張昊

【摘要】將TD-LTE網(wǎng)絡(luò)引入鐵路貨場，以達(dá)到提高作業(yè)效率的目的。本文以在建的沙良貨場為例，通過對WLAN系統(tǒng)及TD-LTE系統(tǒng)方案的討論，對比各個系統(tǒng)的優(yōu)缺點。此外，利用LTE系統(tǒng)級仿真，論證了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的可行性。

【關(guān)鍵詞】鐵路貨場 TD-LTE WLAN 系統(tǒng)級仿真

一、引言

近年來，鐵路貨運業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，各地區(qū)開始了鐵路物流園區(qū)及貨運車站的建設(shè)熱潮。同時，隨著鐵路貨場場區(qū)面積的不斷擴(kuò)大，管理難度成倍增加。為了解決大型貨場的管理問題，以及確保高效的貨運作業(yè)效率，利用信息化、發(fā)展信息化變得尤為迫切。

傳統(tǒng)上，一個中型貨場作業(yè)的調(diào)度、指揮幾乎全靠人力完成。例如，當(dāng)一輛拉著集裝箱的卡車進(jìn)入場區(qū)之后，作業(yè)人員首先需根據(jù)集裝箱箱號查詢該車的裝卸作業(yè)地點，通過告知司機(jī)、路標(biāo)引導(dǎo)該車去往相應(yīng)位置完成裝卸作業(yè)，往往由于司機(jī)對于場區(qū)的不熟悉，以及裝卸流程銜接的不緊密，作業(yè)效率十分低下。

隨著信息化產(chǎn)業(yè)不斷深入發(fā)展，部分大型貨運站、物流園區(qū)引入了WLAN系統(tǒng)，通過在場區(qū)內(nèi)布置WLAN熱點，并為集卡車輛配置車載終端，為作業(yè)人員配置手持終端，通過網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，圖形化的引導(dǎo)司機(jī)行駛，并通過無線網(wǎng)絡(luò)下達(dá)調(diào)度命令，使得作業(yè)銜接更加緊密，以達(dá)到提高作業(yè)效率的目的。

然而，WLAN系統(tǒng)的建設(shè)有著其致命的弱點，即土建工程耗費巨大。由于WLAN熱點覆蓋范圍較小，需要在場區(qū)內(nèi)星形撒布大量AP，光纜的敷設(shè)、電桿的樹立不可避免。對于一些已建成的場區(qū)，當(dāng)需引入無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋時，往往由于無施工條件而不得不放棄。

在移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展日臻成熟的今天，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)因其較高的頻譜利用率，較強(qiáng)的抗干擾性能，以及相對簡單的工程，越來越受到人們的歡迎。因此，將TD-LTE網(wǎng)絡(luò)引入鐵路貨場或物流園區(qū)，是有必要且有著顯而易見優(yōu)勢的。

二、TD-LTE網(wǎng)絡(luò)概述

LTE（Long Term Evolution）由第三代數(shù)字通信3G演進(jìn)發(fā)展，并對3G的空中接入網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。在20MHz頻譜帶寬下行峰值速率可達(dá)到lOOMbps、上行速度可達(dá)到50Mbps。LTE按照傳輸方式的不同，可分為TDD和FDD兩種雙工方式，即分為TDD LTE（即TD-LTE）和FDD LTE。TD-LTE采用正交頻分復(fù)用OFDM傳輸方式和多輸入多輸出MIMO技術(shù)，從而提高小區(qū)容量，降低了系統(tǒng)延遲。

三、TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在沙良貨場中的應(yīng)用

沙良貨場位于呼和浩特市賽罕區(qū)黃合少鎮(zhèn)沙良村，項目北側(cè)為沙良車站和既有鐵路，西側(cè)為道路和農(nóng)田，南側(cè)、東側(cè)為農(nóng)田。主要建設(shè)內(nèi)容為1個整車作業(yè)區(qū)、1個集裝箱作業(yè)區(qū)、1個大長笨作業(yè)區(qū)及1個特貨作業(yè)區(qū)，貨場共建設(shè)設(shè)4個線束8條裝卸線，車站新建到發(fā)線11條。根據(jù)地區(qū)貨源調(diào)查分析及呼和浩特地區(qū)鐵路集疏運節(jié)點規(guī)劃，沙良貨場今后貨物集疏運品主要為乳制品、集裝箱以及特貨、快貨及生活物資等，規(guī)劃近遠(yuǎn)期到發(fā)貨運量將達(dá)到550萬噸，遠(yuǎn)期將達(dá)到1040萬噸。本工程投資估算總額為9.54億元，占地1830畝。

沙良貨場衛(wèi)星圖俯瞰如圖1所示，該貨場近似于一個長邊1700m、短邊1300m、高400m的等腰梯形。按照一般TD-LTE基站覆蓋范圍3km考慮，如需在場區(qū)內(nèi)完全覆蓋網(wǎng)絡(luò)僅僅需要一個基站。即使考慮到在新建沙良貨場南側(cè)還規(guī)劃建設(shè)有大面積的物流園區(qū)，一個TD-LTE基站基本上滿足了近期網(wǎng)絡(luò)的需求。

假設(shè)TD-LTE基站位于梯形短邊的中心線上，我們將通過系統(tǒng)仿真論證小區(qū)內(nèi)某用戶的平均吞吐量。

系統(tǒng)級仿真是解決LTE網(wǎng)絡(luò)模擬仿真的最有效手段之一，系統(tǒng)級仿真依賴于鏈路級仿真結(jié)果，通過將整個LTE系統(tǒng)以及各個鏈路的仿真集成于一個平臺，通過將整個LTE網(wǎng)絡(luò)的工作過程精確到TTI中的仿真，達(dá)到模擬整個LTE網(wǎng)絡(luò)的效果。在本案例的模擬中，通過計算小區(qū)內(nèi)隨機(jī)撒布的20個點在每個TTI中的吞吐量的統(tǒng)計平均，來得到整個LTE小區(qū)中各個點的平均吞吐量。其中每個點稱之為drop。仿真參數(shù)如表所示。

利用MATLAB繪制小區(qū)內(nèi)各drop點的平均吞吐量如圖2所示。從圖中可以看出，在距離小區(qū)中心500m的范圍內(nèi)，用戶的平均吞吐量大于50Mbps，距離小區(qū)中心lOOOm的范圍內(nèi)，用戶吞吐量大于25Mbps。

在沙良貨場中，大部分的作業(yè)區(qū)域處于距離小區(qū)中心500m的位置，通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，TD-LTE應(yīng)用于沙良貨場建設(shè)是十分具有可行性的。

四、TD-LTE與WLAN網(wǎng)絡(luò)的對比

在沙良貨場的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案中，如果采用WLAN技術(shù)，按照一個AP熱點覆蓋半徑150m考慮，由于需要完全覆蓋，必須使得圓形覆蓋有一定的重疊區(qū)域，則場區(qū)內(nèi)共需建設(shè)AP熱點大約在16-20個之間。工程量差別的巨大讓TD-LTE方案優(yōu)勢叫顯

TD-LTE還具有一個WLAN網(wǎng)絡(luò)絕對沒有優(yōu)點，即靈活的調(diào)度能力。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)采取中心控制，可靈活設(shè)置不同手持終端的接入優(yōu)先級別，使得網(wǎng)絡(luò)頻譜的劃分更加科學(xué)，保證重要業(yè)務(wù)的頻譜占有率，也大大提高了現(xiàn)場作業(yè)的安全性，消除了重要調(diào)度命令由于網(wǎng)絡(luò)堵塞而不能及時下達(dá)的隱患。不僅僅如此，從全局的角度來講，科學(xué)的調(diào)度使得網(wǎng)絡(luò)資源不會大量閑置，在WLAN網(wǎng)絡(luò)中，處于不同位置的AP熱點往往承載著截然不同的網(wǎng)絡(luò)壓力，例如在作業(yè)繁忙區(qū)域，AP熱點的接入能力不堪重負(fù)，而在部分區(qū)域，僅僅只有極少的業(yè)務(wù)流量，這樣大大降低了頻譜利用效率。

此外，WLAN網(wǎng)絡(luò)對于移動性的支持相比TD-LTE劣勢明顯，同樣以沙良貨場為例，一輛集卡車輛從大門進(jìn)入開始接入WLAN網(wǎng)絡(luò)，直到進(jìn)入集裝箱貨區(qū)，共需經(jīng)過10個左右的WLAN覆蓋區(qū)域，這意味著車載終端共需經(jīng)歷10次左右的硬切換，這并不具備可用性。

不過，相比于TD-LTE，WLAN網(wǎng)絡(luò)也有其不可比擬的優(yōu)點，例如AP設(shè)備價格低廉，數(shù)據(jù)速率高，終端應(yīng)用成熟等等，WLAN網(wǎng)絡(luò)與TD-LTE是可以共存的，對于室內(nèi)以及作業(yè)量較大的區(qū)域，WLAN網(wǎng)絡(luò)可以視作TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充。

五、結(jié)論與展望

通過對沙良貨場的工程實踐分析，結(jié)合計算機(jī)模擬仿真，可以發(fā)現(xiàn)，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)對于在特定區(qū)域下的網(wǎng)絡(luò)覆蓋具有其他方案不可比擬的優(yōu)勢。尤其是對于一些既有的、日常作業(yè)繁忙的鐵路貨場，利用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)可以大大提升其作業(yè)效率，并且易于搭建，施工期間不會影響場區(qū)的正常作業(yè)。

LTE網(wǎng)絡(luò)的能量不僅僅如此，隨著LTE-A的繼續(xù)演進(jìn)，現(xiàn)有TD-LTE網(wǎng)絡(luò)還有巨大的提升空間。尤其是波束賦形、CoMP等技術(shù)，在鐵路場景下有著更好的應(yīng)用前景。