快速公交BRT系统TD-LTE覆盖方案探讨
2022-06-09
【摘要】 随着公共交通事业的高速发展，我国已在几个大城市建设了快速公交BRT系统，目前三大运营商正大力发展4G业务，快速公交系统上也将实现TD- LTE网络覆盖。在快速公交BRT系统上进行TD- LTE覆盖不同于其他场景下的TD- LTE覆盖。我国目前采用TD- LTE- FI的覆盖方式。文章中主要讨论了快速公交BRT系统的特点以及提出了如何在快速公交BRT系统上覆盖TD- LTE的方案。
【关键词】 快速公交 TD- LTE 覆盖 方案
目前我国已在几个城市建设了快速公交系统，在快速公交系统上实现TD-LTE系统信号覆盖，将是一个全新应用场景的研究。对于TD-LTE系统而言，由于采用了智能天线，MIMO等无线通信技术，对传统的通信覆盖特性以及覆盖规划带来巨大的发展。但是对于快速公交BRT系统而言，是让公交车运行在专用的公交车道上，虽然是行驶在道路上，但是具有轨道交通的特点。而TD-LTE系统在所选择的天线数，以及频率等都会对覆盖效果有影响。因此如果想在快速公交BRT系统上实现高质量的TD-LTE覆盖应该从天线类型，频段，主控站，无线承载四个方面考虑。
一、快速公交BRT系统的特点
（一）快速公交BRT系统的设计特点。快速公交BRT系统是在城市交通网络中设计出专用车道，而专用车道分为四个级别。论文答辩第一个级别为混行车道，即公交车和其他机动车都可以使用。这种车道具有易于实现，充分利用道路资源的特点。第二级车道为路外侧专用车道，这也是最常见的专用车道。这种车道对乘客的上下车来说十分便捷，但是这种车道同时会受到出租车上下客的干扰，并且没有充分利用道路资源。而第三级专用车道为路中央专用车道，这种车道不会受到其他车辆的干扰，但是需要搭建专用乘车站台。第四级专用车道为封闭式公交车专用道，这种车道不仅能够保证公交车不会受到其他车辆影响，而且行进的路面状况也会得到保障。但是这种车道的建造成本往往很高，且不易于建造。
（二）快速公交BRT系统的智能系统。快速公交BRT系统包含了动态调度系统，辅助车辆驾驶技术系统，信号优先系统以及乘客出行信息服务系统。动态调度系统能够通过车辆定位从而实现测量的动态调度。辅助车辆系统是通过车辆的自动导向技术使车辆在行驶过程中保持平稳，保证车辆行进过程中的安全。信号优先技术是靠网络控制车辆技术从而让BRT车辆能够在道路上优先行进。
（三）快速公交系统的站台特点。快速公交系统的站台与传统站台不同，它采取了封闭式站台，因此可以在站台内部安装天线，从而接受和传输高速信号。而且在快速公交系统的站台上拥有LED看板，从而让乘客能够清晰的了解到需要乘坐的车辆信息。
二、影响BRT系统覆盖的因素
（一）无线承载对于BRT系统覆盖的影响。在固定的TD-LTE系统载波带宽下无线承载数量也是固定的，而每个无线承载的频带宽度也是相同的。为了让每个用户都能够使用到这些资源就需要对系统承载进行改变，因此频带宽度和无线承载也会发生改变。在这样的情况下，资源的变化会引起带宽也进行变化，所以让用户使用网络时速率会发生影响，也会对覆盖程度进行影响。
（二）调制编码方式对BRT系统覆盖的影响。目前我国普及覆盖的网络系统为2G和3G系统。而TD-LTE系统主要采用了高阶调制的方式，在这种调制方式下，编码率十分的丰富。所以在这种情况下，如果用户在固定无线承载情况下能够将调制等级降低，那么编码率也能够随之降低。在编码率降低的情况下，TD-LTE系统可以覆盖的更远。由于城市快速公交BRT系统主要覆盖的地域有所不同，所以可以在调制编码方式上进行改变，从而改变TD-LTE的覆盖范围，让所有乘客都能够享受到TD-LTE系统覆盖。
（三）天线类型对于BRT覆盖的影响。目前TD-LTE最主要是使用了MIMO天线为系统提供增益。各种天线配置下的增益不同从控制信道上来讲，上行控制信道在2天线下的接收分集增益为3db，在8天线下的分集增益为8db。而下行控制信道8天线相对于2天线的覆盖增益为-1.5db。从业务信道上来讲，上行业务信道的接收分集增益在2天线情况下为3db，在8天线下的情况下为8db，而下行业务信道的赋形增益在2天线的情况下为0db，在8天线下的赋形增益为5db，而8天线相对于2天线的覆盖增益为3.5db。因此可以根据快速公交BRT系统的路线，以及城市公交情况的实际状况进行天线的选择。
（四）TD-LTE基站对于BRT覆盖的影响
对于TD-LTE系统覆盖来讲，基站建设与各基站的协调直接决定了快速公交BRT覆盖的质量。在几代通信网络的建设和优化实施过程中，我们积累了丰富的经验，各类技术方案和手段都趋于成熟。借鉴以往在快速公交BRT系统中实现2G/3G网络覆盖的经验，在该特殊场景下实现TD-LTE网络覆盖最为重要的一点是需要多建设TD-LTE基站。
三、BRT系统下进行TD-LTE覆盖的方案
（一）BRT系统覆盖的总体方案。在总体覆盖上，可以在城市内每个公交站台附近进行4G基站的铺设，快速公交系统需要的公交站台数量巨大，如果只采取多频分合路器来将每个基站的信号进行合并很容易会出现信号互相干扰的问题。所以可以采取用不同的多频分合器将信号进行分合。从具体方法上讲，如果是第一级，第二级和第三级的专用道路可以使用宽带全频天线来进行覆盖，具体可以在道路两旁的路灯，交通灯上进行安装。天线间距一般为1.25米左右，并且要注意应该垂直放置。对于第四级专用道路则可以采用泄漏电缆的方式进行覆盖，实现区间无线信号的覆盖。具体方法为铺设上行电缆和下行电缆，综合考虑建设成本，选取在合理的距离内设置节点。而为了保证在区域间的信号切换质量优秀，可以将信号源的距离控制在500米左右。
（二）解决频率问题的具体方案。在TD-LTE系统下的各种通信系统工作频段都不同，因此可以根据各种不同的频率对频率源进行要求。而在频率资源足够多的情况下也可以使用较低的频段来解决道路覆盖以及车内的频率源少，信号差的问题。例如在A地区使用的频段为1号频段，信号传输到B地会有一定量的损耗，此时可以将1号频段减弱，那么由A地传入到B地的损耗也会减弱，这样可以提升功率使用的效率，成本也不高。但是如果频率资源较少而又处于人员较为密集，无法建立频率资源的情况下，则可以将频率增强，由A地发射一个频段十分高的信号，传入B地后会有一定量的损耗，但是由于信号本身十分强，那么在B地虽然有损失但是强度仍然足够乘客使用。但是这种方法需要增强频率，对于通信上来讲成本较高。
（三）对于基站数量的解决方案。为了保证用户可以在乘车过程中随时都能使用4G移动通信，可以在城市内多造基站，保证BRT系统内的4G信号强度。但是这种方法成本十分巨大，而且城市内土地较少，定址困难，因此可以考虑采用多站型部署的方法。TD-LTE系统的基站具体可以分为中继站，微微基站，微基站和宏基站。在人员密集，土地缺乏的地区可以部署微微基站。例如可以在第一级专用道路上部署微微基站，这种道路由于往往处在市中心，无法部署宏基站。而在第二级，第三级专用道路上，虽然土地较为稀缺，但是人员较第一级道路少些，所以可以使用微基站。而在站台等地区由于地址固定且没有较大的信号需求，因此可以使用中继站，在中继站的帮助下实现乘客的通信需求和在展台上显示公交车信息的功能。对于第四级专用道路来讲，这种道路所处地区普遍人员较稀少，土地资源也较多，因此可以建立宏基站。（四）天线类型的选择。天线类型对于信号增益显得至关重要，因此选择合适的天线对于在快速公交系统中的TDLTE覆盖很有帮助。从控制信道上来讲，上行最好是选择8天线，因为8天线在上行情况下比2天线信号强度要好些。而在下行8天线的信号强度比2天线低。而从业务信道来讲，8天线的上下行都比2天线的信号强度要好。因此可以就这种特性来选择快速公交系统采用的天线类型。
四、结语
随着我国社会的快速发展，移动通信技术得到了长足进步，而公交系统也在向快速公交，智能公交的方向普及。因此，如何在快速公交系统上覆盖目前先进的TD-LTE系统成为了通信行业需要解决的重要问题。而目前覆盖TD-LTE系统需要解决的问题主要是在信号强度，基站建设，天线类型的选择上。在信号强度上，可以通过在不同的多频分合器来让快速公交系统上的每条道路都覆盖上TD-LTE网络，并且通过减少信号频率的方法来让信号衰减减少，使得乘客所接收到的信号都较为优秀。而在天线选择上，可以通过对快速公交系统线路上信道类型的调查来进行选择。
参考文献
[1] 周伯慧，李新，许宁等.TD-LTE覆盖能力分析及提升解决方案[J].电信工程技术与标准化，2012，25（7）：23-27
[2] 肖清华，杨春德，张堃等.TD-LTE覆盖能力综合分析[J].邮电设计技术，2012，（1）：14-20
[3] 孙彦超，李校林，李大龙等.TD-LTE网络规划覆盖分析[J].数字通信，2013，40（6）：12-16
【关键词】 快速公交 TD- LTE 覆盖 方案
目前我国已在几个城市建设了快速公交系统，在快速公交系统上实现TD-LTE系统信号覆盖，将是一个全新应用场景的研究。对于TD-LTE系统而言，由于采用了智能天线，MIMO等无线通信技术，对传统的通信覆盖特性以及覆盖规划带来巨大的发展。但是对于快速公交BRT系统而言，是让公交车运行在专用的公交车道上，虽然是行驶在道路上，但是具有轨道交通的特点。而TD-LTE系统在所选择的天线数，以及频率等都会对覆盖效果有影响。因此如果想在快速公交BRT系统上实现高质量的TD-LTE覆盖应该从天线类型，频段，主控站，无线承载四个方面考虑。
一、快速公交BRT系统的特点
（一）快速公交BRT系统的设计特点。快速公交BRT系统是在城市交通网络中设计出专用车道，而专用车道分为四个级别。论文答辩第一个级别为混行车道，即公交车和其他机动车都可以使用。这种车道具有易于实现，充分利用道路资源的特点。第二级车道为路外侧专用车道，这也是最常见的专用车道。这种车道对乘客的上下车来说十分便捷，但是这种车道同时会受到出租车上下客的干扰，并且没有充分利用道路资源。而第三级专用车道为路中央专用车道，这种车道不会受到其他车辆的干扰，但是需要搭建专用乘车站台。第四级专用车道为封闭式公交车专用道，这种车道不仅能够保证公交车不会受到其他车辆影响，而且行进的路面状况也会得到保障。但是这种车道的建造成本往往很高，且不易于建造。
（二）快速公交BRT系统的智能系统。快速公交BRT系统包含了动态调度系统，辅助车辆驾驶技术系统，信号优先系统以及乘客出行信息服务系统。动态调度系统能够通过车辆定位从而实现测量的动态调度。辅助车辆系统是通过车辆的自动导向技术使车辆在行驶过程中保持平稳，保证车辆行进过程中的安全。信号优先技术是靠网络控制车辆技术从而让BRT车辆能够在道路上优先行进。
（三）快速公交系统的站台特点。快速公交系统的站台与传统站台不同，它采取了封闭式站台，因此可以在站台内部安装天线，从而接受和传输高速信号。而且在快速公交系统的站台上拥有LED看板，从而让乘客能够清晰的了解到需要乘坐的车辆信息。
二、影响BRT系统覆盖的因素
（一）无线承载对于BRT系统覆盖的影响。在固定的TD-LTE系统载波带宽下无线承载数量也是固定的，而每个无线承载的频带宽度也是相同的。为了让每个用户都能够使用到这些资源就需要对系统承载进行改变，因此频带宽度和无线承载也会发生改变。在这样的情况下，资源的变化会引起带宽也进行变化，所以让用户使用网络时速率会发生影响，也会对覆盖程度进行影响。
（二）调制编码方式对BRT系统覆盖的影响。目前我国普及覆盖的网络系统为2G和3G系统。而TD-LTE系统主要采用了高阶调制的方式，在这种调制方式下，编码率十分的丰富。所以在这种情况下，如果用户在固定无线承载情况下能够将调制等级降低，那么编码率也能够随之降低。在编码率降低的情况下，TD-LTE系统可以覆盖的更远。由于城市快速公交BRT系统主要覆盖的地域有所不同，所以可以在调制编码方式上进行改变，从而改变TD-LTE的覆盖范围，让所有乘客都能够享受到TD-LTE系统覆盖。
（三）天线类型对于BRT覆盖的影响。目前TD-LTE最主要是使用了MIMO天线为系统提供增益。各种天线配置下的增益不同从控制信道上来讲，上行控制信道在2天线下的接收分集增益为3db，在8天线下的分集增益为8db。而下行控制信道8天线相对于2天线的覆盖增益为-1.5db。从业务信道上来讲，上行业务信道的接收分集增益在2天线情况下为3db，在8天线下的情况下为8db，而下行业务信道的赋形增益在2天线的情况下为0db，在8天线下的赋形增益为5db，而8天线相对于2天线的覆盖增益为3.5db。因此可以根据快速公交BRT系统的路线，以及城市公交情况的实际状况进行天线的选择。
（四）TD-LTE基站对于BRT覆盖的影响
对于TD-LTE系统覆盖来讲，基站建设与各基站的协调直接决定了快速公交BRT覆盖的质量。在几代通信网络的建设和优化实施过程中，我们积累了丰富的经验，各类技术方案和手段都趋于成熟。借鉴以往在快速公交BRT系统中实现2G/3G网络覆盖的经验，在该特殊场景下实现TD-LTE网络覆盖最为重要的一点是需要多建设TD-LTE基站。
三、BRT系统下进行TD-LTE覆盖的方案
（一）BRT系统覆盖的总体方案。在总体覆盖上，可以在城市内每个公交站台附近进行4G基站的铺设，快速公交系统需要的公交站台数量巨大，如果只采取多频分合路器来将每个基站的信号进行合并很容易会出现信号互相干扰的问题。所以可以采取用不同的多频分合器将信号进行分合。从具体方法上讲，如果是第一级，第二级和第三级的专用道路可以使用宽带全频天线来进行覆盖，具体可以在道路两旁的路灯，交通灯上进行安装。天线间距一般为1.25米左右，并且要注意应该垂直放置。对于第四级专用道路则可以采用泄漏电缆的方式进行覆盖，实现区间无线信号的覆盖。具体方法为铺设上行电缆和下行电缆，综合考虑建设成本，选取在合理的距离内设置节点。而为了保证在区域间的信号切换质量优秀，可以将信号源的距离控制在500米左右。
（二）解决频率问题的具体方案。在TD-LTE系统下的各种通信系统工作频段都不同，因此可以根据各种不同的频率对频率源进行要求。而在频率资源足够多的情况下也可以使用较低的频段来解决道路覆盖以及车内的频率源少，信号差的问题。例如在A地区使用的频段为1号频段，信号传输到B地会有一定量的损耗，此时可以将1号频段减弱，那么由A地传入到B地的损耗也会减弱，这样可以提升功率使用的效率，成本也不高。但是如果频率资源较少而又处于人员较为密集，无法建立频率资源的情况下，则可以将频率增强，由A地发射一个频段十分高的信号，传入B地后会有一定量的损耗，但是由于信号本身十分强，那么在B地虽然有损失但是强度仍然足够乘客使用。但是这种方法需要增强频率，对于通信上来讲成本较高。
（三）对于基站数量的解决方案。为了保证用户可以在乘车过程中随时都能使用4G移动通信，可以在城市内多造基站，保证BRT系统内的4G信号强度。但是这种方法成本十分巨大，而且城市内土地较少，定址困难，因此可以考虑采用多站型部署的方法。TD-LTE系统的基站具体可以分为中继站，微微基站，微基站和宏基站。在人员密集，土地缺乏的地区可以部署微微基站。例如可以在第一级专用道路上部署微微基站，这种道路由于往往处在市中心，无法部署宏基站。而在第二级，第三级专用道路上，虽然土地较为稀缺，但是人员较第一级道路少些，所以可以使用微基站。而在站台等地区由于地址固定且没有较大的信号需求，因此可以使用中继站，在中继站的帮助下实现乘客的通信需求和在展台上显示公交车信息的功能。对于第四级专用道路来讲，这种道路所处地区普遍人员较稀少，土地资源也较多，因此可以建立宏基站。（四）天线类型的选择。天线类型对于信号增益显得至关重要，因此选择合适的天线对于在快速公交系统中的TDLTE覆盖很有帮助。从控制信道上来讲，上行最好是选择8天线，因为8天线在上行情况下比2天线信号强度要好些。而在下行8天线的信号强度比2天线低。而从业务信道来讲，8天线的上下行都比2天线的信号强度要好。因此可以就这种特性来选择快速公交系统采用的天线类型。
四、结语
随着我国社会的快速发展，移动通信技术得到了长足进步，而公交系统也在向快速公交，智能公交的方向普及。因此，如何在快速公交系统上覆盖目前先进的TD-LTE系统成为了通信行业需要解决的重要问题。而目前覆盖TD-LTE系统需要解决的问题主要是在信号强度，基站建设，天线类型的选择上。在信号强度上，可以通过在不同的多频分合器来让快速公交系统上的每条道路都覆盖上TD-LTE网络，并且通过减少信号频率的方法来让信号衰减减少，使得乘客所接收到的信号都较为优秀。而在天线选择上，可以通过对快速公交系统线路上信道类型的调查来进行选择。
参考文献
[1] 周伯慧，李新，许宁等.TD-LTE覆盖能力分析及提升解决方案[J].电信工程技术与标准化，2012，25（7）：23-27
[2] 肖清华，杨春德，张堃等.TD-LTE覆盖能力综合分析[J].邮电设计技术，2012，（1）：14-20
[3] 孙彦超，李校林，李大龙等.TD-LTE网络规划覆盖分析[J].数字通信，2013，40（6）：12-16