铁路TD—LTE专网系统解决方案研究

Eloy84710

摘要：考虑到铁路通信传输环境等多方面因素， TD-LTE通信系统应运而生。TD-LTE系统基于3G通信网络设计，能够全方位的调度整个运行系统，实施统一管理。此通信技术是根据第三代TD-SCDMA技术转化而来的，采用了分频复用和时分复用。由于铁路通信专网的技术的设计要求，MT、TE、TA的划分已经撤销。这种网络的分配方式不但布置简洁，而且方便维护，将网络拓扑的硬件和软件进行了全面的升级改造。由于TD-LTE技术的通信专用网络具有比传统技术更为强大的优势，值得在铁路通信中推广应用。
关键词：TD-LTE技术 专用网络
中图分类号：TN929.53 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）01-0000-00
当前国内铁路行业发展迅速，加大了对铁路行车安全的要求。在传统通信系统中常常不能及时接收到终端口群发送的信息。所以，针对多种因素考虑，铁路通信应用了专门的通信网络系统。TD-LTE网络系统无论是系统的稳定性还是传输速率都比传统的通信系统有着更大的提升，GSM的传输速率为4Mbit/s。但目前每天的数据量急剧增多，仅凭这样的速度传输，中间的时间间隔较长，而且系统的稳定性也不够强，如此，数据信息在传输的过程中很容易失真。从目前的状况来看，由于多种因素，导致铁路通信中的信息传输速率被分散，发送端和接收端之间存在的时间差较大。本文根据笔者的实际经验，探讨了铁路TD-LTE专网系统的解决方案。
1铁路通信需求
由于多种实际原因，铁路系统希望建设一个能够自主管理的无线企业专网，其无线专网在主要用于内部的同时兼顾外部通信。铁路外部通信需求，主要为与公网PSTN的互通，而内部通信的需求主要为：（1）无线调度、提供广播、个呼、群呼、优先级呼等铁路业务应用。（2）机车的操控以及列尾的安全数据承载。（3）支持调度命令、车次号校核通用数据的承载服务。（4）实施视频业务的承载。（5）互通需求方面，机车同步骤操作，列尾安全数据称遭，需要无线专网与现有的通信系统相互联通。因铁路无线通信系统较为复杂，这些专网通信系统需要从以下几个方面分析。1）无线专网业务需求。要达到铁路机车同步操作、列尾安全的数据承载，传输时的延迟应小于30b/5s，支持无线调度，并同时提供个呼、群呼等铁路应用服务。调度命令、车次号校准应符合通用数据业务的承载，支持视频业务承载。2）专网的无线覆盖需求。要能够支持10MHz和5MHz组网，同时提供1785到1795MHz频段以下的山区、桥梁、隧道、平原等场景的覆盖，支持全网10Mh单网冗余和同频组网覆盖。支持去全网双网冗余和5MHz同频组网。采用基带和射频拉远形式的无线接入设备，支持共小区覆盖组网，保证系统可靠，减少切换次数。3）无线专网的安全需求。支持有效的鉴权机制和终端认证。无线接入支持空口加密，支持IPSec等安全加密机制。4）无线专网的可靠性需求。室外无线设备要满足IP65或者更高的防护等级。并支持基站回传链路的保护、检测和备份功能。
2一些问题的解决方案
（1）自适应频率校正算法解决多普勒频移问题。对于高速铁路的车载终端以及在列车上高速移动的用户来说，他们各自的多普勒频偏都很大。对于专网系统的基站接收机来说，必须能够估计与发射极之间的频率误差，而且要能够矫正所出现的频率误差，要不然会对通信网络的性能造成很严重的影响。在应对频偏不断快速变化的问题，基站接收机还需对上频偏变化进行有效的补偿。自 适 应 频 偏 校 正 算 法（Adaptive FrequencyCorrection，AFC），在基带子帧上实时地检测频率偏移信息，校正由频率偏移所造成的基带相位偏移，从而提升基带的调节性能。这项技术的具体操作过程：eNodeB得出上行信号的频率偏移量，对接收机进行补偿相应的频偏，抵消多普勒效应导致的上行频率偏移。 同时 eNodeB 对下行发射频率补偿相同的偏 移量，保证同终端的正常通信。eNodeB 可检测高速列车的行驶速度，自动选择是否应用 AFC 算法。一旦列车速度下降到一定数值，就会选择自动关闭 AFC 算法，降低网络设备的整体开销。当列车速度较高时， 就会自动开启 AFC 算法，补偿由于列车移动速度快而导致的多普勒偏移，以此来优化和提高网络性能。
（2）小区合并技术解决频繁切换问题。想要将小区的覆盖范围进一步增大，可以提高铁路转往系统中小区切换的可靠性，从而减少切换的次数。采用宽波瓣天线可以扩大小区的覆盖范围，同时能够抑制覆盖边缘天线增益的下降，控制切换区域，确保切换时间满足最少两次。同时利用基带合并技术减少切换频率，吧不同的发射区融合到一个区域当中。在下行或者是上行方向上，基站的多路接受和多站点同频分布发射，提高厦航信号的接收效果以及上行信号的抗干扰能力和接收灵敏度。
（3）使用车载CPE解决穿透损耗大问题。CP可以放置在列车车厢内，列车车顶有天线，用于与eNdEb间的无线通信。CPE还能在车厢中形成无线覆盖，并让车内终端与基站通信，大大增强了接收机的性能。
3结语
由于TD-LTE业务质量的一致性，可以提高Qos等，铁路TD-LTE无限转网解决方案可以真正的实现有线与无线相结合的综合服务，满足了铁路通信的服务需要。不但可以快速的为铁路建立一套内部无线通信系统，又可以将铁路原有的PBX分机进行无线化。无线专网方案能够为铁路上的用户提供灵活快捷高效的实时通信，能够使铁路更加安全，让其功能、效率、操作性以及社会和经济效益有所提升。为高速铁路提供宽带网络，是铁路在通信系统建设时的最佳选择。并能在全国发挥巨大起作用，从而实现其社会和经济效益。
参考文献
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收稿日期：2015-01-11
作者简介：徐海涛（1976—），男，黑龙江省齐齐哈尔市依安县人，哈尔滨铁路局电务处通信工程师，研究方向：铁路通信工程。