地铁通信的4G通信技术探讨

地铁通信的4G通信技术探讨

张剑锋

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：地铁作为城市的主要交通工具，具有客载量大、快捷、舒适等特点。地铁属于地下空间、封闭性空间，而网络覆盖率关系到通信的顺畅性。本文主要对4G移动技术在地铁中的应用进行分析，供同行借鉴参考。

关键词：地铁通信；4G技术

前言

铁通信的信号分布主要由多系统接入平台、信号分布系统以及网管监控平台等、施主信源部分组成，信号分布分别为信号接入网路平台、站内信号分布系统及隧道信号分布系统等。施主信源包括移动通信制式、无线或有线，统称为基站系统。

图1通信系统结构图

一、地铁交通对于移动通讯的要求

地铁交通的空间一般在地下，且相对封闭；地铁交通的速度较快，移动宽度变化较大；当前地铁交通中的人员密集，所需流量较大；地铁的空间限制了移动通讯设置的安装空间和密度。上述原因使得原有通讯技术都不太适应地铁交通中人们对移动通讯的要求。原来的使用效果也充分说明这个问题。

二、第四代移动通信技术（4G）的特点

2013年12月，中国三大移动通讯运营商（移动、电信和联通）同时获得工业和信息化部颁布的第四代移动通信业务牌照，这项牌照的下发标志我国移动通讯进行第四个时代，即4G时代。自从颁发以来，4G用户发展迅速，截止到2015年，工业和信息化部统计用户达到1亿以上。

对比3G可以得知，第四代移动通信技术（4G）的主要特点：

（一）传输频宽更大

移动使用移动的速度对移动技术传输频宽要求较高，例如，高速移动的使用者（最高250km/h）需要2Mbps频宽，而第四代移动通信技术（4G）的传输频宽较大，完全可以满足该要求。

（二）储存容量更高

传输频宽增大势必要求传输技术的资料储存容量相应的增加，而4G技术的储存容量是3G技术的10倍以上；

（三）相容性更高

第四代移动通信技术（4G）的相容性高也是其重要特点，因该项技术必须实现与其他多种技术和连接界面切换平稳的要求，其相容性较高。

（四）无缝连接效果更高

高速移动必然快速经过多个系统，无缝链接才能实现高效通讯质量，而4g技术在这方面的技术比较适合地铁通讯。

高度智慧、能随状况自行调的第四代移动通信技术（4G）可以满足不同环境与不同用户的通信需求，提供整合了个人通信，资讯传输、广播服务与多媒体娱乐等各项应用的、广泛、便利、安全与个性化服务。

三、4G移动通信技术在地铁中应用

（一）4G移动通信技术核心技术的介绍

①正交频分复用（OFDM）技术

OFDM是第四代移动通信技术（4G）的核心技术。多载波调制技术的之一的OFDM技术。可以实现比串行系统高近一倍频谱效率，这已经是Nyquist利用效率极限。因为通过多个子载波传输，正交频分复用（OFDM）技术的抗衰落能力强。因使用较为先进的数据调配技术，正交频分复用（OFDM）技术比较适合高速数据传输，就算信道条件差的时候和干扰因素较多，也可以保证数据的高速传递。采用了循环前缀的正交频分复用（OFDM）技术故抗码间干扰的能力很强。

②智能天线技术

4G技术中的智能天线主要基于空时多址（SDMA）技术，该技术可以利用信号在传输方向上的差别区分同频率或同时隙、同码道的信号，将信号的覆盖区域动态式的改变，这样就能有效的将将主波束准确的传递给用户，并能够自动跟踪用户和监测环境变化，为每个用户提供优质的上行链路和下行链路信号。这样既能充分利用移动信号，又能充分消除干扰信号。

③MIMO技术

第四代移动通信技术（4G）中MIMO技术是空间分集的技术，他利用分立式多天线将通信链路分解成为许多并行的子信道，这样会大大提高容量。而第四代移动通信技术（4G）中MIMO技术被证明可以提高容量、提高系统的抗衰性、提高系统抗干扰性。

（二）地铁中4G移动通信技术信号覆盖

①地铁中4G移动通信技术信号覆盖方式

地铁环境中的不同，考虑工程成本、施工方便、检修便捷等因素，地铁不同位置的信号覆盖方式不同。一般情况下，在地面部分或者空间较大的区域，例如：在地铁站内的站厅层、站台层、办公区域、人流通道，这些区域布局吸顶天线，这种信号覆盖方式较为合理。在隧道内，这里的空间较为狭窄，泄漏电缆方式比较适合，一般设置上行和下行两根漏缆，布局高度与车窗平行，传播方向和车窗垂直。

②POI的设置

为了避免信号过多切换，一般会把一定区间作为“传输小区”，在小区内就可以实现信号不切换，而各个小区间是需要POI的设置进行换乘切换。这条设置对不同频段都能实现接入，保证切换过程的质量。

③天馈设置方式

当前第四代移动通信技术（4G）的天馈设置方式都是共用和独立两种天馈方式，这种设计方式可以满足多种通讯频率需要，且各通信制式间上行频点高端与下行频点低端的间隔较小，具有较高的抗干扰性。

四、结束语

总之，在原有的基础上，为了实现高速通讯的需要，第四代移动通信技术（4G）已经广泛应用用地铁中，取得了良好的效果，并且在建设中照顾到原有设备的兼容和其他技术的相容，这大大降低了建设成本，提高设备利用率的同时，满足了更多用户不同的使用要求。

参考文献：

[1]童晓鸿，林庆辉.4G移动通信关键技术与面临的问题[J].科学之友，2009，（36）：152-153.

[2]李明浩.4G移动通信技术简析与发展预期[J].中小企业管理与科技，2010，（22）：283-284.

[3]许志鹏.4G移动通信关键技术浅析[J].科技与生活，2009，（1）：26.

[4]王建宙，胡国华.3G向4G的演化及4G的研究进展[J].科技信息，2009，（35）：873-874.

[5]黄毓芯.4G争霸战——移动通信的新时代[J].宿州学院学报，2011，26（8）：55-57.DOI：10.3969/j.issn.1673-2006.2011.08.017.