鐵路專用移動通信技術發展思路研究

周 弘

（中國鐵建電氣化局集團第五工程有限公司，四川 成都 610000）

我國鐵路應用無線電技術較早，鐵路專用移動通信技術主要包括無線調度通信、站場無線通信、無線對講以及有線通信等技術。為適應未來鐵路發展趨勢，在列車調度通信、列車運行自動控制、列車機車同步控制等系統中，應科學運用鐵路專用通信技術，為鐵路各種控制系統提供安全保障。

1 鐵路專用通信技術發展背景

我國鐵路歷經多年發展，鐵路專用移動通信技術逐漸成熟，移動通信技術與新建鐵路同步建設，在逐年改造普速鐵路移動通信系統的同時，全國鐵路專用移動通信技術應用范圍越來越廣。鐵路專用移動通信技術廣泛應用在列車自動識別、列車尾部風壓檢測、衛星導航定位、站場列車調度通信、編組站自動化、編組列車速度檢測、列車安全防護報警、列車接近預警、道口安全預警、施工防護報警、應急通信等方面。鐵路專用無線電頻率或移動通信網絡，可以大大提高鐵路系統的安全性。目前我國鐵路事業的快速發展，為鐵路專用移動通信技術應用帶來了新的機遇和挑戰。鐵路專用移動通信技術為鐵路不同線路通訊工作提供了技術保障，提高了車輛自動控制系統的應用效果[1]。

2 鐵路移動通信中存在的問題

2.1 頻率資源有限利用率低

在科學技術迅速發展的背景下，鐵路建設對移動通信技術的需求也在不斷發展，但鐵路有限的頻率資源利用率較低，存在一些浪費現象。在鐵路建設、線路維修時，不同部門擁有獨立的對講系統，難以最大程度地發揮頻率資源的價值。一些大型鐵路車站采用的頻點相同，存在嚴重的相同頻點干擾問題，不利于充分發揮頻率資源價值，甚至影響列車運行。

2.2 無線列調系統具有局限性

同頻對講系統的無線對講設備通常容量小，可靠性較差，使用功能單一且具有一定的局限性。無線對講設備使用中，同頻干擾問題嚴重，而且較強的信號會抑制其他信號，造成阻塞問題，當發生緊急情況時，通信阻塞會對列車安全造成嚴重影響。在車機聯控過程中，車輛人員、機車組等不同部門都擁有手持臺，無線通話的加入缺乏限制條件，同頻干擾問題十分不利于列車管理工作。列車移動終端較多，其調度頻率也可能影響列車安全行駛。另外，列車無線對講是單信道系統，在列車運行高峰期，不僅要進行機車聯控調控，還需要調度車輛車次、分管運輸等，頻率干擾影響機車自動控制的安全性和可靠性[2]。

2.3 無法滿足列車運行的數據傳輸需求

我國鐵路發展的趨勢是現代化和智能化，列車運行調度指揮中需要準確采集列車車次、車輛行駛速度以及運行狀態等信息，并及時進行處理，以便發揮移動通信數據傳輸的重要作用。但是傳統的鐵路系統無線通信技術沒有數據傳輸功能，不能適應鐵路系統未來發展要求。

3 鐵路專用移動通信技術應用

3.1 鐵路專用移動通信技術應用場景

結合列車運行線路，采用專用移動通信技術可以實現車輛的有效控制，為鐵路運營提供列車調度和相關預警服務。鐵路專用移動通信技術在火車站的應用場景主要包括貨運中心、客站以及列車調度等，可以進行語音服務、監測檢測以及數據傳輸等。在鐵路線路的應用主要是傳遞列車位置、養護、維修、交互等數據。

3.2 鐵路業務方面的應用

在列車專用移動通信系統可以實時監測列車運行情況，實現列車運行情況和運行數據的高效傳遞，為列車工作人員提供語音服務，為乘客提供便利的出行方式，提升交通行業的發展水平和現代化程度。在列車行車過程中，鐵路專用移動通信系統可以為列車運行控制、車輛調度、安全防護等鐵路業務提供通信服務；在鐵路運營和維護過程中，鐵路專用移動通信系統為車輛行駛、設備監測檢測、車輛運輸、車輛養護等提供數據傳輸服務；在為乘客服務過程中，鐵路專用移動通信系統為乘客提供信息查詢服務和安全保障，提高乘客滿意度和鐵路系統服務水平。

3.3 電波和信息傳輸方面的應用

在鐵路電波和信息傳輸時，鐵路專用移動通信系統的高頻率信號傳輸具有資源豐富、承載信號多、傳輸效率高的突出特點。但低頻率信號傳輸路徑損耗較低、承載能力較差，在傳輸距離遠時可能發生寬帶資源緊張的情況。應結合鐵路實際的業務要求和業務特點，確定電波和信息傳輸頻率。基于電波傳輸理論，一般情況下選擇1 000 Hz以下的電波傳輸頻率適合目前鐵路系統的通信網絡，在工作實踐中可以越區轉換以確保鐵路通信系統的服務質量。建設基站時，控制基站和火車站距離約7 m，確保基站和高鐵距離約3 m。隨著移動通信技術的不斷進步，在5G時代鐵路通信系統將不斷采用更高的傳輸頻率，電波和信息傳輸距離將逐漸變小，同時基站密度會不斷大。但是在鐵路線路的隧道部分，地理環境特殊，高頻波使用效果較差。根據電波傳播特性，合理選擇電波頻率，有效控制傳輸路徑的損耗。較遠的傳播距離會增加多普勒頻移，因為高頻率寬帶資源相對豐富，其承載能力較強。頻率較小時，路徑損耗小，可以有效增加信息傳輸距離。

3.4 網絡方面的應用

鐵路調度中心應結合列車行車要求、通信頻率、鐵路業務等方面，進行統一的工作規劃，促進鐵路專用移動通信網絡的規范化管理，實現鐵路系統網絡的互聯互通，為各種車載通信設備提供有效的網絡支持，實現列車跨局指揮和通信網絡服務。由于無線電頻率資源有限，難以同時滿足鐵路各部門的無線通信需求，為有效預防鐵路通信網絡安全問題，可以采用公眾移動通信網絡，以彌補鐵路專用通信網絡的不足。

3.5 技術方面的應用

我國移動通信技術發展迅速、技術成熟，網絡速度峰值可達1 000 Mbps。5G技術加強和延伸了4G技術，并提高了網絡傳輸速度，加強了列車各部門聯系。5G技術不僅提高了信號接收速度，還提升了通信系統的容量和效率，但需要增加天線數量。高效利用密集的無線基站，可以提升資源利用效果。通過高頻和低頻信號的混合，在增加低頻覆蓋率的同時，充分發揮高頻優勢，實現列車、乘客、線路的聯網互通。在應用過程中，專用移動通信技術加強了鐵路不同系統的數據傳輸效果，注重用戶移動通信體驗，實現鐵路系統智能化通信。

該技術不僅擴大了鐵路移動通信的覆蓋區域，還可為熱點區域和用戶提供更高效便捷的數據傳輸服務，具有高效的傳播速度和流量[3]。

4 鐵路專用移動通信技術發展的創新思路

4.1 堅持自主創新

鐵路專用移動通信技術應符合我國鐵路未來發展要求，在產品開發、技術標準等方面持續保持國際先進水平。在鐵路移動通信技術發展中堅持自主創新，開展相關通信技術的研究和標準體系建設工作，不斷提高鐵路專用移動通信技術的應用效果，保持我國鐵路系統的整體領先水平，促進鐵路通信技術的不斷提高，擴大我國鐵路裝備的國際市場份額和影響力。

4.2 專用移動通信頻率

我國鐵路運輸線路點多線長，鐵路專用移動通信網絡應完全覆蓋列車行駛線路、火車站以及貨運中心等，以滿足各類鐵路業務應用要求，支撐鐵路系統的安全運營。科學規劃鐵路專用移動通信頻率，可以解決列車運行過程的通信需求，滿足旅客服務、貨運等業務應用要求。結合鐵路移動通信應用場景，確定合理的鐵路專用移動通信頻率，同時應充分考慮我國移動通信系統的頻率，解決無線電系統的頻率兼容和共存問題，預防鐵路專用移動通信頻率干擾現象。

4.3 健全技術標準體系

我國鐵路專用移動通信技術成熟，處于國際先進水平，具有明顯的競爭優勢，可以有效控制鐵路通信系統的研發和應用成本，提高該技術的經濟價值。健全鐵路專用移動通信技術標準體系，可為鐵路系統長遠發展提供技術基礎，保持我國鐵路通信技術的先進性和經濟性。在鐵路移動通信系統方案、產品研發、監測檢測、互聯互通、客貨運輸、工程設計與驗收等方面，完善鐵路專用移動通信技術標準，加強鐵路通信技術標準體系建設。

4.4 創新關鍵技術

結合鐵路專用移動通信系統頻率，確定相關設備，并優化和調整相關技術，同時創新關鍵技術。根據實際的頻段調整無線基站射頻濾波器及其相關軟件，提高信號接收質量和抗干擾效果，實現不同通信系統的頻率兼容和共存。為滿足鐵路運營要求，優化和創新鐵路通信技術，研發鐵路移動通信新產品。通過優化和調整車載天線技術，開發鐵路寬帶車載天線新產品，合理控制天線數量，建設標準化的無線通信平臺。結合鐵路調度業務要求，研發鐵路通信網絡技術裝備，不斷創新關鍵技術以適應大數據時代發展要求，通過工作人員的智能手機終端、App應用等，實現鐵路專用移動通信技術的信息化建設和智能化應用。創新鐵路通信網絡建設方案，完善業務遷移、強化隧道信號等方案，加強鐵路通信系統規范化建設，為大規模技術推廣不斷積累經驗[4]。

4.5 構建鐵路專用移動通信綜合平臺

根據鐵路通信系統建設經驗，鐵路專用移動通信技術具有多樣化的應用場景、技術以及頻率等，構建鐵路專用移動通信綜合平臺，可提高鐵路系統運營安全性。傳統鐵路通信系統頻率資源有限、帶寬較小，現階段新老通信系統并存，全面改造難度較高，還需要大量時間和資金投入。通過鐵路專用移動通信技術應用和關鍵技術創新，采用異構技術、同構技術構建新型綜合平臺，整合公眾移動通信網絡和鐵路專用移動通信網絡，安全性要求較低的業務也可直接利用5G公網承載。綜合平臺融合無線局域網、超寬無線局域網、物聯網、5G等不同技術的無線接入形式，形成一體化的鐵路專用移動通信綜合平臺。綜合平臺實現了不同移動通信數據的互聯互通和數據融合，可以為鐵路多種應用場景和不同業務提供通信服務。

4.6 營造良好發展環境

鐵路專用移動通信技術的科學發展需要科研單位和制造業的支持。鐵路專用通信技術發展需要聯合相關科研機構和企業，不斷突破鐵路通信核心技術，開發更多新裝備，提高鐵路通信技術的信息化水平和自主研發能力，實現產業規模化。鐵路和電信部門加強合作，可彌補鐵路專用移動通信資源的不足，不斷豐富無線電頻率。鐵路通信網絡建設應提高異構網絡協同能力，為列車調度、應急通信、設備檢測、列車狀態等業務應用提供支撐，實現鐵路運行線路的全覆蓋。鐵路無線通信系統的數據傳輸需要穩定的環境，應做好通信網絡保護工作，確保鐵路運營安全。加強鐵路專用移動通信無線電頻率保護措施，加強無線電干擾監測，及時發現和解決無線電干擾問題，營造良好的鐵路通信環境。相關專家學者對鐵路通信技術理論研究，促進了我國鐵路通信技術的高質量發展，提升了我國鐵路產業的國際地位，完善相關技術標準體系建設，提高了鐵路專用移動通信技術的可行性[5]。

5 結束語

綜上所述，為實現我國鐵路專用移動通信技術的創新發展，應基于我國成熟的鐵路通信技術，結合未來鐵路智能化發展趨勢，不斷優化鐵路專用移動通信技術，滿足旅客服務、鐵路業務和應用場景等通信服務需求，提高鐵路專用通信系統的頻率資源利用率，創新鐵路通信關鍵技術，助力我國鐵路運輸事業的可持續發展。■