鐵路站場綜合無線通信技術研究

謝衡元

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

鐵路站場綜合無線通信技術研究

謝衡元

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

鐵路站場是車站進行各種技術作業的場地，站場無線通信系統是鐵路車站運輸安全及調度指揮的重要手段。目前，各種業務分別獨立建設無線通信系統，致使站場無線通信技術制式也多種多樣，設備設置分散，并分別分屬各個業務維護及管理部門，不利于提高鐵路運輸生產效益。對現有的無線通信系統進行簡要介紹，通過分析鐵路無線通信技術業務接入能力和技術特性，從安全可靠、多業務適應性、易集中維護和管理方面考慮，提出未來站場綜合無線通信技術選擇建議，供未來鐵路站場或編組站綜合自動化改造建設項目參考。

站場；綜合；無線；通信；技術；選擇

目前，我國鐵路站場無線通信系統主要有450 MHz無線列調系統或GSM-R數字移動通信系統、400 MHz和150 MHz無線電臺對講通信系統。在鐵路編組站綜合自動化改造中，為了實現綜合自動化車地間信息傳送，編組站還采用WLAN無線局域網系統或400 MHz數字集群系統實現車地無線通信。

隨著站場各類業務的自動化、智能化改造，對站場無線通信需求也逐漸增多，現有的站場常規無線通信系統受限于頻點不夠、技術落后、組網分散等問題。在未來站場自動化改造中應該選擇一種技術先進、高帶寬的無線通信技術構建站場綜合無線通信系統平臺，為站場多業務提供服務，減少重復投資建設，盡可能的集中維護和管理。因此，針對未來鐵路站場業務發展需要，非常有必要對未來站場綜合無線通信技術進行研究和選擇。

1 站場無線通信系統現狀概述

鐵路站場無線通信主要有列車無線調度通信和其他專用無線通信系統構成。其中，其他專用無線通信系統主要包括站場常規無線通信、公安常規無線通信系統等。

現階段，列車無線調度通信主要采用GSM-R數字移動通信系統或450 MHz列車無線調度通信系統實現，同時承載的無線車次號校核信息傳送、調度命令信息無線傳送、列車尾部安全防護裝置信息傳送等。

站場常規無線通信主要是根據各站場的性質和日常運輸作業需求設置，為站場的流動作業人員之間、流動作業人員與固定作業人員之間提供無線對講通信和信息傳送。站場常規無線通信業務主要有站場無線調車、貨運、列檢、客運、養護維修等業務，主要采用400 MHz和150 MHz無線電臺和終端設備實現。編組站采用WLAN無線局域網系統或400 MHz數字集群系統實現車地間綜合自動化信息無線傳送。編組站作為鐵路技術作業業務較多的站場，大部分編組站是450 MHz無線列調系統、GSM-R數字移動通信系統、400 MHz和150 MHz無線電臺通信系統、WLAN無線局域網系統或400 MHz數字集群系統并存，實現車地間不同業務語音無線通信和數據信息傳送。

鐵路站場無線調車通信系統主要采用400 MHz專用頻點的無線電臺、機車臺、手持終端構成，不僅提供語音通信，還提供無線調車數據信息傳送，并且要求實時性很高。一般情況每個調車機配置1個專用頻點，無線信號覆蓋該調車機技術作業區域。隨著鐵路站場綜合自動化改造，將可實現調車單自動化、智能化作業，作業信息實時無線傳送。

站場內的貨運、列檢、客運、養護維修等業務分別采用400 MHz專用頻點的無線電臺、手持終端構成，主要提供語音對講通信。隨著鐵路站場逐步實現信息化運營管理需要，將來在調車計劃、調車作業監控、養護維修、貨檢/商檢/車號等業務系統中，不僅需要提供無線語音對講通信，還需要提供數據信息無線傳送。

2 鐵路站場無線通信技術運用及發展

目前，根據鐵路總公司的技術政策，無線列調通信主要選擇450 MHz無線通信系統和GSM-R移動通信系統之一。站場常規無線通信主要采用400 MHz無線電臺、400 MHz數字集群等實現站場各類業務的無線通信。

隨著無線通信技術發展，450 MHz無線電臺在鐵路列車無線調度通信系統應用中將逐漸被其他技術替代。鐵路總公司將LTE無線通信技術作為下一代鐵路列車無線調度通信技術正在展開應用技術研究。

2.1 數字無線電臺應用

目前，鐵路常用的數字無線電臺主要有450 MHz、400 MHz數字無線電臺。450 MHz數字無線電臺主要用于普速鐵路列車無線調度通信、調度命令和無線車次號校核信息傳送，400 MHz數字無線電臺主要用于站場常規無線通信。國家規定給鐵路的450 MHz、400 MHz頻點有限，需要各鐵路局申請額外頻點才能滿足站場無線對講業務需求。

鐵路總公司鐵運函[2014]31號要求，貨車列尾裝置可采用GSM-R/400 MHz雙模列尾裝置，在非GSM-R鐵路區段，列尾無線通信使用400 MHz頻率；站場無線調車繼續使用鐵路專用的400 MHz頻段頻率。在編組站，規劃分配的400 MHz專用頻率資源不足，無法滿足運用需求時，由各鐵路局無線電主管部門負責向屬地省級無線電管理部門申請400 MHz額外的頻率。對于當前使用450～470 MHz頻段頻率用于鐵路養護維修、生產組織、監控監測、公安保衛、應急保障等各類區域性普通無線電對講通信業務，應結合更新改造退出450～470 MHz頻率。需要繼續使用的業務，由鐵路局統一向屬地省級無線管理部門申請400 MHz、150 MHz、160 MHz的頻率。鐵路總公司規定，對涉及車地人員之間相互通信的業務，為簡化終端設備的配置，宜優先規劃申請400 MHz頻率，以便與總公司規劃的跨局通信業務頻率工作在同一頻段。

站場所有業務采用無線電臺通信，則會造成無線設備設置分散、數量多、無法集中維護和管理。而且，無線電臺通信不適應高速率、高帶寬的車地數據信息業務傳送，不能滿足未來站場的自動化、智能化、高帶寬業務發展需求。

2.2 數字集群無線通信技術應用

集群通信，即無線專用調度通信系統，早期，集群通信從“一對一”的對講機形式、同頻單工組網形式、異頻雙工組網形式以及進一步帶選呼的系統，發展到多信道用戶共享的調度系統，并在政府部門、警務、鐵路、地鐵、電力、民航等各行各業的指揮調度中發揮了重要作用。

國際上數字集群調度系統主要有TETRA、iDEN和FHMA 3種較為先進的技術體制，由于這3種技術體制構成的無線通信系統互通性不太理想，主要用于地鐵、航空、公安等專網應用，未在鐵路領域獲得推廣應用。

近年來，隨著數字移動無線電標準（DMR）制定，我國無線設備供貨商根據數字移動無線電標準（DMR）為各企業用戶提供DMR數字集群系統設備。DMR標準是完全公開的標準，國內擁有眾多供應商支持， 國內設備廠家生產的400 MHz的DMR數字集群系統已在部分鐵路站場獲得應用。鐵路使用的400 MHz的DMR數字集群系統主要采用403～470 MHz頻段的專用頻點，通過數字通道實現基站與IP控制服務器間的連接，控制臺、運用服務器與IP控制服務器連接，構成站場無線通信平臺，可提供同頻單工或異頻雙工方式，根據站場業務特性要求進行業務與頻點綁定，也可以各業務采用公共頻點通信。

400 MHz的DMR數字集群無線通信系統主要功能是實現移動人員間點對點對講功能，以及移動終端與固定終端或移動終端與移動終端間的點對點低速率數據信息傳送。站場所有業務采用400 MHz集群無線通信，其無線設備可以集中設置、減少設備數量、并能集中維護和管理，最適用于解決站場平面調車業務和無線對講業務，以及綜合自動化SAM系統車地信息傳送。但是，不適應高速率、高帶寬的車地數據信息業務傳送，頻點也受限于國家規定給鐵路的400 MHz頻點，系統能提供的業務容量有限。

2.3 GSM-R移動通信技術應用

GSM-R數字移動通信技術作為中國鐵路列車無線通信主要采用的技術，鐵路總公司已建立了一整套相關標準和規定。在中國高速鐵路、客運專線、重載鐵路、城際鐵路或部分普速鐵路均選擇GSM-R數字移動通信技術構建鐵路無線通信系統，主要用于列車無線調度語音通信，以及調度命令、車次號校核、列控信息、機車同步操控等數據信息傳送。

GSM-R系統包括移動交換子系統（SSS）、移動智能網子系統（IN）、通用分組無線業務子系統（GPRS）、無線子系統（BSS）、無線終端、運營與支撐子系統（OSS）等部分。其中，移動智能網子系統（IN）由鐵路總公司統一設置2套，互為冗余，作為全路GSM-R系統共用。在鐵路總公司各鐵路局設置移動交換子系統（SSS）、通用分組無線業務子系統（GPRS）、運營與支撐子系統（OSS）各1套設備，根據用戶需求在鐵路沿線、車站、樞紐設置無線子系統（BSS），配置相應的無線終端設備。

雖然，GSM-R數字移動通信系統可以實現鐵路沿線和車站統一的綜合無線通信系統平臺，提供列車無線調度通信、站場常規無線通信語音和低速數據信息傳送，設備能集中維護和管理。但是，由于GSM-R數字移動通信系統的頻點有限，站場所有業務采用GSM-R的系統實現會造成信道占用很大，現有的頻點不夠使用，當站場靠近正線鐵路或通過正線列車時，會對列車調度指揮系統產生影響。因此，GSM-R數字移動通信系統未被全面應用于站場常規無線通信業務。目前，只能適用于解決站場部分語音業務，以及低速率、時延要求不高的數據信息傳送。

2.4 WLAN 無線局域網技術應用

WLAN無線局域網是指利用無線通信技術在一定的局部范圍內建立的網絡，屬于計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。WLAN無線局域網技術使用戶擺脫各種線路的束縛，可以隨時隨地接入網絡。WLAN（Wi-Fi）無線通信可采用2.4 GHz或者5.8 GHz通信頻段。

在鐵路領域，WLAN無線局域網技術主要應用在編組站綜合自動化車地數據信息無線傳送。采用2.4 GHz頻 段 和IEEE802.11g、IEEE802.11n標準的設備進行組網，實現綜合自動化CIPS調機業務等信息傳送需求。綜合自動化WLAN無線局域網系統主要由WLAN終端設備、接入點設備（AP）、接入控制點設備（AC）、PORTAL服務器、RADIUS認證服務器、用戶認證信息數據庫、業務運營支撐系統等組成。

由于WLAN無線局域網頻點是公眾頻點，將會受到外界終端設備的干擾，列車遮擋物影響，以及缺乏站場無線對講業務、無線調車等業務的終端設備支持。因此，WLAN無線局域網不適用于涉及行車安全的鐵路調車業務，不適應未來站場業務發展需求。

2.5 LTE移動通信技術應用

LTE移動通信技術是鐵路下一代寬帶無線通信技術發展方向，比較適用于寬帶數據信息無線傳輸。LTE有TD-LTE與FD-LTE兩種不同的制式，雖然總體上都滿足大帶寬的數據通信需求，但也存在很多不同。FD-LTE是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發送，依靠頻率來區分上下行鏈路。TD-LTE是用時間來分離接收和發送信道，接收和發送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載，可以根據上下行的數據大小動態進行分配，對于頻率信道的利用率更好。未來鐵路移動通信采用TDLTE的概率較大。

目前，在朔黃鐵路已引入TD-LTE集群技術應用于列車同步操控、列車無線調度通信系統構成；在部分鐵路局站引入TD-LTE集群技術應用于站場貨檢、車號等無線對講和作業信息傳送；在鄭州地鐵引入TD-LTE集群技術用于車地間PIS信息和視頻監控圖像傳送。

工信部根據《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》及我國頻譜使用情況，確定使用1 447～1 467 MHz頻段建設時分雙工（TDD）工作方式的寬帶數字集群專網系統。而1 785～1 805 MHz頻段，則主要用于本地公眾網接入，對確有需要的本地專網也可用于無線接入，具體頻率指配和無線電臺站管理工作，由各省、自治區、直轄市無線電管理機構負責。在同一地區給一具有無線接入業務經營權的公眾網運營商或專網單位指配的頻率寬帶一般不超過5 MHz。未來，在鐵路領域，可以考慮申請使用1 785～1 805 MHz頻段的5 MHz帶寬用于站場無線通信業務。

TD-LTE支持1.8 G/1.4 G/400M專用頻段，覆蓋增強算法、高增益定向天線、高終端發射功率，多方式天線組網。TD-LTE移動通信系統移動性好，支持350 km/h，具有完善的QoS業務保障，可二次開發定制終端、調度臺、無線通信模塊等；可提供調度通信語音業務、低速率或高速率數據信息傳送業務，是一個比較完善的綜合無線通信系統解決方案。

LTE移動通信技術在鐵路調度通信業務中的應用正在研究開發階段，在站場或編組站中的無線調車、無線對講、綜合自動化信息無線傳送系統中尚未被應用開發。

3 未來站場綜合無線通信系統技術選擇

站場或編組站作業范圍比較獨立，技術作業業務較多，綜合上述幾種無線通信技術應用介紹，以及應用于站場多種業務情況下的可適用性進行分析，結合無線通信技術發展，選擇TD-LTE移動通信技術作為未來站場綜合無線通信技術。TD-LTE移動通信技術已在鐵路和地鐵領域獲得應用，具有技術實用性和先進性，系統安全可靠，具備集中監測和維護管理，能滿足站場各類業務綜合承載能力和未來各業務信息化、智能化發展需求。鐵路局可以申請使用1 785～1 805 MHz頻段的5 MHz帶寬合法頻點用于站場無線通信業務。

站場無線通信使用TD-LTE數字集群系統，可將公網MME、HSS、S-GW以及P-GW等多個網元合并為一個網元eCN，使其小型化，降低核心網成本，可以有效的節約近期工程投資，為將來鐵路正線引入LTE移動通信系統應用預留互聯互通條件。

TD-LTE數字集群通信系統主要由核心網節點、無線子系統和無線終端組成。其中，核心網節點設置TD-LTE核心網設備，核心網設備通過交換機等設備與各種業務應用服務器相連；無線子系統根據站場覆蓋和業務需求在鐵路站場內設置，無線子系統設備包括LTE基站設備BBU（Base band Unit）和RRU（Radio Remote Unit）設備；根據需要配置相應的無線終端。TD-LTE系統組網方案結構如圖1所示。

4 結束語

TD-LTE數字集群技術可以滿足站場各類業務需求，可承載大部分站場業務。但是，TD-LTE 網1.8 G頻點需要申請，各鐵路局能否申請到TDLTE網1.8 G頻點是該技術應用于鐵路站場的關鍵問題。

目前，采用TD-LTE數字集群通信系統實現站場無線調車業務和編組站綜合自動化業務，沒有成熟的應用服務器設備、調車終端設備和機車臺設備支持，有待研發相關產品和終端設備，對調度通信功能、信息傳送時延等是否滿足站場業務需求，需要結合實際應用和終端設備有待進一步試驗測試驗證。

Trains need to implement technical operation in railway stations and yards, so the wireless communication system for stations and yards is an important means for transportation safety and train dispatching and commanding. At present, every service needs to set an independent wireless communication system, as a result, different wireless communication technical systems and decentralized equipment are set and belonged to different maintenance and management departments, which is not good for improving railway transportation efficiency. The paper introduces the existing wireless communication systems, and puts forward the suggestion of adopting the comprehensive wireless communication technology for various operation in stations and yards in the future through analyzing the access capability of wireless communication services in terms of the safety and reliability, multiservice adaptability, easy maintenance and management, for providing reference for reconstruction of railway stations and yards or of automation of marshalling stations.

station and yard; comprehensive; wireless; communication; technology; selection

圖1 TD-LTE數字集群通信系統構成示意圖

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.03.007

2015-03-01）

北京全路通信信號研究設計院有限公司科技研究課題項目（2300-K1140026.01.05）