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WLAN技术和LTE技术在CBTC系统上的应用探讨

2017-01-18    李柯 曹美阁

国内城市轨道交通已进入了大发展时期,对城市轨道交通控制系统的要求也越来越高。此前城市轨道交通系统主要采用WLAN技术的 CBTC系统。近年来,随着WLAN技术的使用,暴露出了此技术的一些问题。而LTE技术的提出和研制,为CBTC系统的无线通信技术注入了活力、指引了新的发展方向。本文从WLAN技术和LTE技术的特点及其在CBTC系统中的应用情况和发展进行了分析探讨。

WLAN技术与LTE技术特点对比

1)频段资源。LTE使用专用频段,频段为1785—1805MHz,需要授权方可应用;WLAN使用开放频段,频段为2.4GHz,与蓝牙等系统使用的频段相同,无需授权分配频段。

2)抗干扰能力。LTE的抗干扰性强,采用小区间干扰协议等抗干扰技术;WLAN难以避免干扰,缺少相应的系统抗干扰技术。

3)移动性。LTE采用抗频偏的算法,支持高速运行;WLAN采用无抗频偏的算法,定位于覆盖办公室等场所,解决网络布线问题,仅支持慢速移动。

4)覆盖范围。LTE采用连续覆盖,通过切换、小区重选等移动性管理流程,提供无缝通信;WLAN采用热点覆盖,支持热点覆盖、静止或游牧类型用户。

5)资源调度方式。LTE 支持精细的资源调度颗粒度和灵活的调度策略,可以从时间和频率维度区分用户,保证业务的QoS需求;WLAN采用用户竞争抢占机制调度用户,用户数量较多时易产生碰撞,资源利用率较低,不能完全保证业务的QoS

WLAN技术和LTE技术各有特点和优势。LTE用于连续覆盖、QoS保障要求较高的用户,WLAN 用于有较高速率要求,但移动性、QoS要求不太高的用户。CBTC系统中列车需要高速移动,因此要求安全可靠高、连续覆盖的无线通信作为支持。采用WLAN技术的CBTC系统,列车移动过程中需要频繁重选和关联新的WLAN接入点,由此易带来高延时和干扰,对网络的稳定性造成影响。目前虽然未有因WLAN技术造成的重大事故,但此技术带来的隐患仍需考虑。LTE采用的无缝切换算法、连续覆盖等措施具有高移动性,能够保证列车以200km/h的速度运行时,其延时小于50ms,这更符合CBTC系统的需求。随着城市轨道交通的发展,无线通信技术正逐步向综合承载的方向发展,需要承载系统信号业务和专用通信系统的业务。从以上的性能对比可知,LTE的抗干扰性强、资源调度灵活,能够保证QoS需求,更顺应城市轨道交通系统的发展。

WLAN技术和LTE技术在CBTC系统上的应用情况对比

WLAN技术已在轨道交通领域发展成熟,并在多条线路中获得应用认可;LTE技术则刚起步,华为等通信企业已完成LTE技术的实验室测试,验证LTE技术在CBTC系统中的可行性。郑州等城市的地铁线路已完成了LTE技术的综合承载网测试,完成了基于LTE技术的网络综合承载信号系统无线通信、PIS通信等业务的试验,结果表明了LTE技术在CBTC系统中的可用性。2016年武汉城轨交通6号线实现了国内首次LTE-M系统承载CBTC业务的工程化应用。

WLAN技术和LTE技术在CBTC系统上的应用分析如下:

1)传输媒介与方式。在CBTC系统中,LTE采用漏缆作为媒介,通过轨旁RRU与车载TAU实现车地通信;而WLAN采用天线作为媒介,通过轨旁接入点与车载天线实现车地通信。

2)覆盖范围。对于LTE技术,在综合承载情况下,RRU布置间隔为1.2km;在单独承载信号情况下,RRU布置间隔可达到2km。对于WLAN技术,轨旁接入点布置间隔为200m左右,布置间隔受隧道弯度等因素影响。

3)设备与接口。各厂商的LTE设备形态虽不同,但都遵循3GPP标准,相互之间的接口和协议可以互联互通。各厂商的WLAN设备各异,相互之间的接口和协议不能互联互通。

4)施工难度、调试工期。LTE的设备点少,采用漏缆安装,调试工期短。WLAN的设备点多,选择天线安装,需反复优化。

5)成本。LTE的轨旁设备和漏缆成本较高。WLAN的轨旁设备和天线成本较低。

LTE 技术的施工和调试方便,具有独特的优势,但从成本上考虑,LTE所需的设备和漏缆成本都较高,相对于WLAN技术的低成本,又呈现出一定的劣势。初步估算,在CBTC系统中,LTE技术的成本是WLAN技术成本的2—3倍。WLAN技术的设备不够统一、比较繁杂,设备安装点较多,因此施工和调试比较繁琐。CBTC系统在应用WLAN技术时加入了保密协议和双网冗余技术,以保证其系统的安全和功能需求,但仍然不能完全避免其他信号的干扰。不过成本相对较低。

结语

在性能上,LTE技术更具优势和发展潜力;在应用上,WLAN技术此前在城市轨道交通领域得到了成熟应用,是CBTC系统无线通信的主用技术。但中国城市轨道交通协会协会在积极推进LTE技术应用,组织编制了《城市轨道交通车辆综合通信系统(LTE-M)规范》指导工程应用,并推荐城轨交通项目新建CBTC系统使用1.8G专用频段和LTE综合无线通信系统。据调查,目前在建的九十余条城轨交通线路,有五十余条确定采用LTE进行不同业务的承载。随着发展,将有越来越多的城市地铁线路应用这一新技术,并成为城轨交通装备自主创新工作的一大亮点。(作者单位:郑州市轨道交通有限公司,有改动)

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