通信技術在高鐵方向的發展與演進

趙軍

【摘要】 高鐵已經成為了我國重要的交通運輸工具。高鐵憑借高速這個優勢，為我國的交通運輸提供了極大的便利。然而正是由于高鐵的高速性，其對于通信技術也有著很高的要求。本人對通信技術在高鐵中的應用進行了概述，并梳理了通信技術在高鐵領域的應用演變，探討了通信技術在高鐵領域的發展。

【關鍵詞】 通信技術 高鐵 GSM-R系統

高鐵在我國的發展非常迅速，推動了社會經濟的發展，然而由于高鐵的高速性，通信技術在高鐵領域的應用一直是一個技術難點。為了提高通信技術在高鐵領域的應用水平，本人根據多年實際工作經驗，分析了通信技術在高鐵領域的應用演變和發展，希望能夠為其高鐵領域的通信技術發展提供一些參考。

一、通信技術應用于高鐵的概述

1.1通信技術在高鐵領域的應用

通信技術在上世紀六十年代左右就已經應用于我國的鐵路交通領域之中。隨著高速鐵路在我國的迅速發展，通信技術在高鐵中的應用已經不再局限于在傳統鐵路交通領域中公務移動聯系、區間調度、應急通信等作用[1]。高鐵要求通信技術能夠高效的監控和傳輸各種數據，實現管理和控制“人機對話”。

高速鐵路系統中的“人機對話”的核心還是人對高速列車的管理。通信技術要在高鐵中的應用要能夠實現技術設備的檢測、行車指揮自動化、列車控制自動化、對維修系統進行整備和控制、自動診斷故障、自動防護與報警、應對災害和事故以及進行恢復和救援等等。

1.2通信技術在高鐵領域應用的特點

①通信技術與多領域之間實現滲透與融合，包括行車組織現代化、行車安全等領域。

②在高鐵信號系統中，其通信技術的設計思想貫徹了集散控制和綜合集成的思想。

③通信技術在高鐵領域的應用已經成為保障高鐵調度質量和高鐵調度中心安全管理的重要手段。

④在管理決策方法上采取了“人機對話”的管理模式。“人機對話”模式能夠以現代化的通信技術完成對系統運行信息的準確、及時的反饋、采集和處理，實現信息資源的共享。

二、通信技術在高鐵領域的應用演變

通信技術在鐵路領域的應用經歷了從模擬通信階段、集群通信階段到GSM-R網絡通信階段的演變。當前在高鐵領域中，以GSM-R網絡為主要的的通信技術[2]。GSM-R是專門為鐵路系統而開發的，能夠實現對鐵路系統的控制和調度。GSM-R在高鐵環境中能夠適用，并在高鐵領域中不斷的發展。

2.1 GSM-R系統的演變階段

在高鐵領域的GSM-R的演變和發展經歷了三個基本階段，也就是技術實驗階段、GSM-R系統測試階段以及最后的工程實現階段[3]。我國的GSM-R系統規劃也經歷了三個演變階段。在第一階段，要全面建設高鐵的信息化，使通信系統與移動系統能夠實現同步。為下一步的發展奠定基礎。在第二階段GSM-R網絡要能夠實現與高鐵CTC系統的同步，為高鐵提供準確、穩定的語音服務。在第三階段，我國要完成新建高鐵項目與GSM-R達到同步，對重復建設的現象予以避免。

2.2高鐵對于通信技術演進的要求

我國建設高鐵的步伐正在不斷的加快，高鐵的速度也在不斷提升，其對通信技術的演進提出了更高的要求。

①高鐵的控制調度對于通信技術有著更高的要求。高鐵的控制與調度的效率不斷提高，其覆蓋面也更加廣闊，要求通信技術的承載量能夠滿足其需求。

②高鐵系統的安全監控系統對通信技術有著更高的要求。為了提升高鐵的安全監控水平，保障高鐵的運行安全，必須發展更為先進的通信技術。

③高鐵乘客對通信技術有著更高的要求。隨著社會的不斷發展，高鐵乘客要求通信技術要能夠滿足其業務需求，為其提供便利、暢通的通信環境。

三、通信技術在高鐵領域的發展

通信技術在高鐵領域的應用非常廣泛，也經歷了一個演變的過程，傳統的鐵路通信系統GSM-R已經難以滿足高鐵對于通信技術的要求。因此，通信技術在高鐵領域的應用演變形式就是LTE-R代替GSM-R，并不斷完善的過程[4]。

3.1GSM-R技術面臨的發展瓶頸

GSM-R技術在高鐵領域不斷演進和發展，已經成為比較成熟的高鐵通信系統。然而，隨著高鐵的不斷發展以及對通信要求的不斷提高，現有的GSM-R技術在發展的過程中遭遇了一些瓶頸。

①由于GSM-R具有較窄的通信頻譜，上下行頻譜的平均值只有4MHz左右，這就造成GSM-R系統具有較低的數據傳輸速率。而較低的數據傳輸速率明顯不能滿足高鐵對于數據傳輸速率的需要。

②由于通信制式對于GSM-R系統的影響，導致其具有較高的延遲。

③ GSM-R 系統比較容易受到環境和高鐵速度變化的影響，其可靠性和穩定性不佳。高鐵運行的速度快、線路長，運行環境非常復雜，還會面臨很多復雜的地形， GSM-R 系統不能適應高鐵的進一步發展。因此，隨著高鐵的全面發展，通信技術在高鐵方面也需要不斷向前發展，尋找新的突破。

3.2 3G、4G技術的發展

3G技術和局限區域網技術在我國的發展非常迅速。近年來以3G技術為基礎的4G技術也方興未艾，具有較大的發展空間。3G技術的發展實現了移動寬帶接入，并提升了手機用戶接入無線寬帶的速率。然而傳統的3G技術的頻譜效率較低，難以滿足高鐵領域通信技術的需要。因此在高鐵領域的應用中，引進了3G網絡分組接入技術，從而提高了其下載速率。特別是4G技術的發展，為通信技術在高鐵領域的發展奠定了技術基礎。高鐵通信技術的發展將以3G、4G技術作為依托。

3.3GSM-R向LTE-R演進

3G系統的演進為LTE技術在高鐵領域的應用提供了可能。在高鐵領域，LTE-R逐漸代替傳統的GSM-R。LTE系統的優點在于兼容性強、網絡延遲低、服務質量高、傳輸速率快。GSM-R向LTE-R演進包括兩個方面，即平臺演進和業務演進。

①平臺演進。平臺演進由無線和骨干網兩部分組成，。以MSC組網的方式形成骨干網，為GSM-R向LTE-R演進打造良好的平臺，合理配置資源。

②業務演進。在GSM-R向LTE-R的業務演進過程中主要有兩個演進階段。第一階段為了緩解鐵路通信的壓力，特別是緩解繁忙區域的壓力，會出現兩種系統并存的情況。第二階段，逐步實現GSM-R向LTE-R的演進。

由LTE-R替代GSM-R是通信技術在高鐵領域的主要演變趨勢，也是通信技術不斷發展，以滿足高鐵對于通信技術的要求。隨著高鐵業務需求的不斷增加以及高鐵速度的進一步提高，通信技術的發展也將更加迅速。鑒于3G技術有著較高的建設成本，且在通信頻段方面的突破有著一定的難度，為了適應高鐵的發展要求，通信技術在高鐵領域的發展將跨過3G技術，直接由當前的GSM-R系統向LTE-R系統發展，進入高鐵通信技術的4G時代。

四、結束語

隨著高鐵在我國不斷的發展和普及，為我國的交通運輸帶來了新的活力。高鐵對于通信技術的要求高于一般鐵路，通信技術在高鐵中領域的應用也從一個側面推動了高鐵的發展。未來的高鐵業務需求還將不斷增大，高鐵速度還會進一步提升，對通信技術將會不斷提出更高的要求。我們要從通信技術在高鐵領域的演進中不斷總結經驗，把握通信技術在高鐵領域的發展方向。

參 考 文 獻

[1] 連家軍，朱清谷. 高鐵領域的光通信及其發展趨勢分析[J]. 中國新技術新產品. 2010（22）

[2] 于銀輝，劉偉，朱珺. 我國高鐵通信技術的專利分析[J]. 吉林大學學報（工學版）. 2012（05）

[3] 劉志君，康曉濤，張麗麗. 基于狀態空間模型諧波恢復的Tls-Hankel法[J]. 吉林大學學報（工學版）. 2011（01）

[4] 張士兵，章國安，吉曉東. 認知無線電超寬帶多址與抗干擾策略在高鐵領域的應用[J]. 南通大學學報（自然科學版）. 2011（01）