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基于LTE技术的地铁车地无线通信干扰

2022/03/15 阅读:

摘要:为了更好解决在地铁运行过程中存在的信号干扰问题,我们引入了LTE技术,它能够有效改善无线通信过程中的干扰问题,同时对于数据的承载力较高。结合数据的分布频率进行规划,在保障无线通信畅通的基础上,实现无线通信过程中的抗干扰目标。

关键词:LTE技术;地铁无线通信;干扰

1基于LTE技术

1.1传统的无线通信技术

传统的无线通信技术的应用是建立在微波通信和卫星通信的基础上,其传输的距离相对较长,频带相对较宽,所以容量也会更大[1]。为了确保通信的平稳性,通常会在传递的过程中设立一个中继站,通过这个中继站来实现各个不同点位的相互联系。无线通信系统的具体网络逻辑可参考图1。

1.2LTE无线通信技术

LTE无线通信技术是在3G技术的应用基础上不断地进行演化和升级,变得强于3G又弱于4G的通信技术,可以说它是一项给予二者提供过渡作用的技术。以3G技术为参考,LTE技术在实际应用中提升了3G技术的应用能力,同时结合DFDM以及MTMO作为无线网络的一项进化标准。从传输速率上看,LTE技术更加优秀,不仅有较快的传输速率,同时能够实现分组传输,有效降低了传输过程中的延迟问题,在应用过程中相对于3G技术覆盖面更广、兼容性更强,是3G技术向4G技术升级的重要转折点。LTE在传输过程中的最大速率能够达到100Mbps,甚至更多。它更好地提升了移动电话的通信效率,同时也促进了3G网络信息技术的发展[2]。从其发展的根本上来看,LTE技术并没有从传统的通信技术中脱离,而是在实际应用中进行了深化和优化。

2关于LTE技术的应用优势

2.1抗干扰性

与WLAN技术相比,LTE技术采用的是分组传输的方式,不仅延时低而且能够满足地铁在地下位置高速移动过程中的全覆盖的高效数据传输速率。LTE能够在达到20MHz频谱带宽的条件下,上行速率达到50Mb/s,下行速率达到100Mb/s。相对来说,LTE无论是在带宽方面还是在传输速度的可行性方面都具有非常明显的优势。随着技术的应用升级,该项技术的发展不仅已经成熟,而且相关的产业结构和链条也都已经比较完善。所以,在我国目前的铁路建设事业的无线技术应用中经常能够看到LTE技术。

2.2高移动性

经过两方对比分析可以发现,LTE技术在地铁无线通信中的可移动表现要优于Wi-Fi。这是由于Wi-Fi信号的覆盖范围自身具有一定的局限性,当列车在高速移动的过程中就需要不断在在区间内重新选择新的AP并与之关联,但因为列车速度较快,很多时候信号的连接就会出现较为严重的延时问题,并影响网络通信系统的接入效率和稳定性。而LTE技术的应用具备了远距离覆盖的能力,可以满足高速移动过程中的信号覆盖,使信号之间的切换更加顺畅,当地铁运行速度达到200km/h的时候,能够保障接入的信号速率仍可达到50ms。

2.3高可靠性

LET技术应用了多级QoS算法,确保在通信过程中即便速度较快也能够实现信息在传递过程中的稳定性和可靠性。而这种算法通常是通过网络交换机和路由器来实现的。所以在数据设计的过程中就会有宽带、ACK以及ICMP等设置问题以及对P2P的限制。还有,EPS系统中QoS的控制基本上都是由EPS来承载的,也就是能够确保所有的传输数据都具有相同的QoS保障。如果是在不同的QoS保障下,则需要不同类型EPS承载系统来提供充分的保障。这里我们需要注意一点,LTE自身具有9级QoS算法,在具体的应用过程中,需要依照不同用户的使用优先级进行区分,进而提升数据信息在传输过程中的整体效率。

3关于LTE车地无线通信干扰

无线通信技术不断发展并结合实际应用出现了很多新型的高效抗干扰技术,目前常见的是超窄带UNB技术、软件无线电技术等各类技术。干扰信号会结合不同的情况和环境分为杂散干扰、互调干扰以及阻塞干扰。而对于地铁车地之间的无线通信来说,所接收到的干扰则主要来自LTE自身所发出的同频干扰信号。

3.1干扰源

我们以某城市的地铁一号线为例,通过现场实际了解到该地铁线路中LTE车地无线通信系统直接覆盖了沿线的各个车站和区间,主要采用泄露电缆式覆盖,而其他公网则采用全球移动通信、数字蜂窝系统以及其他不同的信号源。包括PIS专用网络系统以及公网系统,很多专网系统中信号传输过程中采用的是1805MHz,与之非常相近的是DCS所用到的频段下行传输为1830MHz,上行传输为1735MHz,从数据可以看出二者之间上下行频率相对接近,所以干扰信号更加明显。LTE车地无线的信息来源主要是同频段相邻的数据干扰,所以应当对隧道间同方向的相邻段落区域的干扰信号进行分析。

3.2同频干扰优化
针对LTE系统在应用过程中相互之间所产生的同频干扰,将主要分析其所造成的影响程度以及其对周边信号传输的吞吐能力以及信号的覆盖范围之间的影响。该条线路所采用的主要是同频组网的方式,在进行分析对比的过程中主要参照同方向隧道内同频区域之间相互干扰的问题。而针对车站上下行两个区域之间的干扰,则需要结合同频隔离程度来进行计算分析,了解信号的损耗。在前后相邻区域的同频信号范围内,如果边缘的信噪比最低值达到0,那么此时就需要进行抗同频干扰的措施,避免因为降低上下行之间的干扰造成更大的危害。在具体应用过程中可以通过调度算法以及区间段之间的协调来消除和控制干扰。这种调度算法能够通过业务之间的异频调度进而满足区域边缘之间的高信噪比,从而确保信号区域边缘的传输稳定性。

3.3针对电磁干扰的优化

结合现行的电磁波应用标准,对于地铁上所使用的LTE无线通信覆盖系统来说,其基站在接受上行噪声电平的范围应当控制在113dBm/180kHz之内。而目前地铁所实施的覆盖系统为多网络公用系统,这也会给无线信号之间增加更大的干扰,并造成设备性能之间的影响。针对LTE无线通信网络信号与其他的系统端口的合路器主要应当满足以下几点要求,具体见表1。

4关于LTE技术的实际应用场景分析

为了满足地铁全线的网络应用需求,我们采用了两套冗余的LTE设备进行网络组建。在无线通信系统中需要涉及的信息数据内容主要包括列车的识别号、移动授权、运营商的指令数据以及信息限速等内容。而针对地铁车厢方面需要进行设备信息的传输内容则包括列车车组号、列车定位、列车速度以及屏蔽门的开关灯信息。当然,在具体应用过程中还会有很多不同的场景,需要技术人员进行细致的分析和讨论并细化对应的信号接入方式。这里所说的无线通信系统控制主要包括了单网双通道冗余、列控CBTC所提供的实时数据以及A/B信号传输通道等。结合现场的情况,我们可以从两个具体的使用场景进行分析,正线信息的承载以及车辆基地的信号承载。后者是指停车场以及车辆段的信息;前者则是列车上车载信息依照100Kbi行进考虑,在这个过程中要始终保持以CBTC作为目标。经过分析我们可以得出结论,该项工程项目在LTE技术应用过程中,主要是对车头及车位进行了冗余配置,通过分别配置的方式来实现连接A、B承载网络的传输通道需求。此外,尤其是针对一些相对极端的问题,技术人员能够依照QoS调度所使用的策略应用来确保列控信息的安全传输能力,这也是目前在地铁运行过程中实现无线通信覆盖和数据传输稳定性、可靠性以及数据实时传递需求得到充分保障的主要方式。

5结束语

和传统的信息传输方式相比,LTE技术的应用能够让传统的通信信号得到有效提升,增加网络信息传递的稳定性、覆盖性以及实时传输的速率,而且能够减少施工难度,降低成本,但应用过程中信号间的干扰问题也逐渐显露。本文结合目前的实际地铁施工工程,对现阶段LTE技术在应用中的优势以及针对目前存在的无线信号干扰问题进行分析讨论,提出对应的解决策略,希望能给读者一定的参考。

作者:林洁 单位:南京熊猫信息产业有限公司

基于LTE技术的地铁车地无线通信干扰

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