LTE技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用分析目錄TOC\o"1-2"\h\u207581引言 151342選題背景 2219492.1研究現(xiàn)狀 2306882.2研究意義 318102.3研究內(nèi)容 4141023城市軌道交通的系統(tǒng)組成分析 448463.1基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng) 5280743.2乘客信息系統(tǒng) 7155763.3視頻監(jiān)控系統(tǒng) 7293374LTE的技術(shù)分析 8253814.1LTE技術(shù)發(fā)展史 8105014.2無線局域網(wǎng)絡(luò) 9271434.3超高速無線通信技術(shù) 990994.4LTE長期演變通信技術(shù) 1092384.4LTE技術(shù)的優(yōu)勢 13294775LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用分析 14194785.1PIS-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建應(yīng)用分析 1416225.2CBTC-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建應(yīng)用分析 155265.3LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)應(yīng)用新思路 18251976總結(jié)與展望 2135606.1總結(jié) 2141296.2展望 211引言當(dāng)前社會(huì)整體物質(zhì)水平的提升也逐漸影響人們形成新的消費(fèi)觀和理念。對于出行工具的乘坐要求也不例外。交通工具的行車速度、運(yùn)輸效率、體驗(yàn)感等各個(gè)方面都提出了新的更高的要求。因此，各個(gè)城市所面臨的交通運(yùn)輸壓力也在不斷增加。當(dāng)前城軌交通系統(tǒng)也成為了民眾越來越關(guān)注的問題，也是發(fā)展的首要問題之一[1]。新型網(wǎng)絡(luò)的潮流已經(jīng)來襲，一個(gè)微信、QQ軟件就可以實(shí)現(xiàn)文字信息、圖片視頻、音樂播放等各種功能，讓人們不用在家里就可以清清楚楚的了解到外面的一切動(dòng)態(tài)情形?，F(xiàn)在在LTE技術(shù)之上發(fā)展而來5G通信技術(shù)也隨之在逐步發(fā)展成熟，目前已經(jīng)在華為、OPPO等智能手機(jī)中開始投入了生產(chǎn)，開始被人們使用，不僅如此，在航海領(lǐng)域、石油領(lǐng)域基于LTE技術(shù)在逐漸再被使用，LTE技術(shù)開始被各個(gè)領(lǐng)域開始接觸和實(shí)驗(yàn)運(yùn)用。LTE技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在20MHz的傳輸帶寬下，達(dá)到下行100Mbps和上行50Mbps峰值速率的一個(gè)技術(shù)[2]-[3]，同時(shí)它有效地結(jié)合了高頻帶利用率、低干擾、低延時(shí)性能的OFDM技術(shù)，高速率、高品質(zhì)的MIMO技術(shù)等技術(shù)。LTE技術(shù)在城軌交通系統(tǒng)中的應(yīng)用可以更好地解決城市軌道交通中的遇到的時(shí)間延遲、網(wǎng)速速率慢、視頻畫質(zhì)不清晰等問題，可以進(jìn)一步解決城市發(fā)展所面臨的巨大交通壓力問題的同時(shí)還可以提升城軌交通的環(huán)境和乘客乘車的體驗(yàn)感。當(dāng)前在城市軌道交通系統(tǒng)中，一些無線通信系統(tǒng)板塊在采用了LTE技術(shù)之后有了很明顯的改善和提高，現(xiàn)在國家也正在逐漸把LTE技術(shù)在城軌交通中進(jìn)行普及和推廣，旨在打造更大的城軌交通的市場，提高整體城軌系統(tǒng)的運(yùn)營水準(zhǔn)?，F(xiàn)在LTE技術(shù)在武漢、廣州、鄭州等一些城市的車地?zé)o線通信系統(tǒng)中已經(jīng)是投入生產(chǎn)并且正在運(yùn)營，從目前實(shí)際應(yīng)用來看，確實(shí)大大改善了車地?zé)o線通信系統(tǒng)的信號傳輸效率以及傳輸信號的質(zhì)量，在是時(shí)間的延時(shí)方面有很大的改進(jìn)。從當(dāng)前局勢進(jìn)行分析也可以明顯看出，國家現(xiàn)在在城軌交通系統(tǒng)中大力推廣采用LTE技術(shù)，把LTE技術(shù)應(yīng)用到無線通信系統(tǒng)之中來提高其城軌中的通信質(zhì)量是十分明智且正確的決定，未來，LTE技術(shù)一定會(huì)把城軌交通系統(tǒng)帶入一個(gè)新的發(fā)展平臺(tái)，這對于整個(gè)全國城軌交通系統(tǒng)而言都是向前進(jìn)了很大一步。2選題背景2.1研究現(xiàn)狀LTE技術(shù)于2009年面世并且在實(shí)際生活中運(yùn)營一來，就一直受到國內(nèi)外各大應(yīng)用廠商的關(guān)注，也一直推動(dòng)著LTE技術(shù)在不斷地發(fā)展?，F(xiàn)階段隨著LTE技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)勢性能表現(xiàn)得越來越明顯。國內(nèi)外各大地鐵局也開始將LTE技術(shù)引進(jìn)城軌交通系統(tǒng)，借此改進(jìn)城軌系統(tǒng)中的無線通信系統(tǒng)，提高城軌交通的運(yùn)行效率。現(xiàn)階段，從國內(nèi)外城軌交通系統(tǒng)使用的通信技術(shù)來看，大部分還是使用的是無線局域網(wǎng)移動(dòng)通信技術(shù)來進(jìn)行城軌系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建的。因?yàn)樗噍^于現(xiàn)存的3G通信技術(shù)、數(shù)字視頻廣播、GSM-R等移動(dòng)通信技術(shù)的傳輸寬帶而言，有很大的突破。但是LTE通信技術(shù)相比較于廣泛使用的無線局域網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在帶寬運(yùn)輸方面又有了很大的進(jìn)步。他可以實(shí)現(xiàn)在20MHz的頻譜下?lián)碛猩闲袀鬏斔俾蔬_(dá)到50Mbps和下行傳輸速率達(dá)到100Mbp的狀態(tài)[4]。隨著LTE技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在該項(xiàng)技術(shù)也已經(jīng)越來越成熟了。鑒于其突出的優(yōu)勢性能特點(diǎn)，很多領(lǐng)域都開始引入該項(xiàng)技術(shù)。當(dāng)今時(shí)代，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)可知，現(xiàn)在全世界各地已經(jīng)大約有六百多個(gè)的通信運(yùn)營商廠家們都在把LTE技術(shù)融入到一些服務(wù)系統(tǒng)之中，并且已經(jīng)展開了運(yùn)營狀態(tài)。據(jù)估算，到2021年底應(yīng)該會(huì)完整構(gòu)建LTE無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多達(dá)1000張，用戶者可以達(dá)到2億人口數(shù)量。但是，在國內(nèi)城軌交通系統(tǒng)中將LTE技術(shù)的案例并不算很多。比如，現(xiàn)在在我國目前已經(jīng)基于LTE技術(shù)搭建并且在運(yùn)營的城軌系統(tǒng)鄭州地鐵一號的車地?zé)o線通信系統(tǒng)，長春地鐵一號線的城軌系統(tǒng)中PIS-LTE網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，還有北京燕房線路線也是用LTE技術(shù)承載了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?，F(xiàn)在在武漢、上海、廣州等城市也在逐漸將此技術(shù)應(yīng)用于其中來搭建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2.2研究意義隨著當(dāng)前越來越多的人遷往城鎮(zhèn)，從而導(dǎo)致了城市的面積也在不斷增大，可能一個(gè)城市的東邊到一個(gè)城市的西邊有時(shí)候可能會(huì)隔著很遠(yuǎn)的距離，這就要求城軌交通系統(tǒng)能快速高效的運(yùn)輸更多的人流。而且在安全舒適上，運(yùn)輸速度和傳輸效率上的要求也提高了。因而國家近些年來也是在城市軌道交通中投入了大量的資金來為各個(gè)城市修建地鐵、有軌電車等項(xiàng)目。截止現(xiàn)在2021年，中國國內(nèi)已經(jīng)有接近五十多個(gè)城市開通運(yùn)行了軌道交通，由此可以看出城軌交通已經(jīng)成為了老百姓生活中的一部分，與人民日常生活聯(lián)系緊密，成為了當(dāng)前人們上班上學(xué)以及出門游玩過程中的一個(gè)必要選項(xiàng)。當(dāng)前的城軌運(yùn)營相關(guān)部門不應(yīng)該只局限提升其出行速度方面，而是應(yīng)該還把高品質(zhì)服務(wù)的運(yùn)營思維方式作為一個(gè)目標(biāo)，城軌交通的運(yùn)營模式也將會(huì)實(shí)現(xiàn)由車輛安全轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗟貫樘岣叻?wù)質(zhì)量和運(yùn)營效率。具有運(yùn)輸量大，運(yùn)輸速度快，高質(zhì)量等特點(diǎn)的城軌系統(tǒng)是現(xiàn)代城市居民們的必要交通出行方式，當(dāng)然這也對緩解交通問題具有重要意義。然而，在城軌運(yùn)營過程中，城軌的通信信號抗干擾能力比較弱，很容易影響城軌的安全運(yùn)行，嚴(yán)重的時(shí)候甚至可能造成交通事故。車地?zé)o線通信系統(tǒng)，一個(gè)城軌交通系統(tǒng)的核心部分之一，其使用覆蓋率十分廣泛，此外該通信系統(tǒng)中還大量的使用了無線局域網(wǎng)絡(luò)。車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)之中的無線局域網(wǎng)絡(luò)大多使用的是公共開放頻段的頻率，這就是無線局域網(wǎng)的一個(gè)十分致命的缺陷。因?yàn)槠洳捎玫牡墓裁赓M(fèi)通信頻段會(huì)給車地?zé)o線通信系統(tǒng)帶來巨大的影響，他很容易收到來自此免費(fèi)頻段的一些民用設(shè)備的干擾。另外，速度方面也是采用無線局域網(wǎng)絡(luò)的城軌交通系統(tǒng)的一個(gè)待突破壁壘，限制了其高速運(yùn)行。前些幾年，深圳地鐵二號線和五號線就經(jīng)常會(huì)因?yàn)椴捎脽o線局域網(wǎng)的因素，地鐵信號頻頻受到干擾從而發(fā)生了數(shù)次緊急制動(dòng)，影響了大批乘客的正常出行工作生活，乘客都因?yàn)榇藭r(shí)而不能按時(shí)上班、學(xué)生不能按時(shí)上課，給人們帶來了不小的困擾，造成了一定的負(fù)面影響[5]。而LTE技術(shù)是運(yùn)行在1785MHZ-1805MHZ的專用頻率帶，能夠周邊的緣頻率干擾源，抗干擾能力得到了很大幅度地提升。另外LTE技術(shù)在城軌交通系統(tǒng)中的應(yīng)用可以很大程度的提升城市軌道交通的速度、可靠性和服務(wù)質(zhì)量，為用戶提供更安全，更快捷的服務(wù)。2.3研究內(nèi)容本課題首先是對當(dāng)前城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)客觀現(xiàn)狀分析，結(jié)合LTE技術(shù)的高速率、低延時(shí)、寬頻帶等優(yōu)秀特性，分析研究LTE技術(shù)在城軌交通系統(tǒng)中的可適用場景以及方案實(shí)施可行性。其次研究分析車地?zé)o線通信的幾種無線通信技術(shù)，著重介紹LTE這項(xiàng)無線通信技術(shù)并強(qiáng)調(diào)LTE技術(shù)相較于其他技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢所在。最后基于LTE技術(shù)的車地?zé)o線通信技術(shù)在長春、蘭州、應(yīng)用案例，深入研究PIS-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)和CBTC-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，說明LTE在各個(gè)不同應(yīng)用場景的優(yōu)缺點(diǎn)，并對LTE技術(shù)在城軌無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用提出新的思路想法。3城市軌道交通的系統(tǒng)組成分析城市軌道交通的車地?zé)o線通信系統(tǒng)主要包括基于通信的列車的控制系統(tǒng)（CBTC）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）等。現(xiàn)將對這三種車地?zé)o線通信系統(tǒng)對于LTE技術(shù)所需滿足的帶寬需求進(jìn)行分析研究[6]。3.1基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng)基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng)（CBTC）的系統(tǒng)構(gòu)成如下圖3.1所示，接下來對其相關(guān)重要組成系統(tǒng)一一作出詳細(xì)的闡述。列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）功能可以大致概括為兩大類：監(jiān)督和控制。監(jiān)督主要體現(xiàn)在他需要實(shí)時(shí)監(jiān)控列車的運(yùn)行信息，其中包括：開發(fā)車時(shí)刻表，停站時(shí)刻表，列車發(fā)車地點(diǎn)和?？康攸c(diǎn)等，然后通過城軌終端設(shè)備的媒介屏幕向行車乘客展示列車相關(guān)信息，方便他們完成登記等動(dòng)作行為。與此同時(shí)，控制中心的工作人員和調(diào)度人員也根據(jù)其監(jiān)控所反映的情況實(shí)時(shí)對列車進(jìn)行調(diào)度相關(guān)工作，保證列車正常運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生緊急情況的時(shí)候控制中心根據(jù)監(jiān)控圖像實(shí)時(shí)迅速的對突發(fā)狀況作出反應(yīng)，全方位調(diào)配可利用資源，盡可能的減少突發(fā)狀況所帶來的嚴(yán)重?fù)p失。控制功能主要體現(xiàn)在列車監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)規(guī)定好的列車運(yùn)行圖對列車辦理進(jìn)路相關(guān)工作。當(dāng)列車發(fā)生偏離的時(shí)候及時(shí)的想出對策，把列車引入正確軌道上來運(yùn)行，避免發(fā)生意外事故。列車超速防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）是主要是保護(hù)列車運(yùn)行安全，防止列車在運(yùn)行過程中運(yùn)行到別的列車運(yùn)行區(qū)段或者超速而造成城軌交通事故的一個(gè)列車防護(hù)系統(tǒng)。它具有三大功能特點(diǎn)。其一，列車定位；它主要是利用ATP系統(tǒng)中的查詢應(yīng)答器和線路區(qū)段上的一些定位系統(tǒng)來實(shí)時(shí)監(jiān)測列車的運(yùn)行位置，實(shí)現(xiàn)定位效果。其二，速度和距離的測量；列車運(yùn)行的速度跟列車的運(yùn)行安全息息相關(guān)，ATP系統(tǒng)可以利用其測速和距離測量的功能來幫助列車在遇到障礙物或者意外時(shí)可以及時(shí)的停下來，避免事故的發(fā)生。其三，對列車運(yùn)行有監(jiān)督功能，它可以保證列車在最大限度范圍內(nèi)，對其進(jìn)行緊急制動(dòng)。列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（ATO）主要是負(fù)責(zé)保障列車按照時(shí)刻表對列車進(jìn)行正常的啟動(dòng)駛出以及當(dāng)列車達(dá)到一個(gè)指定位置以后安排列車在規(guī)定的地點(diǎn)停下。另外還有對列車的性能測試和調(diào)整能夠?qū)崿F(xiàn)無司機(jī)駕照運(yùn)行模式，這樣子下來就可以縮短司機(jī)的駕駛工作時(shí)間，得到更加充分的休息時(shí)間，提高運(yùn)行效率，降低交通事故，保證能夠更加精準(zhǔn)的停車。計(jì)算機(jī)連鎖子系統(tǒng)（CBI）是城軌交通系統(tǒng)中的重要組成部分，可以通過實(shí)現(xiàn)車站軌道電路、信號機(jī)、道岔三者之間的聯(lián)鎖控制，這樣子的話就可以保障列車更加高效且安全的運(yùn)營工作。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）主要是負(fù)責(zé)把基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來，相當(dāng)于一座“橋”把整個(gè)列控系統(tǒng)連接起來構(gòu)成一個(gè)完成的整體，方便各個(gè)系統(tǒng)之間的信號傳輸和列車的高效安全運(yùn)行?？偟膩碚f，基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng)的主要功能在于它通過城軌交通系統(tǒng)內(nèi)的一些專用通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)時(shí)掌握整個(gè)城軌系統(tǒng)的全部情況。其中包括運(yùn)行列車的運(yùn)行速度、每輛列車的運(yùn)載人數(shù)、運(yùn)行列車所在位置。并且將這些所有有關(guān)信息實(shí)時(shí)傳輸給地上的軌旁設(shè)備，軌旁設(shè)備再將這些通過無線網(wǎng)絡(luò)收到的列車有關(guān)信息發(fā)送給控制中心的調(diào)度人員，從而保證了控制中心可以全面系統(tǒng)的掌握每個(gè)地方的每輛列車的運(yùn)行情況，方便對他們進(jìn)行指揮調(diào)度，保證列車的正常高效的運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況，列車需要強(qiáng)制停車或者需要及時(shí)處理的時(shí)候，控制中心也可以通過列車控制系統(tǒng)來及時(shí)的對列車進(jìn)行專業(yè)的指導(dǎo)，避免發(fā)生不好的事情給社會(huì)帶來嚴(yán)重的損害。如果實(shí)在是危險(xiǎn)不能及時(shí)阻止的話，列控系統(tǒng)也可以及時(shí)采取措施把危險(xiǎn)盡可能降到最低。簡言之，列控系統(tǒng)主要就是保證列車安全高效的運(yùn)行狀態(tài)。對于CBTC業(yè)務(wù)而言，對其在上下行的傳輸信號方面應(yīng)該把合計(jì)帶寬的要求嚴(yán)格控制在大于等于1Mb/s，所以我們可以把CBTC業(yè)務(wù)按最低標(biāo)準(zhǔn)暫且標(biāo)記為1Mb/s，假設(shè)其上下行分別約為512kb/s。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t時(shí)間控制在一百五十毫秒以內(nèi)，數(shù)據(jù)丟包率小于百分之零點(diǎn)零五。圖3.1CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2乘客信息系統(tǒng)PIS系統(tǒng)以多媒體網(wǎng)絡(luò)為載體，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以車載顯示終端設(shè)備為媒介在車站進(jìn)出站口的大屏幕上以及乘客候車區(qū)域的電子大屏幕上向乘客們顯示每輛列車的始發(fā)信息，候車站點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)等一些緊急情況的時(shí)候也會(huì)借助于乘客信息系統(tǒng)在站內(nèi)各大電子屏幕上顯示緊急疏散和逃跑路線以及通知，及時(shí)的幫助站內(nèi)深陷危機(jī)的各位旅客脫險(xiǎn)，引導(dǎo)擁擠人群安全疏散撤退到安全地方。與此同時(shí)，PIS系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的掌握監(jiān)控對列車上所發(fā)生的一切情況和列車上發(fā)生的所有畫面，做到對列車的所有情況了如指掌，并且再將其所有的監(jiān)控信息實(shí)時(shí)的傳送給列車控制中心，配合控制中心實(shí)現(xiàn)調(diào)度工作。如此一來，控制中心也就會(huì)對列車中的一舉一動(dòng)更加清楚掌握，無論是列車內(nèi)的乘客流量還是發(fā)生緊急情況的時(shí)候都能夠快速的做出反應(yīng)，從而阻止災(zāi)難的發(fā)生，把危害降到最低，在某種意義上來講可以很大程度地提高列車的安全性能。其次，PIS系統(tǒng)件可以實(shí)現(xiàn)語音視頻功能的同時(shí)還可以主持無線數(shù)據(jù)和有線網(wǎng)絡(luò)兩者的兼容。當(dāng)列車在線路上運(yùn)行的時(shí)候，乘客信息體系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的視頻播放，減少視頻播放過程中出現(xiàn)不清晰或者中斷等現(xiàn)象。同時(shí)，列車內(nèi)的監(jiān)控信息在傳輸至控制中心的時(shí)候要求保證不能發(fā)生斷網(wǎng)的情況，必須讓控制中心可以隨時(shí)觀看所有運(yùn)行列車內(nèi)的每分每秒的情況，了解所有的情況。綜上所述，我們在乘客信息系統(tǒng)的車地?zé)o線通信系統(tǒng)中應(yīng)該把其總寬帶維持在最低要求為12Mb/s。這樣子才能夠?yàn)楹竺娉擒壗煌ㄏ到y(tǒng)的后續(xù)其他相關(guān)業(yè)務(wù)的拓展和發(fā)展提供更多進(jìn)步的空間。但考慮到實(shí)際情況的一個(gè)性價(jià)比問題，我們一般是要求數(shù)據(jù)傳輸通道的上下行平均帶寬嚴(yán)格控制在大于等于15Mb/s，信號傳輸過程中的切換時(shí)間應(yīng)該小于或者等于五百毫秒，丟包率應(yīng)該控制在百分之一以內(nèi)。3.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的一種，其英文簡稱為CCTV。該系統(tǒng)功能的可以大致分為監(jiān)控和呈現(xiàn)兩大特質(zhì)。其監(jiān)控體現(xiàn)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控城軌交通站內(nèi)的所有乘客的人流問題，并及時(shí)的對擁堵情況作出城軌列車的運(yùn)行情況來疏散人流；還可以監(jiān)控站內(nèi)所有的各種城軌設(shè)備，比如檢票系統(tǒng)、售票系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、消防滅火系統(tǒng)等一些的設(shè)施的正常安全狀態(tài)，若其中有系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候可以及時(shí)的安排相關(guān)人員前往進(jìn)行維修工作。其呈現(xiàn)主要體現(xiàn)在他可以把車站內(nèi)的所有發(fā)生的一切都通過視頻媒介將其現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)在控制中心的電腦屏幕上，以便于調(diào)度人員和控制中心的操作人員可以了解站內(nèi)每時(shí)每刻以及每一個(gè)角落的全部情況，即使發(fā)生了比較危急情況的時(shí)候可以用最短的時(shí)間想出辦法制定出相應(yīng)的最準(zhǔn)確的應(yīng)對措施，以此來把損失降到最低。在城市軌道交通系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)屬于通信模塊，他主要是負(fù)責(zé)協(xié)助城軌交通中的控制中心的工作人員還有一些在各個(gè)區(qū)段的指揮引導(dǎo)調(diào)度的工作人員能夠清楚的知道整個(gè)站內(nèi)所發(fā)生的的情況，并且能夠找到應(yīng)對之策，及時(shí)趕到現(xiàn)場對其進(jìn)行解決處理。對于城軌系統(tǒng)而言，如果想要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控功能則需要不小于4Mb/s的帶寬。4LTE的技術(shù)分析4.1LTE技術(shù)發(fā)展史第一代移動(dòng)通信技術(shù)被美國于1896年研發(fā)出來，在信息傳輸?shù)倪^程中運(yùn)用的是模擬信號輸入的方式。后來隨著1G技術(shù)的逐漸發(fā)展也成熟起來，1G移動(dòng)通信技術(shù)也被運(yùn)用在了手機(jī)上，在當(dāng)時(shí)被人們稱作為“大哥大”。從此，人們便可以不受電話線的限制而隨意給遠(yuǎn)隔千里的親人朋友打電話聊天。但是也由于當(dāng)時(shí)的第一代移動(dòng)通信技術(shù)采用的是模擬信號傳輸方式，所以只能發(fā)送語音信息，而且其傳輸通道的容量特別有限，一般信號不太穩(wěn)定，傳輸效果不太好，安全性也不高，特別容易受到其他信號的干擾，所以用戶體驗(yàn)感其實(shí)不太好。第二代移動(dòng)通信技術(shù)在系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)容納量上有明顯的提高，也是其最大的亮點(diǎn)之處。隨著技術(shù)的不斷研發(fā)改進(jìn)，第二代移動(dòng)通信技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)語音發(fā)送信息功能還突破了文字信息的傳輸并且還可以上網(wǎng)。較之2G通信技術(shù)，3G技術(shù)最大的不同在于運(yùn)用的是新的電磁波頻譜，制定了新的通信標(biāo)準(zhǔn)。所以3G網(wǎng)絡(luò)在速度方面提升了很多，最好的記錄可以實(shí)現(xiàn)2MB每秒的網(wǎng)速，這個(gè)速度相當(dāng)于第二代移動(dòng)通信技術(shù)的傳輸速度的一百四十倍。LTE技術(shù)是由3GPP組織以及全球各大企業(yè)2004年11月牽頭開始啟動(dòng)推進(jìn)發(fā)展，于2009年起，LTE技術(shù)發(fā)展十分迅猛，一下子在全球各個(gè)地方都開始搭建起LTE網(wǎng)絡(luò)。通信技術(shù)的發(fā)展給當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展帶來了很大的便利，特別是LTE技術(shù)的不斷成熟也在城軌系統(tǒng)中被越來越多的運(yùn)用在了城軌的車地?zé)o線通信系統(tǒng)中。所以下面對無線局域網(wǎng)絡(luò)、超高速無線通信技術(shù)、LTE技術(shù)這三種使用比較頻繁的三項(xiàng)的通信技術(shù)做出詳細(xì)的介紹。4.2無線局域網(wǎng)絡(luò)無線局域網(wǎng)絡(luò)簡寫為WLAN，主要是采用電磁波的工作原理，并且利用無線電波對信號通道傳輸?shù)南嚓P(guān)信息進(jìn)行讀寫然后發(fā)送至用戶端，從而實(shí)現(xiàn)信息的隨身化。無線局域網(wǎng)絡(luò)解決了原有城軌交通系統(tǒng)中存在的復(fù)雜繁瑣的網(wǎng)絡(luò)線路和大筆的維修管理設(shè)備的預(yù)算開銷。如此以來，我們就可以把節(jié)約出來的預(yù)算投入在一些新技術(shù)的研發(fā)上面來，抱以更加長遠(yuǎn)的眼光來研發(fā)相關(guān)核心技術(shù)。無線局域網(wǎng)絡(luò)是有限局域網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展與延伸，其主要是將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相融合在一起應(yīng)用。無線局域網(wǎng)的不斷發(fā)展也使得我們的生活越來越便利，網(wǎng)絡(luò)世界越來越流行，而且可以滿足用戶吃喝玩樂各方面的應(yīng)用需求。在當(dāng)前，大多數(shù)車地雙向無線寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)都采取了無線局域網(wǎng)技術(shù)。無線局域網(wǎng)絡(luò)在城軌系統(tǒng)通信系統(tǒng)中一般是利用無線的連接方式將城軌各個(gè)系統(tǒng)連接在一起，有利于更系統(tǒng)之間信號的雙向傳輸，并且實(shí)現(xiàn)對整個(gè)城軌系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)督和控制，為旅客提供更加高質(zhì)量的服務(wù)體系。無線局域網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)秀性能在于他的使用一般不會(huì)受到地理位置的影響，他可以在沒有基站點(diǎn)的地方也可以進(jìn)行工作，工作范圍包容度很大；其次他的傳輸速率以及抗干擾能力也很強(qiáng)，出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率很小。4.3超高速無線通信技術(shù)超高速無線通信系統(tǒng)的簡稱為EUHT,是由中國獨(dú)自研發(fā)成功的一個(gè)通信技術(shù)。即使在很高速度的情形之下，超高速無線通信技術(shù)仍然可以具有很好的傳輸速率而且傳輸內(nèi)容的質(zhì)量效果也很高。超高速超高速無線通信系統(tǒng)在變化寬帶集成方面突破了以往的通信技術(shù)的局限。它能夠?qū)崿F(xiàn)在運(yùn)行速度達(dá)到250-360km/h這樣子高速運(yùn)行速度的時(shí)候仍然做到信號的傳輸是十分穩(wěn)定且傳輸效果是十分好的這樣令人滿意的效果，完全能夠滿足用戶端的使用標(biāo)準(zhǔn)。它的主要亮點(diǎn)在于，其一它可以實(shí)現(xiàn)很快的傳輸速率，因?yàn)?×4天線結(jié)構(gòu)使得當(dāng)他在頻率為160MHz的時(shí)候,該通信技術(shù)的網(wǎng)速可以達(dá)到560Mbps；其二它具有高移動(dòng)特性，當(dāng)城軌交通列車系統(tǒng)在高速移動(dòng)的情況下還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地高清地視頻影像的傳輸和顯示;其三它具有很好的穩(wěn)定性，即使在城軌列車系統(tǒng)高速運(yùn)行的情況下，仍然可以保證城軌交通系統(tǒng)車地?zé)o線通信設(shè)備保持高穩(wěn)定性，抗干擾能力強(qiáng);其四，它還具有低延時(shí)的特性，能保證城市軌道交通系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)在信息傳輸?shù)倪^程中將延時(shí)保持在保持在毫秒級的等級之上。4.4LTE長期演變通信技術(shù)LTE的核心技術(shù)在于OFDM和MIMO，在3G基礎(chǔ)之上發(fā)展起來但又不完全具備4G的各種特性所以又被稱作為3.99G,通俗來講就是準(zhǔn)4G技術(shù)[7]。在城市軌道交通系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)中主要用于提高車地之間信息的傳輸速率和抗干擾性能。最重要的是他具有高速移動(dòng)性的特性，可以保證在高速運(yùn)行的情況之下仍然可以保持信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，保障其核心業(yè)務(wù)和相關(guān)信息能夠穩(wěn)定、高效、實(shí)時(shí)的進(jìn)行傳輸，具有十分顯著的優(yōu)勢特性。所以LTE技術(shù)能夠在一定程度上擴(kuò)大運(yùn)輸?shù)念l率帶寬、擴(kuò)大運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸量、提高信號傳輸?shù)男?、以及可以保障信號傳輸?shù)馁|(zhì)量效果，降低出現(xiàn)卡頓、掉幀失幀的情況。目前，3GPP標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于LTE系統(tǒng)大致可以分為頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)兩種方式。如圖4.1所示就是FDD、TDD雙工方式工作原理圖，F(xiàn)DD—LTE是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，一般在國際上比較盛行，使用比較廣泛。FDD-LTE技術(shù)是通過使用上下行兩個(gè)成對的信號通道來完成傳輸數(shù)據(jù)的工作，上下行信號通道可以同時(shí)間而進(jìn)行發(fā)送和接收動(dòng)作，這樣可以減少上下行傳輸過程中出現(xiàn)的延時(shí)情況。而且在上行通道與下行通道中間的間距可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整，更有利于信號的有效傳輸，保證信號的準(zhǔn)確清晰度和抗干擾能力。而TD-LTE[8]是由我國自主研發(fā)的核心自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，在我國也被廣泛使用，并且技術(shù)也都很成熟，有十完善的產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)的支撐。而TD-LTE雙工方式信號的工作方式不分為上下行成對頻段的兩個(gè)信號通道，他是在一條信號通道里面上下行間歇式的相互穿插式的傳遞通信信號，這樣子也就會(huì)導(dǎo)致TD-LTE雙工方式信號傳輸工作方式會(huì)更加的靈活多變，來應(yīng)對更多情況下復(fù)雜情況下的信號傳輸方式，很大程度的降低了設(shè)備安裝成本，是整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡潔明了，維護(hù)檢修也變得容易了很多。而且它還可以更好地保障信號準(zhǔn)確無誤且高效高質(zhì)量的進(jìn)行傳輸，大大的提高無線通信的工作效率。圖4.1FDD、TDD雙工方式原理圖4.3.1MIMO技術(shù)MIMO技術(shù)可以有若干個(gè)輸入端口以及若干個(gè)輸出端口。它不是只有一個(gè)輸入端和輸出端口來進(jìn)行信息的傳輸，這樣子多個(gè)輸入輸出端口就可以大大提高其運(yùn)輸?shù)男屎腿萘俊IMO技術(shù)是當(dāng)前在不再繼續(xù)增加帶寬的基礎(chǔ)上而提升對信道容量改造的一個(gè)很有效的方法，也能夠大大的提高頻譜的利用率。MIMO技術(shù)在研發(fā)設(shè)計(jì)階段不尊崇網(wǎng)上的消除信號受到來自多路徑的干擾和影響反而利用了其可以接受到來自各個(gè)途徑信號的這個(gè)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出了多輸入和多輸出的理念從而來提高通信的質(zhì)量和運(yùn)輸效率。MIMO系統(tǒng)框圖如圖4.2所示：圖4.2MIMO系統(tǒng)框圖在LTE系統(tǒng)中MIMO技術(shù)又可以分為發(fā)射分集技術(shù)和空間復(fù)用技術(shù)。發(fā)射分集技術(shù)主要分為時(shí)間分集、頻率分集、空間分集、極化分集等。相比較于其他分集方式，空間分集是在城軌交通系統(tǒng)中LTE技術(shù)中的使用最多的分集方式，在它的輸入和輸出站點(diǎn)連接多條天線設(shè)備。即使出現(xiàn)了因天線距離很遠(yuǎn)的問題而導(dǎo)致信號衰弱時(shí)，他們各個(gè)天線的信號衰落特性也是相互獨(dú)立的，互不干擾。這樣子的話他們就不需要占用另外的頻率和時(shí)間的資源，提高了無線通信系統(tǒng)的可靠性。4.3.2OFDM技術(shù)OFDM技術(shù)也叫做正交頻分復(fù)用，它是多載波調(diào)制技術(shù)中的一種。OFDM技術(shù)是LTE最具有突破性的技術(shù)之一。正交頻分復(fù)用技術(shù)旨在是把一些高速運(yùn)行的數(shù)據(jù)通過在接口的串并轉(zhuǎn)化方式將其轉(zhuǎn)化成低速運(yùn)行的數(shù)據(jù)，其中在分別對每個(gè)進(jìn)行正交分解的信號仔細(xì)每個(gè)進(jìn)行調(diào)制，最后將這些正交分解后的信號按照相關(guān)法則進(jìn)行矢量疊加，形成所需要傳輸?shù)男盘枺瑢⑵鋫鬏?。正交頻分復(fù)用技術(shù)主要是可以提高無線通信系統(tǒng)的頻帶利用率，有效干擾源的干擾，并且有很好的抵抗延遲和衰落的性能特點(diǎn)。正交頻分復(fù)用技術(shù)就是把接收到的信號整體分解成很多小的信號，每個(gè)信號都有專門對他們進(jìn)行傳輸?shù)拿總€(gè)分割之后的信號的專屬的信號通道（后面簡稱信號道）。這樣子每個(gè)小段的信號都有足夠被容納的空間，也保證了信號在到達(dá)接收端的時(shí)候可以更完整的復(fù)原整個(gè)原信號。而且在每個(gè)信號道之間還會(huì)采用一定的技術(shù)將信號道與信號道之間進(jìn)行隔離，避免信號在傳輸?shù)倪^程中受到干擾，影響信號的高效傳輸。保證了他們在傳輸信息的時(shí)候可以速率更快，傳輸效果更好。一般在實(shí)際應(yīng)用中，總是會(huì)或多或少的發(fā)生一些信號接收機(jī)不能正常接收到頻率信息亦或者不能接收到完整的信號的時(shí)候，但是在很多個(gè)信號機(jī)之中又不知道是哪一個(gè)信號機(jī)出現(xiàn)了問題，這個(gè)時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)使用OFDM技術(shù)是一個(gè)可以很好的解決此類問題的技術(shù)。因?yàn)樗男盘柕膫鬏斒怯懈髯孕盘柕赖?，最后在疊加所有子信號道的信號時(shí)，可以很快的發(fā)現(xiàn)缺失的是哪一塊信號，然后將其補(bǔ)充上即可。而不采用OFDM技術(shù)在傳輸最后只能知道信號不完整，并不知道哪兒不完整。由此可以看出OFDM技術(shù)和MIMO技術(shù)對于LTE整個(gè)技術(shù)的提升有多大幫助，不僅可以提升信號傳輸?shù)男?、增大傳輸信號的容量問題還可以有效的增強(qiáng)信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，保證信號在傳輸過程中不受到其他干擾源的干擾。4.4LTE技術(shù)的優(yōu)勢LTE技術(shù)在應(yīng)用中具有諸多優(yōu)勢，包括如下：(1)可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分組管理，分成幾個(gè)領(lǐng)域來進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)行然后各個(gè)板塊之間再進(jìn)行資源互換，這樣子就可以是一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得以簡化。無論是運(yùn)營速度還是維護(hù)成本都會(huì)有很大的改善效果。(2)傳輸速率變得更快。在頻譜帶寬為20MHz的情況下，使用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)下行峰值速率可達(dá)100Mb/s，上行值速率可達(dá)50Mb/s，在信息的傳輸速率方面十分之快。(3)LTE技術(shù)在信號傳輸過程中對于頻譜的上下行傳輸形式包容度很大，并且能夠適用于規(guī)定頻段范圍內(nèi)的各種頻段，傳輸效果很智能化，也能夠及時(shí)的對偏差的信號做出調(diào)整[9]，對整個(gè)系統(tǒng)的性能有很大的優(yōu)化作用。(4)LTE技術(shù)的整個(gè)組成結(jié)構(gòu)不十分復(fù)雜，他可以確保城軌交通系統(tǒng)能夠在很高的運(yùn)行速度、高頻率的更換運(yùn)行場景的情況之下仍然可以保證信號傳輸?shù)膬?nèi)容是高清而且可靠的[10]；(5)LTE擁有很嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系，他可以很好的保護(hù)傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。(6)MIMO和OFDM技術(shù)的融入使得LTE技術(shù)顯著的提升了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，并且及時(shí)的對頻率的偏移進(jìn)行糾正。(7)LTE技術(shù)完全能夠滿足城軌交通系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用帶寬需求，能夠協(xié)助城軌系統(tǒng)一起共同工作，保障城軌系統(tǒng)的正常運(yùn)營工作。(8)工信部發(fā)布的1785-1805MHz頻段就是特意為防止發(fā)生信號干擾而為城軌交通系統(tǒng)特意批準(zhǔn)的信號頻段。這給城軌交通系統(tǒng)的安全方面提供了很大的保障體系，使其能夠安全高效的正常運(yùn)行，降低了發(fā)生不好情況的概率。以上這些方面的優(yōu)勢使得LTE技術(shù)可以更好地幫助城軌交通系統(tǒng)降低了在信號設(shè)備的日常維護(hù)方面成本、提高了傳輸通信信號的質(zhì)量、提升了車地?zé)o線通信系統(tǒng)的傳輸效率以及增強(qiáng)了城軌交通的通信設(shè)備的抗干擾能力和城軌交通系統(tǒng)的安全保障。5LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用分析5.1PIS-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建應(yīng)用分析在蘭州地鐵一號線[11]的乘客信息系統(tǒng)中，LTE移動(dòng)通信技術(shù)被使用在了其中，并且作為了PIS-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部分[12-14]。PIS車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖5.1所示。該系統(tǒng)采用的頻段在1785～1805MHZ區(qū)間范圍內(nèi)，該范圍是國家為保證城軌交通系統(tǒng)正常運(yùn)行而特此批準(zhǔn)的頻率范圍。在該范圍類，城軌交通系統(tǒng)可以避免受到其他信號的干擾而造成的事故。在PIS-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，控制中心核心網(wǎng)、網(wǎng)管設(shè)備、交換機(jī)、乘客信息系統(tǒng)服務(wù)器，基站RRU等都是其重要組成部分。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系之中，PIS-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的核心網(wǎng)模塊可以與乘客信息系統(tǒng)核心模塊實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，促使兩個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)之間的信號雙向傳輸和資源共享。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的區(qū)域需要再次區(qū)域內(nèi)設(shè)置相關(guān)的基站RRU，通過多個(gè)基站RRU來實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的全面覆蓋。然后這些若干個(gè)基站RRU分別與其各自相鄰近的車站內(nèi)的BBU進(jìn)行匹配連接，從而能夠達(dá)到與車載無線設(shè)備之間的數(shù)據(jù)接、發(fā)送雙向傳輸?shù)哪康?。其中基于LTE通信技術(shù)的相關(guān)基站點(diǎn)通常都會(huì)被安置在車站通信設(shè)備室的機(jī)柜里面，利用設(shè)備室內(nèi)專用通信傳輸通道實(shí)現(xiàn)與城軌控制中心之間的連接。另外漏纜覆蓋的方式也在運(yùn)用該系統(tǒng)的正線區(qū)域內(nèi)使用十分普遍，而在一些特殊的車輛段或者停車場這樣子的地方會(huì)改用定向天線來進(jìn)行特定區(qū)域的全面覆蓋。如果基站設(shè)備不能將指定區(qū)域范圍內(nèi)全面進(jìn)行無線通信覆蓋的話，還可以通過適當(dāng)多設(shè)置一些基站RRU設(shè)備來實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。對于設(shè)置在車站內(nèi)的基于LTE通信技術(shù)的相關(guān)設(shè)備，可以運(yùn)用在區(qū)間上下行隧道設(shè)置泄漏電纜的方式來實(shí)現(xiàn)地鐵隧道內(nèi)信號的覆蓋。在距離很遠(yuǎn)的隧道這種情況下，還可以借助于提高單個(gè)RRU基站的獨(dú)自的有效覆蓋范圍來達(dá)到更遠(yuǎn)信號的涉及，從而實(shí)現(xiàn)全面無線通信系統(tǒng)的覆蓋。車載天線TAU設(shè)備在列車的前面和后面均設(shè)置了一個(gè)，TAU的天線通常是被設(shè)置在司機(jī)駕駛室那一節(jié)車廂的外側(cè)，并且需要保障泄漏電纜的信號漏泄的開孔方向是朝向TAU設(shè)備的天線方向的，TAU天線通過對應(yīng)的接口與乘客信息系統(tǒng)車載設(shè)備的交換機(jī)相銜接，通過車載天線TAU來與與車內(nèi)進(jìn)行相關(guān)信息的交換。車頭和車尾的兩臺(tái)TAU構(gòu)成主輔關(guān)系，兩套天線相互聯(lián)系，相互協(xié)調(diào)工作，保障列車的正常運(yùn)行。此種基于LTE技術(shù)基礎(chǔ)之上的PIS無線通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以及時(shí)的在地面和列車之間傳輸車載視頻監(jiān)視信息、乘客信息。PIS-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還能夠滿足高移動(dòng)性、可靠性和穩(wěn)定性的需求。在蘭州軌道交通一號線中，列車在保持高速度運(yùn)行的情況之下仍然可以實(shí)現(xiàn)列車的信號的低延時(shí)以及清晰順暢，這就很大程度地減少了之前因切換時(shí)間太長而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟包、播放畫面中斷的情況。最重要的是基于LTE技術(shù)下的PIS車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)可以把切換時(shí)間控制在50ms以內(nèi)，且播放質(zhì)量不受影響，保證了城軌系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運(yùn)營[15]。圖5.1PIS車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)鋱D5.2CBTC-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建應(yīng)用分析LTE不僅可以承載PIS業(yè)務(wù)還可以承載了CBTC業(yè)務(wù)[16]。其中LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5.2所示。圖5.2LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖5.2所示的CBTC地面設(shè)備和CBTC車載控制器是完成CBTC業(yè)務(wù)的關(guān)鍵部分，其中的PIS服務(wù)器和PIS車載終端主要是完成PIS業(yè)務(wù)的核心部分。CBTC系統(tǒng)[17]適用于當(dāng)列車運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題的時(shí)候，它可以保障相關(guān)工作的正常運(yùn)營，不發(fā)生中斷的情況，使整個(gè)車地?zé)o線通信系統(tǒng)的很核心部分。所以一般CBTC業(yè)務(wù)用專門的信號網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行單獨(dú)傳輸，而把負(fù)責(zé)PIS和CCTV相關(guān)業(yè)務(wù)放在一起進(jìn)行傳輸。所以基于LTE系統(tǒng)構(gòu)建的車地?zé)o線通信系統(tǒng)一般都會(huì)需要采用獨(dú)立的雙網(wǎng)冗余工作的方式。控制中心核心網(wǎng)作為LTE無線網(wǎng)系統(tǒng)中最重要的部分。它與很多的負(fù)責(zé)各個(gè)板塊的子系統(tǒng)接口都相連接，是一個(gè)重要的領(lǐng)導(dǎo)核心，相當(dāng)于“人腦”。其主要是負(fù)責(zé)將所有的資料進(jìn)行整合分類然后按其各個(gè)功能領(lǐng)域分別分發(fā)給其下的負(fù)責(zé)相關(guān)工作的子系統(tǒng)來進(jìn)行下一步的詳細(xì)落實(shí)，保證工作井然有序，高效高質(zhì)量的完成，并且提供安全穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，從而更加保證通信的高效可靠的運(yùn)營。LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)物理架構(gòu)如圖5.3所示：圖5.3LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)總體物理架構(gòu)為方便下面的分析研究，所以把LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)運(yùn)用的雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)中的雙網(wǎng)分別命名為A網(wǎng)和B網(wǎng)。在實(shí)際工程的應(yīng)用場景中，通常會(huì)把A網(wǎng)絡(luò)用來單獨(dú)運(yùn)營CBTC的相關(guān)業(yè)務(wù)，B網(wǎng)絡(luò)則用于CBTC備份和PIS、CCTV的相關(guān)業(yè)務(wù)工作。A、B網(wǎng)絡(luò)均采用同頻組網(wǎng)(雙網(wǎng)頻率規(guī)劃如圖5.4所示)，A網(wǎng)絡(luò)和B網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過程，分別獨(dú)自完成自己的工作任務(wù)量，兩者各自顧自己的工作量，彼此之間不互相干擾影響。F1和F2在A網(wǎng)絡(luò)和B網(wǎng)絡(luò)中分別使用頻率點(diǎn)F1和F2，但二者的使用頻率段是一樣的。。如果是在隧道這種情形之下時(shí)，可以采用無線網(wǎng)絡(luò)共用漏纜進(jìn)行全面覆蓋；如果實(shí)在地面這種情形之下的時(shí)，那就可以運(yùn)用獨(dú)立的定向天線來進(jìn)行全面的覆蓋。圖5.4LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)雙網(wǎng)頻率規(guī)劃示意每一輛列車的車前端都設(shè)置一個(gè)車載無線設(shè)備，在列車的尾端也同樣設(shè)置一個(gè)車載無線設(shè)備，其中在每個(gè)車載無線設(shè)備內(nèi)部都安置有兩個(gè)無線通信模塊。其中一端的無線模塊分別為A、C兩個(gè)模塊；另一端則分為B、D這兩個(gè)模塊。A、B模塊主要是負(fù)責(zé)基于通信控制列車控制系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)；C、D兩個(gè)模塊主要是負(fù)責(zé)基于通信控制的列車控制系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)這三個(gè)業(yè)務(wù)的工作，并且C、D無線通信模塊主導(dǎo)乘客信息系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)以及備用CBTC業(yè)務(wù)。當(dāng)主用無線通信模塊發(fā)生故障時(shí)，備用無線通信模塊可以替代主用無線通信模塊完成其相應(yīng)的工作，并且由備用無線通信模塊晉升成為主用無線通信模塊。與此同時(shí)，那么CBTC業(yè)務(wù)信息就可以借助于網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)B同時(shí)進(jìn)行信號傳輸，CBTC業(yè)務(wù)系統(tǒng)最終可以獲取四份相同數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)選擇選擇其中任意一份進(jìn)行閱讀執(zhí)行，但一般會(huì)優(yōu)先使用主用設(shè)備發(fā)送的相關(guān)信息。這樣子的話就可以保證雙網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)發(fā)生故障的時(shí)候，CBTC業(yè)務(wù)可以不會(huì)被迫中斷仍然可以繼續(xù)運(yùn)行工作。車載無線規(guī)劃圖如圖5.5所示。圖5.5車載無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖5.3LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)應(yīng)用新思路現(xiàn)階段，城軌交通領(lǐng)域中的很多地方都已經(jīng)將LTE技術(shù)應(yīng)用于其中了，但是在車地?zé)o線通信系統(tǒng)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合構(gòu)建應(yīng)用來說有一定地改進(jìn)空間[18-20]。綜合考慮到當(dāng)前城軌交通中綜合承載網(wǎng)絡(luò)中的LTE技術(shù)運(yùn)用情況，本人認(rèn)為有兩種組網(wǎng)方案可以進(jìn)一步進(jìn)行探究和考察。一種方案是所有的運(yùn)行系統(tǒng)都統(tǒng)一采用相同的運(yùn)行頻段來進(jìn)行運(yùn)行工作。另一種方案是將車地?zé)o線通信系統(tǒng)分為兩個(gè)部分。一個(gè)部分是列控系統(tǒng)的控制中心的主要業(yè)務(wù)，另一部分是列控系統(tǒng)的一些其它輔助業(yè)務(wù)、乘客信息系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)業(yè)務(wù)，然后設(shè)計(jì)兩條獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)分別對其兩個(gè)部分的業(yè)務(wù)進(jìn)行獨(dú)立管理運(yùn)行。在第一種構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)體系方案的情形之下，各個(gè)區(qū)間的設(shè)備都統(tǒng)一接入相同頻段的應(yīng)用了LTE技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)之中，各個(gè)基站BBU按照規(guī)則正確接入端口。信號源相關(guān)設(shè)備也都載入相同的載波頻率，緊靠在一起的基站RRU分別各自與自己配對的基站BBU進(jìn)行配對連接。然后再把各個(gè)基站BBU與車地?zé)o線通信系統(tǒng)連接起來與LTE的核心網(wǎng)融合，構(gòu)成了一個(gè)完整的基于LTE技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)體系。這種網(wǎng)絡(luò)體系可以在任何一個(gè)基站發(fā)生突發(fā)事故損壞不能正常運(yùn)行的時(shí)候，由于使用的是相同頻段的頻率網(wǎng)所有其信號可以及時(shí)的被其他緊靠的基站RRU通過加大功率的辦法來承擔(dān)起發(fā)生事故的基站不能正常運(yùn)行的責(zé)任，及時(shí)的補(bǔ)上防止危害的發(fā)生。當(dāng)然如果在基站設(shè)備沒有發(fā)生突發(fā)事件正常運(yùn)行的情況之下的時(shí)候，那么各個(gè)區(qū)間的RRU就可以不用加大功率正常運(yùn)行即可。在第二種構(gòu)建雙網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系方案的情形之下，