统和PIS系统的电磁兼容主要有以下三个方案：
（1）信号系统和PIS系统分别使用不同的频段，例如，PIS系统采用4.2GHZ的频段，而信号系统采用3.1GHZ的频段。
（2）信号系统和PIS系统采用同一家WLAN供应商，将信号系统和PIS系统集成建设。
（3）信号系统和PIS系统采用相同频段，当两个系统采用相同频段的时候，在工程实施中一般采取以下三个措施来减少相互之间的干扰：合理规划无线频点；协调AP点位置；选择不同天线极化方向。
4 WLAN技术车地无线通信中存在的问题
车地无线通信系统采用2.4GHZ开放频段，所有使用2.4GHZ WLAN技术的设备均为车地无线通信系统的干扰源，系统不可避免的会受到民用通信设备（如WiFi、MiFi、蓝牙）的干扰，严重的可能会导致车地无线传输系统无法正常工作，影响车地无线通信系统的可靠性。而且随着无线智能城市的建设以及手机上网应用的普及，将会有更多的干扰源出现。
5 LTE技术优势
若要从根本上解决车地无线通信中的干扰问题，保证通信系统可靠、稳定的工作，智能通过采用专用频段及更新进的无线通信技术来解决，如图1-2。因此，LTE技术的出现，堪称车地无线通信干扰问题的救星，其主要具备以下几个优势：
（1）以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上基于分组交换。
（2）在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。0～120 km/h移动场景下平均吞吐速率达到60Mbps，上行速率16Mbps，下行速率44Mbps。
（3）LTE技术的数据业务速率和频谱利用率高。
（4）支持成对或非成对频谱，可灵活配置1.4MHz-20MHz间的多种系统带宽。TDD LTE可以调整上下行流量。
（5）扁平化组网方案，网络架构简单，网元节点少，系统可靠性高。
（6）增加小区边界比特速率，提供1bps/Hz的小区边缘速率。小区覆盖半径可达100km。
（7）严格的QoS机制保证实时业务（如VoIP）的服务质量。
（8）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。
（9）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。
（10）多RRU共小区，减少由于切换带来的时延、抖动、丢包，保证高速切换场景下的带宽稳定。
（11）无须在隧道中另外布设天线，可共用商用通信的泄漏电缆。隧道内单个RRU覆盖1.2KM漏缆，能够提供稳定的覆盖。
（12）LTE技术采用扁平化网络结构，有效地缩短了端到端的数据传输时延，更加满足城市轨道交通特别是信号系统的应用需求。
6 结语
本文通过介绍城市轨道交通车地无线通信技术，主要针对WLAN技术和LTE技术进行比较，突出LTE技术在当今的各种优势，由以上分析并结合各种无线传输技术的特点及城市轨道交通的业务需求，推荐采用LTE作为城市轨道交通车地无线传输技术。LTE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，且未来可以承载更多的业务，如：语音集群。虽然LTE系统初期投资较大，但核心网设备可为多条线路所共用，随着城市轨道交通线路的不断新建，系统的总体建设投资将与采用其它无线传输技术基本持平。
参考文献
[1]TD-LTE无线通信系统在铁路上的应用 尹福康 铁路通信信号工程技术 2013年。
[2]LTE技术在城市轨道交通无线调度通信中的创新性应用研究 于超 铁道通信信号 2014年。
[3]戴未央.WLAN在旅客信息系统中的应用 刘刚 现代城市轨道交通 2016年。