铁路无线通信工程中的LTE—R技术探讨

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【摘要】 LTE-R技术使得视频监控与实时互联网等业务等得到了实现。本文主要分析了LTE-R技术的性能，并分析了LTE-R技术在铁路无线通信中的应用。
【关键词】 铁路 无线 通信 LTE-R技术
随着铁路交通的迅猛发展，传统的GSM-R技术在语音与数据服务上已经无法适应当前列车和乘客对于高速数据的需求。而当前的乘客都需要使用移动宽带服务，通过运用笔记本等移动设备在铁路旅途中完成一些必要的商务工作或者进行娱乐游戏消遣时间，已经成为了一种趋势，因此，LTE-R技术在铁路无线通信工程中得到了应用。
一、LTE-R技术的性能分析
1.1 LTE-R的主要技术特征
LTE-R（Long Term Evolution for Railway）是为了满足高速铁路运营需求而发展起来的新型移动宽带接入技术。LTE-R技术具有一些传统技术所没有的特征：LTE-R技术可以提供好几种带宽服务，能确保百兆级的数据传输能力；LTE-R所使用的网络结构是全IP的，不管开展哪种业务，都是建立在IP分组交换的基础上；保证了无线网络的准时性。将控制面的时间延迟控制在100ms以内；而用户面的时间延迟控制5ms以内；对很多无线接入技术具有特别的功效，比方说3G、2G、WiMaX、WiFi，在这些方面的连接能力相当强。
1.2 LTE—R的关键技术
1、OFDM技术 。OFDM也叫做正交频分复用技术，是一种多载波调制技术。OFDM技术能在很大程度上避免多径时延而导致的码间干扰与频率选择性不强等问题。OFDM主要是把高速率信息变成无数个并行的低速率的分数据流，将其调制到正交的子载波上完成传输；接收端试用一样数量的子载波调解接收信号，在获取了低速信息后，再适时进行并与串的转变，获取高速信号。如果子信道的带宽太小，能有效克服码间干扰。为了减少发射终端的的成本消耗，LTE空中接口上行链路常常会用到SC-FDMA技术。此技术下发射的就是时域信号，最终能够有效防止OFDM系统发送频域信号所产生的PAPR问题。
2、MIMO技术 。MIMO，即多输入多输出技术，是通过使用多数量的天线发射与接收信号来切实提高信息的传输速率。MIMO结合OFDM技术，能有效增强系统性能。MIMO技术可以使得空间中出现独立的并行信道，并且将多路数据流在同时传输，在系统带宽不增加的前提下，增强频谱效率，切实提高系统传输速率。所以，把MIMO与OFDM技术相结合，既能确保较高的数据传输速率，又能借助分集确保可靠性。
3、高阶数字调制技术。基于频带利用率提高的目的，LTE使用了高阶数字调制技术。上行采用了QPSK四相相移键控与16QAM 十六进制的正交幅度调制。下行则使用了QPSK，16QAM与64QAM。跟上行调制方式不同的是，LTE的下行中设置了64QAM，以此确保下行100Mb/s的速率。
二、铁路无线通信中的LTE-R技术的应用
2.1支撑新型铁路业务的传输技术
在今后铁路的发展中，还存在较多尚待开发的潜在通信业务，比方说视频监控与旅客多媒体服务，所以对于LTE-R技术的要求更高。LTE-R技术亟需对铁路业务起到支撑作用的传输技术，按照相关的验证结果，应当使用QoS指标来确保LTE-R技术的业务承载性能。具体来说，应当改进以下传输技术。1、优化配置铁路场景中的上下行配比。在以前的公网LTE技术中，常常是在下行信道中传输承载业务。在铁路无线通信工程中，列车监测与智能感知等都会使用到大量上行信道带宽。所以，对LTE-R技术在灵活性上提出了更高的上下行信道带宽分配（上下行配比）机制，以便符合相关上行传输的要求。2、上行链路自适应提升技术。LTE-R技术在上行吞吐率上的要求比较高，甚至会远远高出当前LTE中的上行业务，这时就可以使用链路自适应技术来提升上行传输能力。3、组织呼叫和广播语音技术。在HSS网元中增设了组呼信息、广播信息和呼叫控制功能，使之能像GSM-R系统一样实现GLR功能。
2.2改进网络结构
LTE-R技术需要在下面方向进行网络结构方面的研究，以满足铁路无线通信的要求。铁路无线通信中要求实现组呼和电话调度等语音通信的要求，因为LTE技术中的核心网使用包交换的复用方式，不能够支持电路交换的语音业务，应该在实验室中进行2G语音回落模块和IMS等支持电路域交换的LTE网元测试。实现跟GSM-R的连接。要想更好的跟GSM-R技术做好过渡，应该增设SGSN网关设备来切换GSM-R和LTE-R系统。
2.3改进型小区切换技术
根据在朔黄LTE项目的实施经验，减小小区切换时延和切换重叠区，以适应铁路应用要求。在铁路应用中，切换重叠区的缩短便于开展频率规划，减小系统内干扰。同时，在朔黄重载铁路项目中，切换时间的减小有利于保证重载列车操控和列尾数据的完整、有效传输。
参 考 文 献
[1]杜燕.谈现代铁路通信发展趋势[J].科技创新与应用.2O12（3）：52.
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