1LTE無線寬頻通訊系統
LTE是一項寬頻無線通訊技術，具有資料速率更高、成本更低、時延更短以及覆蓋質量、系統容量更好的特點。LTE是鐵路更早使用的GSM-R數字通訊技術升級版的系統技術，與未來無線通訊系統寬頻化、移動化以及IP化等發展趨勢相一致，可以為鐵路提供更加好的業務承載平臺。LTE技術可分為TD-LTE時分系統與FDD-LTE頻分系統，其中TD-LTE時分系統在國內佔據主導地位，不但有智慧財產權，還具有配置比較靈活、頻譜利用率比較高的特點。
1.1TD-LTE網路結構
TD-LTE網路結構具有扁平化的特點，其組成部分即為eUTRAN演進無線接入網與eCN核心網。其中eCN核心網的組成部分就是服務閘道器和移動管理，其主要工作內容就是對使用者資訊和資料安全性進行管理，還負責使用者鑑權、移動信令和軟交換等內容。而eUTRAN演進無線接入網的組成部分則是eNodeB基站，具有無線承載控制、無線資源管理和移動性管理以及資料定址等功能。
1.2TD-LTE的技術特點
TD-LTE可以為核心網、具有增強功能的IP多媒體子系統、多媒體廣播多播技術等提供技術支援。同時還能夠對處於1.25～20MHz的頻寬單一頻段提供支援，而且並不需要進行上下行對稱頻譜。TD-LTE採用的技術包括正交頻分複用技術、多入多出技術、混合自動重傳技術以及AMC自適應調製編碼技術等，上、下行峰值的相關資料速率分別可以達到75Mbit/s、150Mbit/s。TD-LTE技術的頻譜利用率比較高，在進行資料傳輸時，其時延使用者面小於10ms（雙向），控制面小於100ms，而且還能支援具有非對稱性的上下行資料傳輸、多種方式的同頻組網、高速達到350km/h的移動使用者。另外，TD-LTE技術還為GSM-R系統升級提供技術支援，而且網路建設成本比較低，比3G無線通訊網路低兩倍。TD-LTE技術還能夠通過VOIP協議開展承載話音等服務，為femto等微基站連線提供技術支援，具有比較靈活的覆蓋模式。
1.3TD-LTE頻率資源
國家分配給國內三大運營商的頻段分別為中國移動共獲得130MHz，分別為1880～1900MHz、2320～2370MHz、2575～2635MHz；中國聯通獲得40MHz，分別為2300～2320MHz、2555～2575MHz；中國電信獲得40MHz，分別為2370～2390MHz、2635～2655MHz。而較早使用在鐵路上的GSM-R技術則使用900MHz頻段，無法滿足TD-LTE寬頻通訊資料移動業務的開展要求，因此可以考慮申請使用1785～1805MHz的TDD行業使用者頻段以及1447～1467MHz的固定移動使用者頻段等。
1.4TD-LTE系統容量
TD-LTE系統主要對通訊的最大吞吐量這個要素進行考量，而且還會實現對最大使用者數的支援。在鐵路通訊系統中，使用者數量和鏈狀覆蓋模式一般都比較有限，通常會用承載業務的質量與數量來表示吞吐量。而吞吐量的重要表徵則是使用者峰值速率，一般都會受到控制通道開銷、時隙配比和調製方式等方面的因素影響。
1.5TD-LTE系統組網技術
TD-LTE為異頻、同頻以及混合等形式的組網提供技術支援。其中頻譜利用率最高的就是同頻組網，但是小區的.同頻干擾會極大地影響到通訊速率。而頻譜利用率較低的則是異頻組網，和同頻組網相反，不會對小區邊緣的通訊速率產生太大影響。而混合組網雖然將同頻對控制通道的干擾減少了，也對邊緣通訊質量與頻譜利用率進行了改善，但是卻仍然需要其他裝置來為這項功能提供支援。因此，可以採用混合組網或者同頻來解決，將小區擴大，還要將小區邊緣重疊的區域進行壓縮並且減小，再結合ICIC小區干擾協調技術以實現對小區整體資料吞吐量的提高。LTE切換與GSM-R相似，其過程都是硬切換，由源eNodeB發起，再由UE進行輔助。當切換過程失敗之後，可以返回源小區。在切換的過程中，資料傳輸的時延至多隻能是50ms。如果是二次連續進行切換，則其間隔最多為200ms。在對切換區進行設計時，列車經過的訊號重疊區所用到的時間應該比切換間隔還要大。如果高鐵速度為350km/h，切換區長度至多隻能是20m。而常規切換機制都要基於業務負荷控制、覆蓋功率預算、移動速度與移動位置，還需要對其進行強制切換。LTE在定位上精度要求比較高，一般可以達到10m量級。鐵路使用者的使用軌跡以及區域一般都具有固定性，採取的混合切換機制可以建立在功率預算以及位置之上。這樣，就可以將切換時間儘可能地減少，同時也能夠將切換的成功率切實提高起來。另外，減少切換時間，對小區邊緣的地方進行壓縮，還能夠實現對小區資料吞吐率的有效提高。
1.6隧道覆蓋技術
根據隧道漏纜覆蓋要求可以將允許路徑損耗值計算出來，如上行100.6dB，下行111.27dB。而當洩漏電纜頻段為1.8GHz，覆蓋長度為上行730m，下行為880m時，按照鐵路業務量的相關需求，每個射頻拉遠單元小區範圍可以達到4km。隧道內兩側都可以分別敷設一根漏纜，從而實現雙流多入多出。而通過RRU、直放站和TD-LTE數字射頻拉遠等中繼裝置，可以將隧道LTE的覆蓋範圍進行有效擴大。
2TD-LTE在鐵路上的應用
由於IP具有連線特性以及LTE的高速寬頻等特點，LTE被廣泛應用於鐵路領域之中。其應用形式一般有列車視訊監控、列控車地傳輸、旅客多媒體業務服務、列車無線排程通訊以及應急通訊等等。如今LTE無線寬頻通訊系統已經逐漸被應用於朔黃鐵路列控系統以及地鐵車地通訊之中。而在鐵路中，TD-LTE網路的主要業務組成有eCNS核心網和eUTRAN無線接入網、高速IP傳輸網、移動終端以及業務應用層。其中業務應用層包括RBC列控業務、TDCS業務、應急通訊業務、視訊監控業務以及防災預警業務等等。
2.1無線排程系統
到目前為止，鐵路無線列調提供的業務只有兩種，包括窄帶資料業務和語音業務。通過VOIP技術，LTE可以使得一個eNB小區在同一時間滿足600個使用者的語音通訊需求。另外，LTE技術還具備寬頻叢集排程的功能，比GSM-R的系統容量更加大、時延也更加短，而且具有語音資料融合排程的特點。LTE還可以為視訊排程提供技術支援，有利於使用車輛的人進行精確定位，從而將列車排程的可靠性以及安全性有效提高起來。
2.2車載資料與視訊監控
車載資料具有五種型別：第一是列車裝置執行監控資料，它可以對機車的電力與動力等相關裝置狀態進行實時監控；第二是列車控制資料，其資料內容包括車機聯控、ATO、ATP以及列控等，具有較高的可靠性；第三是列車多媒體視訊廣播，能夠根據旅客的相關型別與地域的特點而播放高清視訊廣播，為旅客提供比較舒適的環境；第四是車廂視訊監控，可以對車廂以及乘客的狀態進行了解，從而為列車與乘客的安全提供保證；第五是列車外部視訊監控資料，能夠對司機的工作狀態進行監督以及瞭解，確保列車的駕駛安全。而排程中心也可以通過視訊而對車廂內外的實際情況隨時進行了解，從而掌握列車與乘客的狀態，確保列車與乘客安全。車載資料會通過資料而實現與單元之間的接入，然後再通過LTE把車內的IP區域網資料傳輸到地面上。TD-LTE列車與單元TAU相接入，可以支援多種專網頻段。而且在高速移動的前提下，TAU單元還能夠滿足其效能要求。在TAU單元中，可以將雙天線介面外接，而且能夠支援雙流以及多集。同時還可以內建NAT、DNS以及DNCPServer等多種功能，提供EEE802.3/3u的乙太網接入。其管理介面以WEB方式建立，具有方便而且非常直觀的特點。TAU單元還對遠端維護功能提供支援，包括軟體升級、狀態管理以及配置管理三個方面。除此之外，還能夠與車廂內溼熱、高溫以及嚴酷電磁環境的相關使用要求相適應。
2.3LTE安全網路
LTE網路需要通過對容災進行備份而為鐵路安全資料提供可靠性的保證。首先就要採用雙層網路與雙網冗餘實現對核心網的連線，eNodeB板卡要進行冗餘配備，然後再採用雙頻和雙網對其進行交織與覆蓋，必須要在系統安全冗餘有保證的前提下，避免同頻干擾，從而為網路的效能及其安全提供保證。
2.4旅客資訊服務系統
如今社會經濟發展快速，資訊化程度日漸提高，網路越來越成為社會生活非常重要的一部分。而其中LTE可以通過單元TAU提供質量較優的多媒體資訊服務，如網路等。另外，還有高清視訊廣播服務以及乘客網際網路服務。其中高清視訊廣播服務採用的技術一般都是MPEG4或者H.264流媒體技術，乘客可以在車上觀看高清或者標清電視節目。其採用的技術位元速率一般都是1.5～3Mbit/s。另外，還可以在實時性與資料丟包矛盾發生時，通過HARP重傳機制進行解決，從而使得影象和視訊都能夠保持流暢以及穩定。而在乘客網際網路服務中，如果根據每輛列車有100個使用者來進行相關估計，當每個使用者都上網時，那麼LTE網路能夠提供的連線速率不會低於100kbit/s，能夠為乘客提供良好的網際網路服務，提高乘客舒適度以及滿意度。
3結語
TD-LTE在鐵路上的應用很廣泛，而且前景十分光明，但是卻依然存在一些不足之處。當採用同頻組網時，其干擾對邊緣資料頻寬帶來的影響比較嚴重，下降幅度比較大。在射頻方面，其發射功率受到一定程度的限制。而且，如果要對網路進行優化，難度會比較大。因此，TD-LTE在不斷髮展的過程中，也需要將各種存在的問題進行解決。如今有關於LTE-R的國際標準還沒有被頒佈出來，但是LTE無線寬頻通訊系統在被廣泛應用的同時，也在不斷被探索和研究。如今無線通訊的發展趨勢就是高速寬頻，在對鐵路進行管理時，需要將鐵路建設的成本降低下來，從而實現對後期維護管理的簡化，推動鐵路無線寬頻通訊的更進一步發展。