LTE车地无线通信系统时钟同步改造研究

LTE车地无线通信系统时钟同步改造研究

韩瑜

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摘要：近年来，我国城市轨道交通行业取得巨大发展成就，并且正处于新一轮的快速发展阶段。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。目前基于LTE技术的地铁车地无线通信技术在实际的使用中已经较为成熟，不过为了能够更好地应对用户激增以及新型技术方面所带来的挑战，需要对其进行进一步的设计。本文针对LTE系统的时钟同步改造方式进行简要分析研究。

关键词：LTE；车地无线通信系统；时钟同步；改造

引言

城市轨道交通具有安全、舒适、快速、环保、运量大等特点，近年来我国大部分城市都在不断发展城市轨道交通，扩大路网规模。与此同时，为了保证轨道交通系统的正常运营，需要可靠的车地无线通信网络提供技术支持。各车站出入口处设置GPS天线满足LTE基站时钟同步要求。车站出入口GPS天线采用临时安装方式，部分车站存在GPS天线在安装后被人为施工破坏的问题，产生信号不稳定现象，对LTE车地无线通信系统造成了影响。LTE车地通信系统建议补充基于1588V2协议的备用时钟同步措施，以加强信号系统车地通信的稳定性。

1 LTE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。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 车地无线通信干扰

2.1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。

2.2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。

2.3 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。

3LTE车地无线通信系统时钟同步改造方案

3.1原方案简介

根据设备招标情况，地铁专用通信系统所采购的传输设备不支持1588V2协议，因此工程实施时对LTE系统基站时钟同步方案的GPS天线设置进行了优化，目前实施方案中每个车站均设置了2个GPS天线，并且A/B网BBU与2个GPS为交叉连接。目前LTE车地通信系统时钟同步方案，经过设计联络阶段各方共同讨论确定，安全性、稳定性可以满足地铁车地通信需求。

3.2改造方案分析

3.2.1系统冲突处理

在整个系统的运行过程，很可能会由于设施的设置问题以及空间尺寸的控制搭配问题，导致两者之间存在信息运行方面和信息交互方面的冲突，因此为了能够解决该问题，必须要对相关设施之间的间距以及其他的处理模式进行充分科学的调整，以防范出现由于各类设施之间的间距较短而出现信息冲突问题。同时也要能够在全面保障相关设施信号传递稳定度和安全度的情况之下，实现各类设施的有序装配。

3.2.2 信道带宽处理

街道宽度的处理中，需要根据地铁车辆的实际运行要求以及车站内乘客的移动端设备运行配置，实现对整个频段的优先处理。由于在本文的研究过程中采用了两个相互冗余并相互支持的网络系统，因此在信道的处理中，需要将整个系统分离之后，全面满足两个系统运行过程中的相互支持要求。同时针对带宽的处理中，整个系统内也要通过软件的设置建立跳频技术体系，从而实现对频谱资源的自行化调整和使用。

3.2.3 设施选用要点

在各类设施的选择中，必须保证设施的运行稳定性、安全性和可靠性，因为地铁空间的环境较为复杂和特殊，所以针对这类设施的日常性运行标准和运行方法，需要根据实际情况派遣专业的人员对其进行整理和分析。如果方向按照现有的处理工作表现和处理预案，无法充分满足系统的运行要求时，那么就很容易导致按照当前的处理工作标准来看，无法充分性的提高具体的管理要点，所以在今后的实际处理阶段，必须根据现有的工作规模和工作方法得到结果，同时也需要设置专业的辅助设施。

3.3结论

目前LTE车地通信系统时钟同步方案，安全稳定性可以满足地铁车地通信需求，同时LTE车地通信系统调试基本完成，各车站出入口2个GPS天线已经互为主备方式，且信号接收稳定、可靠，满足安全运营的条件。根据运营需求，需新增以1588V2协议为备用的时钟同步功能，目前LTE车地通信系统及传输系统需要增加相应硬件进行调整，从安全可靠、经济性及目前工期等方面考虑，建议采用方案二。全线车站、车辆段、控制中心新建交换机环网，传输系统不再承载LTE系统业务，将LTE系统中BBU与核心网之间在传输系统环网中的业务割接至控制中心和车辆段新建的交换机环网中，实现BBU中1588V2时钟同步与业务共用一套交换机环网。

结束语

LTE技术凭借高可靠性、高抗干扰能力以及强劲的传输性能，能够为城轨业务提供更优质高效的车地数据传输服务。与此同时，其简易的部署结构也减少了投资成本，降低了整体运维费用。希望通过对LTE车地通信系统时钟同步改造方案的介绍，能够对轨道交通通信工程的参与者有帮助。

参考文献

[1]潘琳.基于TD-LTE的城市轨道交通车地无线通信综合业务承载方案研究[D].郑州:郑州大学,2019.

[2]王鹏.基于TD-LTE的车地无线通信系统设计与实现[D].西安:西安电子科技大学,2019.

[3]刘坤.LTE技术在地铁车地无线通信网络中的应用研究[J].中国新通信,2019,21(22):97.