城市轨道无线网络论文

A、B网络内部同频组网，采用GPS进行时钟同步。其中控制中心机房部署无线核心网和网管等，通过地铁专用传输网与车站连接。无线基站(BBU)集中设置，为各车站提供无线接入服务。轨旁主要部署无线射频单元(RRU)和漏缆。对于特殊地段（如高架段、车辆段）主要用全向天线和定向天线覆盖。车辆中在车头尾两端分别部署车载无线终端，接入轨旁无线网络。TD-LTE车地无线网络通过专频双网的可靠通信、长距离覆盖车地统一运维体系、车地一网综合业务承载功能，解决城市轨道车地网络目前存在的问题，提高运营效率，以下将从网络可靠性、抗干扰性等方面具体进行分析。网络可靠性分析CBTC网络可靠性分析对于CBTC业务来说，网络的可靠且无单点故障才能确保业务可靠安全运行。系统采用了双网冗余的设计，LTE无线信号冗余覆盖，当一张网络故障后，业务系统能够及时切换到另一张网络进行业务传输。

一、B网络中的无线设备需要考虑单板级冗余配置

1、核心网设备单板级冗余

eCNS在软硬件设计上，通过分布式、冗余等措施保证硬件的可靠性。采用分布式的软硬件结构，通过功能的模块化设计实现分布式处理。各模块功能相对独立，并分别由不同的模块负责控制，一个模块的故障不会影响整个系统的正常运行。关键部件均采用多处理机冗余技术。

2、接入基站单板级冗余

eNodeB可通过基带板间冗余备份功能，实现故障小区跨板重建，避免当出现基带板整体故障或基带板部分处理资源故障时因资源限制无法实现板内动态重建故障小区，保证小区业务能够自动恢复，降低小区业务中断时间，提高可靠性。LTE无线网络设备通过单板级冗余配置，确保设备可靠及业务稳定运行。车载通信网络可靠性分析在车载通信网络中，为了保证通信稳定可靠，通过部署两个车载无线终端，业务终端与两个车载无线终端相连。如下图2所示，两TAU为主备模式，在正常情况下，主备之间有心跳检测机制。当备TAU检测到主TAU故障时，备TAU接替主TAU工作，备状态升级为主状态，并将原先主状态TAU重启。TAU切换时延满足300ms要求。多业务融合资源共享的可行性分析在LTE系统中，无线资源从时间和频率两个方面被划分为了多个物理资源块（PRB）。LTE系统的资源调度，主要就是对这些PRB进行动态控制、调度及分配的过程。根据资源分配方式的不同，LTE资源调度分为集中式分配和分布式分配，集中式分配适用于非实时分组业务，分布式分配则适用于突发特征不明显的实时性业务；按照业务类型的不同，常用分组数据业务采用分组调度，而针对VoIP等突发包频繁且包尺寸较小的业务，则采用半持续调度，LTE系统为VoIP业务提前预留特定部分的静态资源，从而确保了VoIP的话音质量。同时LTE系统可提供差异化的QoS管理机制，即能够根据业务不同的QoS要求，定义不同的资源分配、调度以及传输策略，通过有限的资源满足更多用户不同要求的服务，从而在系统容量与QoS之间达到最佳的平衡点。由上可知，LTE系统通过时频二维调度资源和差异化的QoS管理机制，较好的解决了多用户间、多业务间的竞争干扰问，实现了多业务的融合和无线资源共享。

二、抗干扰分析

1、城轨隧道相邻小区同频干扰分析

系统内干扰主要来自于同频邻区干扰，因而需要考虑同向隧道中前后同频邻区间的干扰及位于车站两侧双隧道的两个小区的相互干扰。下面分析两类同频干扰的严重性及抗干扰方案。a、车站两侧双隧道的两个小区的相互干扰按照下面室内的Keenan－Motley传播模型估算下车站两侧小区的同频隔离度：()()()PathlossdB=32.5+20×logf+20×logD1000+P×W(f为工作频率；D为手机到天线距离；P为墙壁损耗参考值，W为墙壁数目)位于车站处的车辆接收本小区信号、对面小区的路损计算如下：PL1＝32.5+20*log(1800)+20*log(2/1000)PL2＝32.5+20*log(1800)+20*log(15/1000)＋10其中距离天线即漏缆的距离D1按2米，无穿透损耗；D2按15米计算，P*W包含列车及屏蔽门穿透损耗，按10dB计算。两侧小区信号隔离度＝PL2－PL1＝27.5dB，满足下行的隔离度需求。上行不是极端的情况也可以满足要求。b、同向隧道中前后同频邻区间的干扰前后邻区同频，如果不采取抗同频干扰的措施，小区边缘的上下行干扰严重，影响车地无线通信的可靠性。TD-LTE系统通过调度算法、ICIC、IRC等来进行小区间的干扰控制和协调和消除。调度技术：下行可采用业务异频调度来满足小区边缘的告信噪比，保证小区边缘的业务速率。ICIC：通过频率规划，达到小区中心同频，相邻小区边缘异频配置，可以得到更大的小区中心吞吐量，同时保证小区边缘的较高信噪比，提高小区边缘速率。IRC：通过基带解调IRC(InterferenceRejectionCombining)算法，可以将单小区来自列车方向相反方向的干扰去除，适合地铁场景的列车分布情况，IRC算法在系统中用于上行干扰消除。

2、隧道内多径干扰分析

TD-LTE系统采用为OFDM符号增加CP（循环前缀）的方式对抗多径干扰，在信号的多径不大于CP长度的情况下，保证了在多径频选信道中各子载波间的正交性，减少了子载波间干扰。地铁隧道采用泄漏电缆完成覆盖，空中传播路径短，多径时延差很小，避免了多径干扰。无线小区无损切换分析单张LTE网内，当列车在不同小区间移动时，在列车前行的过程中，车载TAU会从一个RRU的覆盖范围移动到下一个RRU的覆盖范围，这时无线链路将发生切换，期间发生的无线链路切换操作是自动的。在TAU接入LTE网络后，由网络给TAU下发信号强度检测测量消息，由TAU进行信号强度检测。当信号强度满足网络侧要求时，TAU给网络上报测量报告消息，网络侧根据报告消息触发切换动作，让TAU从原先小区切换到信号强度较好的小区，如图3所示。因此TD-LTE系统的无损切换功能，完全可以保证TAU在两个基站间切换时不丢包。同时TD-LTE小区切换算法支持100ms的数据缓存，在切换时通过发送缓存数据，使无线切换过程的无缝平滑，确保PIS等业务在切换过程视频不出现雪花或停顿等影响用户体验的现象。

三、综述

综上所述，TD-LTE车地无线网络可以改变原有的城市轨道多张网络承载多业务的局面，有效解决当前车地无线系统分散建设、易受干扰、业务不连续的问题，利用一张网络承载CBTC、PIS和多媒体集群业务，通过无线链路预算，QoS设计，时延设计确保网络的服务质量，同时也充分满足未来城市轨道业务扩展的需求。当然TD-LTE车地无线网络的实际运用也存在不少现实问题，还需要不断的实际，结合其他新技术、新标准，使其在城市轨道行业中应用得更加成熟性、可靠。

作者：刘宏