我國鐵路專用移動通信技術發(fā)展探究

楊華勛，梁靜

（柳州鐵道職業(yè)技術學院，廣西柳州，545007）

1 鐵路移動通信技術的發(fā)展背景

隨著我國鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，我國鐵路事業(yè)移動通信頻率資源也取得了一定的成績，形成了GSM-R系統(tǒng)，該系統(tǒng)為各個鐵路之間的通訊指揮工作提供了技術支撐，推進了高速列車運行自動控制等車輛控制系統(tǒng)的有效應用。隨著科技的進步，我國已經(jīng)全面形成GSM-R網(wǎng)絡構架（如圖1），并且與鐵路建設同步發(fā)展。鐵路專用無線電頻率為車輛車號自動識別、衛(wèi)星定位、車輛調度等工作提供了技術支持，推進了鐵路事業(yè)的數(shù)字化、信息化發(fā)展，大大提升了運輸成效，保障運行的安全。當前，我國鐵路公司對鐵路發(fā)展提出了更高的發(fā)展目標，要深度推進高鐵網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合程度，推進智能高鐵的發(fā)展[1]。

2 對鐵路專用移動通信技術應用進行分析

2.1 當前通信技術的應用場景

在列車運行的過程中，通過鐵路系統(tǒng)的移動通信技術可以實現(xiàn)語言的溝通的以及數(shù)據(jù)、圖片的傳輸服務。我們從移動通信技術的應用場景進行分析:在火車站以及車輛檢修廠等地方，通過移動通信技術可以向乘客傳遞列車信息以及車票情況等，工作人員通過電信服務掌握車站內車輛的運行情況以及車輛檢修情況，實現(xiàn)語音以及圖像的傳輸服務。從列車運行路線出發(fā)，通過移動通信服務可以對車輛進行系統(tǒng)的控制，并且在列車運行的過程中可以為列車的調度工作以及預警工作提供相關服務。

(1)鐵路站場。鐵路站場主要包括貨運中心、大型客站以及機車車輛檢修場所等等。主要服務內容由客站管理以及信息的傳遞工作、旅客信息的服務工作以及車輛的編組調車工作等等，為期提供語音服務功能以及監(jiān)測檢測信息傳遞等功能。

(2)鐵路正線。主要服務內容為列車位置信息、客運車之間的信息交互以及公安保衛(wèi)、列車養(yǎng)護修護、列車的位置信息、列車之間的交互信息等方面的語音以及數(shù)據(jù)、圖像等等。

2.2 在鐵路業(yè)務方面的應用

通過移動通信網(wǎng)絡，列車在運行的過程中可以實現(xiàn)調度福，并且可以實現(xiàn)車次核對、列車行速以及車位追蹤等。此外，通過移動通信網(wǎng)絡，可以實時傳遞列車的運行狀況以及各項運行數(shù)據(jù)，可以實時觀察到列車的圖像信息。最后，列車工作人員可以通過通信網(wǎng)絡技術進行語音服務，給乘客朋友們提供便利，提升了列車運行的便捷程度。

(1)行車應用業(yè)務。主要包括列車運行的控制信息、調度命令以及安全防護等方面業(yè)務，為車輛間傳遞提供了通信服務。

(2)運營以及維護應用業(yè)務。主要內容為各類移動物體以及基礎設備是的監(jiān)測檢測信息的傳輸，為車輛的運輸以及養(yǎng)護工作提供了數(shù)據(jù)以及圖像服務。

(3)旅客服務信息應用業(yè)務。為旅客出行提供安全保障，通過物聯(lián)網(wǎng)的應用提升了旅客的使用體驗，增加客運的服務品質。

2.3 電波傳輸以及信息傳輸?shù)念l率

在進行信息傳輸工作時，因為高頻率的寬帶資源較為豐富，并且能夠承載較多的信號，在傳送的過程中頻譜效率較高，這些都是高頻率信息傳輸?shù)奶攸c。而低頻率的傳輸信號傳輸路徑的損耗較低處，如果傳播距離較遠的情況系會出現(xiàn)寬帶資源緊張的現(xiàn)象，由此可以看出低頻率傳輸信號的承載能力較差。面對不同的業(yè)務需求，可以根據(jù)業(yè)務特點來選擇合適的傳送頻率。從電波傳輸理論的角度進行分析，小于1000HZ的電波頻率適合我國當前所構建的正線狀網(wǎng)絡構架，并且可以根據(jù)越區(qū)的轉換來提升通信服務的品質。在建造GSM-R基站時，9000MHZ以下的基站與普通鐵路站之間的距離控制在7m左右，高速鐵路的占據(jù)控制在3m左右。隨著網(wǎng)絡技術的進步，5G時代的到來，在鐵路通信系統(tǒng)中將會出現(xiàn)更高端的頻率，此時電波傳輸?shù)木嚯x將會變得更小，并且基站的建造密度更大。可是在隧道部分，由于特殊的地理環(huán)境，會影響高頻波的正常使用。

(1)根據(jù)無線電波的傳播特性，隨著電波頻率的增加，路徑的損耗也會隨之增加，并且傳播距離越大，多普勒頻移也會隨之增加。因為高頻段頻率寬帶資源較為豐富，所以其承載能力也會隨之增強。與之相反，如果頻率越小，對于路徑損耗將會越來越小，傳播距離也會愈來愈遠。因為當前在低頻段頻率寬帶資源較為緊張，所以在承載能力方面會受到一定的限制，頻譜效率也會隨之減小。

(2)鐵路的站場場景。我國鐵路行業(yè)除了高速鐵路有列車通過，在鐵路站場也會有無線通信應用場景，此時的通信應用場與公眾移動通信所應用的場景相類似，通過站場的通信可采用點，擴大通信所覆蓋的范圍，豐富無線電頻率資源。

2.4 對網(wǎng)絡應用方面進行分析

（1）區(qū)域性專用移動通信。在我國鐵路集團公司范圍內的客貨場，都擁有各種無線通信系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)擁有簡單的網(wǎng)絡組織結構。通過相關部門進行建設部署工作，鐵路局也可以對其進行統(tǒng)一的規(guī)劃與部署。在不同區(qū)域都擁有可利用的無線電頻資源，有效提升了頻譜的利用成效。在技術方面，可以根據(jù)實際應用需求，開發(fā)制定相關的系統(tǒng)化產品。

（2）網(wǎng)路性專用移動通信。通過鐵路運輸調度指揮中心，根據(jù)行車組織的要求以及列車的運行要求，對通信的工作頻率、技術標準以及規(guī)劃部署、業(yè)務模式等方面工作進行統(tǒng)一規(guī)劃與要求，構建全國鐵路移動通信，全網(wǎng)之間可以實現(xiàn)互聯(lián)互通，有效支持各類車載通信的終端，并且對移動端實現(xiàn)跨局指揮與通信。

（3）公眾網(wǎng)的應用與使用。眾所周知，無線電頻譜資源屬于不可再生的國家自然資源，并且不同無線電主管部門所使用的無線電頻率是有限的，不能同時實現(xiàn)鐵路無線通信的所有要求。伴隨移動通信技術的進步與發(fā)展，我國鐵路已經(jīng)利用4G網(wǎng)絡對各類營業(yè)服務以及檢測數(shù)據(jù)等工作提供了各種解決方案，有效解決了網(wǎng)絡安全問題，公眾移動網(wǎng)絡通信對鐵路移動通信進行了補充。

2.5 對技術體制進行分析

當前我國移動通信4g寬帶一同系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成熟，并且擁有全面的IP佳偶，在網(wǎng)絡速率達到峰值時，可以實現(xiàn)1000mb/s。5G技術對4G技術進行了加強與延伸，用戶在使用時速率提升5倍以上，有效增加了各物之間的聯(lián)系。在使用5G關鍵技術時，主要包括天線的陣列以及全頻譜的接入等方面的技術。

(1)專業(yè)技術方面。隨著5G技術的應用，和以往所使用的通信技術相比，5G技術大量增加了天線的數(shù)量，并且進一步加強了信號的接受強度，提升系統(tǒng)的容量以及頻譜效率。其次，相關部門部署了更加密集的無線基站，通過對其進行有效利用，提升了使用成效。最后，調頻與低頻混合，增加了低頻的覆蓋率。進一步發(fā)揮了高頻的優(yōu)點。通過終端的直通技術，有效實現(xiàn)車與人、車與車、車與路之間的聯(lián)網(wǎng)互通工作。

(2)對應用場景進行分析。以往4G技術主要是解決移動寬帶方面的應用，并且加強各個系統(tǒng)之間容量以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)某尚А，F(xiàn)如今5G技術的使用更加關注用戶的移動體驗，并且有效利用互聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)以機器為主的通信工作。

總之，4G技術的主要解決了移動的覆蓋廣域，而5G技術重點為熱點區(qū)域，給用戶們提供更加高速的傳播速率以及更高的流量度[2]。

3 當前鐵路移動通信中存在的問題

3.1 利用頻率較低

隨著社會的發(fā)展，對于移動通信方面的需求也在不斷增加，可是頻率資源是有限的，所以鐵路系統(tǒng)的頻點有所短期。此外，鐵路的公務維修以及線路維修等方面，不同的部門建立了只屬于自己的對講系統(tǒng)，所以對頻率資源造成了浪費。我國大型車站當前以及美歐雷歐使用的頻點，并且相同頻點之間的干擾性較強，對正常使用造成不利影響。

3.2 在無線列調系統(tǒng)方面具有一定的局限性

以往的無線對講設備容量較小，并且可靠性不高，所具備的業(yè)務能力也比較單一，屬于同頻對講系統(tǒng)，在使用方面具有較強的局限性。首先我國的無限裂調屬于同頻通信道單工系統(tǒng)，在使用的過程中同頻之間容易相互干擾，存在大信號抑制小信號的現(xiàn)象，出現(xiàn)阻塞問題。若是發(fā)生特殊情況，一般的業(yè)務會阻塞重要的安全信息，對行車的安全造成不利影響。當前在品面調車方面也存在上述的類似問題。其次，在實現(xiàn)車機聯(lián)控之后，根據(jù)相關規(guī)定的要求，對加入無線列通話的人員有一定的限制，可是在列車的工作人員中，不僅車輛人員擁有手持臺，在機車組等各部門也具有手持臺，對管理工作造成不利影響。并且客車上具有較多的移動端，移動端可以調出列調頻率，影響正常工作的進行，影響列車的行駛安全。最后，列車的無線列調屬于單信道系統(tǒng)，如果鐵路運輸出現(xiàn)高峰期，無線列調除了要完成機車的聯(lián)控調控業(yè)務之外，還要分管車次的傳輸工作等工作，影響機車聯(lián)控工作的可靠程度。在無線列調的組成中，“大三角”通信屬于重要的組成部分，可是在實際使用的過程中該系統(tǒng)的通話量較小，

并且自整個列調系統(tǒng)中占量不足5%，通常接通時長為20s左右。調度員將接受的電話轉接給車展值班室，值班室的工作人員轉接給列車司機，造成“大三角”利用率低下的現(xiàn)象。

3.3 無法滿足當前數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嶋H需求

現(xiàn)代化、高速化是我國鐵路事業(yè)的發(fā)展方向，在列車運行的過程中要采集列車的車次新詞、車輛速度以及機車狀態(tài)等等，之后對收集到的信息進行分析與處理，所以說無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾栽絹碓綇姡斍拌F路系統(tǒng)的常規(guī)無線通訊系統(tǒng)并不具備數(shù)傳的功能，不能滿足發(fā)展的需求。

4 創(chuàng)新發(fā)展與應用方面的認識

4.1 我國寬帶化、IP化演進方向符合國際移動通信技術的發(fā)展方向

在2010年，國際鐵路組織曾發(fā)表關于列車寬帶通信技術方面的報告，早報告中明確提出機車以及鐵路基礎設施的運營與管理要求，并且對管理過程中信息集成一體化的要求逐漸提高。隨著列車在形式過程中軌道系統(tǒng)之間通信要求越來越多，所以當前列車的信息流已經(jīng)超過了房錢GSM-R系統(tǒng)的信息容量。軌跡電信聯(lián)盟對信息移動性以及寬帶通信未來的發(fā)展也提出了明確的要求，通信服務市場應該以語言信息服務數(shù)據(jù)為主要業(yè)務，并且為期建造高質量以及高速路的通信服務基礎。

4.2 在智能鐵路發(fā)展過程中，寬帶移動通信技術是關鍵技術之一

在列車的智慧工作中，無線通信發(fā)揮著關鍵作用，能夠根據(jù)列車的運行情況，有效阻止列車的“冒進信號”事故，大大提升了列車的運輸成效，在車輛運行的過程中有效避免配件出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，對于列車中存在的不安全因素進行有效的防控，保證列車的正常運行。在GSM-R技術運用過程中，鐵路的通信成效得到了提升，并且也為鐵路的發(fā)展、機車的操控技術提供了通信方面的保障。在列車行駛的過程中憑借移動通信來進行調度，實時查看列車的行駛狀態(tài)，改善了以往調度命令中存在的不足。根據(jù)行車憑證交遞方式以及站呼、列呼的作業(yè)方式，降低列車司機的工作強度，對列車的行車組織進行信息化控制，大大提升自動化水準，使鐵路無線通信朝向安全控制型系統(tǒng)發(fā)展。

5 推進鐵路通信技術創(chuàng)新發(fā)展的思路

我國的鐵路運輸工作具有站點多、線路長的特點，為了提升列車行駛的安全應，我國鐵路移動通信全面覆蓋了鐵路的車站，包括區(qū)間線路以及編組站等，滿足列車各類應用的發(fā)展需求。在鐵路信息通訊技術發(fā)展的過程中，不僅要解決列車高速形行駛時的移動通信需求，還要根據(jù)車站內的客貨運組織等提供服務需求。我們要根據(jù)各種業(yè)務應用場景，尋找不同的無線通信技術進行解決，滿足不同的業(yè)務需求。面對不同的業(yè)務需求，工作人員要科學規(guī)劃鐵路無線通信系統(tǒng)的頻率，并且要使用1000MHZ以下的頻段提供相關服務，與此同時還要兼顧我國移動通信系統(tǒng)對于無線系統(tǒng)頻率的劃分標準。重點解決移動通信與其他無線電系統(tǒng)的頻率兼容問題，減少鐵路無線受干擾的現(xiàn)象。