【LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用探究8000字（論文）】

第第頁LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用研究目錄TOC\o"1-3"\h\u23531引言 2217542城市軌道交通的系統(tǒng)組成分析 255262.1基于通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng) 2137082.2乘客信息系統(tǒng) 418542.3視頻監(jiān)控系統(tǒng) 5144893LTE的技術(shù)分析 5162923.1LTE的含義 5281233.2LTE的關(guān)鍵技術(shù) 569443.2.1SC-FDMA技術(shù) 596693.2.2OFDM技術(shù) 6245493.2.3多輸入多輸出（MIMO）技術(shù) 6120393.3LTE技術(shù)安全體系 7261224LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用分析 8156094.1PIS-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建應(yīng)用分析 8186174.2CBTC-LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建應(yīng)用分析 1098585總結(jié) 1226951參考文獻(xiàn) 141引言隨著當(dāng)前社會整體物質(zhì)水平的提升，人們也漸漸地形成新的消費觀和理念。對于出行工具的要求也不例外。對于交通工具的行車速度、運輸效率、體驗感等各個方面都提出了新的要求。因此，各個城市所面臨的交通運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]。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，提高城市軌道交通系統(tǒng)的運營水準(zhǔn)。現(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)并且正在運營，從目前實際的應(yīng)用來看，確實大大改善了車地?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，在時間的延時方面有很大的改進(jìn)。從當(dāng)前局勢進(jìn)行分析也可以明顯看出，LTE技術(shù)在城軌交通系統(tǒng)中得到了大力推廣，把LTE技術(shù)應(yīng)用到無線通信系統(tǒng)之中，以此來提高城軌中的通信質(zhì)量是明智的決定，未來，LTE技術(shù)會把城軌交通系統(tǒng)帶入一個新的發(fā)展平臺，這對于整個城市軌道交通系統(tǒng)而言是一個進(jìn)步。2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?，F(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[2]。2.1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2.1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。列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）的功能可以大致概括為兩大類：監(jiān)督和控制。監(jiān)督功能主要體現(xiàn)在它需要實時監(jiān)控列車的運行信息，其中包括：開發(fā)車時刻表，停站時刻表，列車發(fā)車地點和?？康攸c等信息，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。與此同時，控制中心的工作人員和調(diào)度人員也要根據(jù)其監(jiān)控所反映的情況實時對列車進(jìn)行調(diào)度工作，保證列車的正常運行。當(dāng)發(fā)生緊急情況的時候控制中心會根據(jù)監(jiān)控圖像實時迅速的對突發(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)定好的列車運行圖對列車辦理進(jìn)路工作。當(dāng)列車發(fā)生偏離的時候，系統(tǒng)會及時處理并把列車引入正確的軌道上運行，避免發(fā)生意外事故。列車超速防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）主要是保護(hù)列車運行安全，防止列車在運行過程中運行到別的列車運行區(qū)段或者超速從而造成城軌交通事故的一個列車防護(hù)系統(tǒng)。它具有三大功能特點。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)來實時監(jiān)測列車的運行位置，實現(xiàn)定位效果。其二，速度和距離的測量：列車運行的速度跟列車運行安全息息相關(guān)，ATP系統(tǒng)可以利用其測速和測量距離的功能來幫助列車在遇到障礙物或者意外時可以及時的停下來，避免事故的發(fā)生。其三，對列車運行有監(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。列車自動運行子系統(tǒng)（ATO）主要是負(fù)責(zé)保障列車按照時刻表對列車進(jìn)行正常的啟動駛出以及當(dāng)列車達(dá)到一個指定位置以后安排列車在規(guī)定的地點停下。另外還有對列車的性能測試和調(diào)整的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)無司機駕駛的運行模式，這樣子下來就可以縮短列車司機的駕駛工作時間，使司機能夠得到更加充分的休息時間，以此來提高列車的運行效率，降低交通事故，保證能夠更加精準(zhǔn)的停車。計算機連鎖子系統(tǒng)（CBI）是城軌交通系統(tǒng)中的重要組成部分，可以通過實現(xiàn)車站軌道電路、信號機、道岔三者之間的聯(lián)鎖控制，這樣的話可以保障列車更加高效且安全的運營工作。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）主要是負(fù)責(zé)把基于通信的列車控制系統(tǒng)內(nèi)部的各個系統(tǒng)聯(lián)系起來，相當(dāng)于一座“橋”把整個列控系統(tǒng)連接起來構(gòu)成一個完成的整體，方便各個系統(tǒng)之間的信號傳輸和列車的高效安全運行。總的來說，基于通信的列車控制系統(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)來實時掌握整個城軌系統(tǒng)的全部情況。其中包括運行列車的運行速度、每輛列車的運載人數(shù)、運行列車所在位置，并且將這些所有有關(guān)信息實時傳輸給地上的軌旁設(shè)備，軌旁設(shè)備再將這些信息通過無線網(wǎng)絡(luò)接收到的有關(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)的掌握每個地方的每輛列車的運行情況，方便對他們進(jìn)行指揮調(diào)度，保證列車的高效安全的運行。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況，列車需要強制停車或者需要及時處理的時候，控制中心也可以通過列車控制系統(tǒng)來及時的對列車進(jìn)行專業(yè)的指導(dǎo)，避免發(fā)生不好的事情給社會帶來嚴(yán)重的損害。如果實在是危險不能及時阻止的話，列控系統(tǒng)也可以及時采取措施把危險盡可能降到最低。簡而言之，列控系統(tǒng)主要就是保證列車安全高效的運行。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零五。圖2.1CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2乘客信息系統(tǒng)PIS系統(tǒng)以多媒體網(wǎng)絡(luò)為載體，通過計算機系統(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)時間，候車站點等信息。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)等一些緊急情況的時候也會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等重要通知，及時的幫助站內(nèi)深陷危機的各位旅客脫險，引導(dǎo)擁擠人群安全疏散撤退到安全地方。與此同時，PIS系統(tǒng)可以實時的監(jiān)控列車上所發(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)控信息實時的傳送給列車控制中心，配合控制中心實現(xiàn)調(diào)度工作。如此一來，控制中心就會對列車中的一舉一動清楚的了解，無論是列車內(nèi)的乘客流量還是發(fā)生緊急情況的情況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)件可以實現(xiàn)語音視頻功能的同時還可以主持無線數(shù)據(jù)和有線網(wǎng)絡(luò)兩者的兼容。當(dāng)列車在線路上運行的時候，乘客信息系統(tǒng)需要實現(xiàn)高質(zhì)量的視頻播放，從而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，列車內(nèi)的監(jiān)控信息在傳輸至控制中心的時候要求保證不能發(fā)生斷網(wǎng)的情況，必須讓控制中心可以隨時觀看所有運行列車內(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。這樣子才能夠為后面城軌交通系統(tǒng)的后續(xù)其他相關(guān)業(yè)務(wù)的拓展和發(fā)展提供更多的空間。但考慮到實際情況的一個性價比問題，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)。2.3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)控功能體現(xiàn)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)控城軌交通站內(nèi)的所有乘客的人流問題，并及時的對擁堵情況調(diào)整城軌列車的運行情況來疏散人流；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)故障的時候可以及時的安排相關(guān)人員前往進(jìn)行維修工作。其呈現(xiàn)主要體現(xiàn)在它可以把車站內(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)每時每刻以及每一個角落的全部情況，即使發(fā)生了比較危急情況的時候可以用最短的時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，它主要是負(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站內(nèi)所發(fā)生的的情況，并且能夠及時的找到應(yīng)對之策，及時趕到現(xiàn)場對其進(jìn)行解決處理。對于城軌系統(tǒng)而言，如果想要實現(xiàn)實時的視頻監(jiān)控功能則需要不小于4Mb/s的帶寬。3LTE的技術(shù)分析3.1LTE的含義通俗點說，LTE系統(tǒng)不僅僅是能打電話，上網(wǎng)和有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的活動都是它所承包在內(nèi)的業(yè)務(wù)，最主要的是LTE系統(tǒng)中的服務(wù)無處不在，你受益頗多。尤其是一些上網(wǎng)的業(yè)務(wù)，例如逛淘寶和使用支付寶等，這些應(yīng)用對于網(wǎng)絡(luò)安全都要求特別的高。而且，大多數(shù)人對于這個技術(shù)都有點認(rèn)識，其實，它并不是真正的4G技術(shù)，它只是一個階段性過度的產(chǎn)品俗稱（3.9G），它的標(biāo)準(zhǔn)是采用了OFDM和MIMO來實現(xiàn)的，強化的過程中加強了3G網(wǎng)絡(luò)中的空中介入技術(shù)。LTE接入工程項目有許許多多的優(yōu)點，高效率、低延遲和優(yōu)良的傳輸優(yōu)勢，它將如何提高自身傳輸效率，全靠了它的通信方式的多樣性，通過這種方式來打破瓶頸。如果說LTE有多重要，相信大家人手一部手機就知道它的重要性，所以，LTE技術(shù)的發(fā)展也是蓬勃的。3.2LTE的關(guān)鍵技術(shù)3.2.1SC-FDMA技術(shù)SC-FDMA是一種新型的單載波頻分多址方式，作為寬帶移動通信上行鏈路解決方案，它支持?jǐn)U頻技術(shù)、頻域均衡方法以及多用戶復(fù)用的通信場景。SC-FDMA技術(shù)是多用戶接入技術(shù)，它的技術(shù)一般通過單載波方式來完成的，在現(xiàn)實的應(yīng)用中SC-FDMA技術(shù)會從接入方式這種方面要遠(yuǎn)的高于OFDM/OFDMA技術(shù)，不過從接入方式來說，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)的比不上OFDM/OFDMA技術(shù)的優(yōu)越。在現(xiàn)實的環(huán)境中來用對小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的實際來應(yīng)用的表現(xiàn)和覆蓋的面積都是算是好的。這個技術(shù)的優(yōu)點是會大大的來降低這個發(fā)射終端的功率，以致做到減少所投入的所沒有必要損失的成本。3.2.2OFDM技術(shù)OFDM技術(shù)，這個技術(shù)也是一種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，它所應(yīng)用的原理是通過多路正交子載波方式來進(jìn)行較快速的數(shù)據(jù)流分散傳輸。這個技術(shù)可以使載波傳輸?shù)男首兊帽容^低，并且增強載波射程，OFDM系統(tǒng)能很輕松地通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。OFDM技術(shù)在電力線網(wǎng)絡(luò)中也得到了很好的應(yīng)用。OFDM與CDMA技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了MC-CDMA，與智能天線波束形成技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生頻域波束形成OFDM系統(tǒng)和時域波束形成OFDM系統(tǒng)。正因為OFDM適合現(xiàn)代無線通信發(fā)展的要求，且可以與其他接入方式巧妙地結(jié)合衍生出新的系統(tǒng)。3.2.3多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)MIMO技術(shù)是LTE中核心的技術(shù)。它的關(guān)鍵是實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的傳輸是經(jīng)過收發(fā)端的多天線技術(shù)，來達(dá)到上下行的峰值速率的增高，提高用戶的感應(yīng)值。MIMO把多徑無線信道和發(fā)射、接收作為一個整的部分來進(jìn)行優(yōu)化，來實現(xiàn)較高的通信容量和提高頻譜利用率。這種情況是一種接近最好的空時域組合的分集和干擾對消處理。通過MIMO技術(shù)不同種的工作方式，系統(tǒng)最后能做到提高系統(tǒng)覆蓋、擴大容量、增高小區(qū)峰值以及提升平均吞吐率，改優(yōu)系統(tǒng)性能。3.3LTE技術(shù)安全體系圖3.1LTE網(wǎng)絡(luò)安全體系LTE用扁平化和IP化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，E-UTRAN用E-NOB來替換所原本就有的的R-NOB的結(jié)構(gòu)，每個網(wǎng)絡(luò)之間節(jié)點的接口都用了IP傳輸，并經(jīng)過IMS承載綜合業(yè)務(wù)，LTE網(wǎng)絡(luò)的PS域都會承載原UTRAN的CS域業(yè)務(wù)。LTE網(wǎng)絡(luò)給下了五個安全功能組。這五個功能組都能滿足一些威脅并順利完成了某些安全目標(biāo)：網(wǎng)絡(luò)接入安全(1)：為使用者提供安全接入的一些服務(wù)，重點是阻止無線接入鏈路上的威脅。網(wǎng)絡(luò)域安全：(2)：節(jié)點都能做到安全的交換AN與SN之間以及AN內(nèi)的信令數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)，并防止對有線網(wǎng)絡(luò)的威脅。用戶域安全(3)：不受威脅的接入到移動臺。應(yīng)用域安全(4)：能夠在用戶域和運營商域間不受威脅地交換彼此之間的信息。安全服務(wù)的可視性和可配置性(5)：告訴使用者安全功能有沒有在運行，安全功能決定服務(wù)的使用以及提供。LTE-R身份認(rèn)證與密鑰協(xié)商是通過AuC和USIM卡中的共有密鑰K來計算加密密鑰CK和完整性密鑰IK，然后對CK和IK推演得到父密鑰KASME，最后根據(jù)父密鑰得到各層的子密鑰，建立用戶設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的安全上下文。LTE-RAKA的認(rèn)證過程使用Milenage算法以及五元組認(rèn)證（KASME代替CK和IK）實現(xiàn)UE和網(wǎng)絡(luò)雙向認(rèn)證。4LTE技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用分析4.1PIS-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[3]的乘客信息系統(tǒng)中，LTE移動通信技術(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[4]。PIS車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖4.1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、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)核心模塊實現(xiàn)互聯(lián)，促使兩個核心網(wǎng)絡(luò)之間的信號雙向傳輸和資源共享。整個網(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，通過多個基站RRU來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的全面覆蓋。然后這些若干個基站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)哪康摹Ｆ渲谢贚TE通信技術(shù)的相關(guān)基站點通常都會被安置在車站通信設(shè)備室的機柜里面，利用設(shè)備室內(nèi)專用通信傳輸通道實現(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，可以運用在區(qū)間上下行隧道設(shè)置泄漏電纜的方式來實現(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RRU基站的獨自的有效覆蓋范圍來達(dá)到更遠(yuǎn)信號的涉及，從而實現(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，TAU的天線通常是被設(shè)置在司機駕駛室那一節(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行的情況之下仍然可以實現(xiàn)列車的信號的低延時以及清晰順暢，這就很大程度地減少了之前因切換時間太長而導(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)定高效的運營[5]。圖4.1PIS車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)鋱D4.2CBTC-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)[6]。其中LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4.2所示。圖4.2LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖4.2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)[7]適用于當(dāng)列車運行系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題的時候，它可以保障相關(guān)工作的正常運營，不發(fā)生中斷的情況，使整個車地?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)一般都會需要采用獨立的雙網(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)各個板塊的子系統(tǒng)接口都相連接，是一個重要的領(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，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營。LTE車地?zé)o線通信系統(tǒng)物理架構(gòu)如圖4.3所示：圖4.3LTE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)。在實際工程的應(yīng)用場景中，通常會把A網(wǎng)絡(luò)用來單獨運營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4.4所示)，A網(wǎng)絡(luò)和B網(wǎng)絡(luò)在運行的過程，分別獨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，可以采用無線網(wǎng)絡(luò)共用漏纜進(jìn)行全面覆蓋；如果實在地面這種情形之下的時，那就可以運用獨立的定向天線來進(jìn)行全面的覆蓋。圖4.4LTE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)置一個車載無線設(shè)備，在列車的尾端也同樣設(shè)置一個車載無線設(shè)備，其中在每個車載無線設(shè)備內(nèi)部都安置有兩個無線通信模塊。其中一端的無線模塊分別為A、C兩個模塊；另一端則分為B、D這兩個模塊。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，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，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)自動選擇選擇其中任意一份進(jìn)行閱讀執(zhí)行，但一般會優(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)單點發(fā)生故障的時候，CBTC業(yè)務(wù)可以不會被迫中斷仍然可以繼續(xù)運行工作。車載無線規(guī)劃圖如圖4.5所示。圖4.5車載無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖5總結(jié)本篇論文著重介紹了LTE技術(shù)在城到交通系統(tǒng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用