黃勇

摘要：在鐵路交通的發(fā)展過程中，傳統(tǒng)GSM-R技術(shù)不能跟目前列車和乘客的數(shù)據(jù)需求相吻合。目前在火車上的乘客對移動(dòng)寬帶的需求是比較旺盛的。使用筆記本、手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備開展商務(wù)工作或娛樂休閑活動(dòng)，這已經(jīng)逐漸成為一種大趨勢。所以，對于LTE-R技術(shù)在鐵路無線通信工程中的應(yīng)用具有較大的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：鐵路無線通信工程；LTE-R技術(shù)

1.鐵路無線通信技術(shù)向LTE-R演進(jìn)的必要性

1.1窄帶系統(tǒng)無法滿足寬帶業(yè)務(wù)需求

當(dāng)前，鐵路通信系統(tǒng)可為GSM-R系統(tǒng)提供很多鐵路通信標(biāo)準(zhǔn)功能，可開展的業(yè)務(wù)有視頻監(jiān)控、信息共享及旅客的無線寬帶接入等。從通信制式方面看，GSM-R立足于二代窄帶技術(shù)，本身數(shù)據(jù)承載能力有限：電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（CSD）速率低，為kb/s級別，僅能承載流量要求較小的專用列控?cái)?shù)據(jù)；而通用分組無線服務(wù)（GPRS）可供使用的帶寬也有限，無法滿足日益增長的上層應(yīng)用需求。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，車-地間人員通常只可使用語音相互溝通和交流，地面上的工作人員不能遠(yuǎn)程掌握現(xiàn)場情況，難以采集到現(xiàn)場的準(zhǔn)確信息。這種缺陷在重大事故出現(xiàn)的時(shí)候表現(xiàn)非常明顯。倘若車廂內(nèi)有無線寬帶通信服務(wù)，那么有關(guān)工作人員就可以通過無線通訊設(shè)備快速準(zhǔn)確地傳遞現(xiàn)場視頻信息，通過這些信息使車-地工作人員快速協(xié)同合作完成救援任務(wù)。當(dāng)遇到乘客產(chǎn)生糾紛時(shí)，可使用視頻監(jiān)控控制好事態(tài)的發(fā)展方向，同時(shí)，也可以在事故發(fā)生之后，找到事故發(fā)生的原因，從而為以后預(yù)防事故吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。除此之外，為了提供一些常規(guī)性的服務(wù)，車廂內(nèi)可配備車載信息系統(tǒng)，可及時(shí)向乘客提供列車運(yùn)行時(shí)刻表和天氣預(yù)報(bào)等信息，大大提升乘客的出行便捷性。這些應(yīng)用是在視頻傳輸?shù)幕A(chǔ)之上進(jìn)行的。視頻交流對與傳輸速率的要求是比較高的。

1.2LTE系統(tǒng)可為旅客提供無線寬帶

在網(wǎng)絡(luò)的開放性角度看來，GSM-R是一種鐵路專網(wǎng)，公眾旅客通信服務(wù)難以實(shí)現(xiàn)。首先，為了顧及到系統(tǒng)的安全性，使用了封閉式的運(yùn)營管理。其次，考慮到系統(tǒng)容量的限制性，由于業(yè)務(wù)接入量有上限，所以一般情況下會(huì)首先滿足鐵路運(yùn)營人員的使用需求。但是，為了運(yùn)輸更加便利化，實(shí)現(xiàn)高鐵跟旅客之間的通信連接，應(yīng)實(shí)現(xiàn)對公務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)娛樂的遠(yuǎn)程控制。當(dāng)前，在途鐵路旅客的通信需求通常情況下只可通過公共通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，在列車速度逐漸增加之后，公網(wǎng)通信的語音質(zhì)量可能會(huì)變差，難以為乘客提供高質(zhì)量的寬帶接入服務(wù)。如果能在鐵路沿線開通LTE網(wǎng)絡(luò)，不僅對鐵路員工開放，還可對乘客開放，那么就能為乘客提供更加友好的服務(wù)體驗(yàn)。當(dāng)然，在這個(gè)過程中，要保障鐵路運(yùn)營的安全和高效性。

2.LTE系統(tǒng)的性能介紹

在GSM陣營中，LTE是其中比較前沿的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)考慮到該系統(tǒng)具有移動(dòng)性和寬帶性。靈活信道帶寬要求對于LTE網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)?，F(xiàn)在看來，LTE在公網(wǎng)運(yùn)營中已吸取了很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，它在移動(dòng)通信制式里面是比較成熟的。根據(jù)LTE的特點(diǎn)，可知該系統(tǒng)比較適合于鐵路通信。LTE系統(tǒng)采用的組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是扁平化的結(jié)構(gòu)，不僅能使系統(tǒng)延時(shí)，還能改善系統(tǒng)的整體性能，提高用戶體驗(yàn)度。在控制面，從空閑模式到激活模式，用時(shí)小于100ms；從休眠模式到激活模式，用時(shí)小于50ms。在用戶面，最小時(shí)延可達(dá)到5ms。在頻譜效率方面，采用正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，下行20M頻譜帶寬內(nèi)，峰值速率為100Mb/s，頻譜效率達(dá)到5b/s/Hz。上行20M頻譜帶寬內(nèi)，峰值速率為50Mb/s，頻譜效率達(dá)到2.5b/WHz。

3.鐵路無線通信中的LTE-R技術(shù)的應(yīng)用

3.1支撐新型鐵路業(yè)務(wù)的傳輸技術(shù)

在鐵路未來的發(fā)展過程中，通信業(yè)務(wù)仍然需要大量開發(fā)。其中視頻監(jiān)控與旅客多媒體服務(wù)就是兩項(xiàng)需要開發(fā)的通信業(yè)務(wù)，他們對LTE-R技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求。LTE-R技術(shù)對傳輸技術(shù)提出了一定的要求，按照相關(guān)的驗(yàn)證結(jié)果，應(yīng)當(dāng)使用QoS指標(biāo)來確保LTE-R技術(shù)的業(yè)務(wù)承載性能。從細(xì)節(jié)角度來講，可從下面三個(gè)方面來對傳輸技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。第一，對鐵路場景中的上下行配比進(jìn)行優(yōu)化和改善。舊有的公網(wǎng)LTE技術(shù)一般情況是使用下行通道對承載業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸。鐵路無線通信工程建設(shè)中的LTE-R技術(shù)對上行通信帶寬提出了一定的要求。2、上行鏈路自適應(yīng)提升技術(shù)。LTE-R技術(shù)在上行吞吐率上的要求比較高，甚至?xí)h(yuǎn)遠(yuǎn)高出當(dāng)前LTE中的上行業(yè)務(wù)，這時(shí)就可以使用鏈路自適應(yīng)技術(shù)來提升上行傳輸能力。3、組織呼叫和廣播語音技術(shù)。在HSS網(wǎng)元中增設(shè)了組呼信息、廣播信息和呼叫控制功能，使之能像GSM-R系統(tǒng)一樣實(shí)現(xiàn)GLR功能。

3.2改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

LTE-R技術(shù)為了達(dá)到鐵路無線通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的研究。鐵路無線通信對組呼和電話調(diào)度等語音通信提出了較高的要求。這其中的原因是LTE技術(shù)中的核心網(wǎng)采用復(fù)用形式，可實(shí)現(xiàn)包交換，其難以實(shí)現(xiàn)電路交換下的語音業(yè)務(wù)。在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行2G語音回落模塊和IMS等支持電路域交換的LTE網(wǎng)元測試

3.3改進(jìn)型小區(qū)切換技術(shù)

根據(jù)在某LTE項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，減小小區(qū)切換時(shí)延和切換重疊區(qū)，以適應(yīng)鐵路應(yīng)用要求。在鐵路應(yīng)用中，切換重疊區(qū)的縮短便于開展頻率規(guī)劃，減小系統(tǒng)內(nèi)干擾。同時(shí)，在重載鐵路項(xiàng)目中，切換時(shí)間的減小有利于保證重載列車操控和列尾數(shù)據(jù)的完整、有效傳輸。

4.小結(jié)

在經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展浪潮中，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)也得到了飛速發(fā)展，鐵路通信信息化需求也更旺盛了。因此，從GSM-R向LTE-R的轉(zhuǎn)變是必然的。在GSM窄帶通信到LTE寬帶網(wǎng)絡(luò)過程中，信息傳遞變得更加便利化和更加安全。在鐵路領(lǐng)域中，無線通信技術(shù)得到了持續(xù)發(fā)展，如果能夠?qū)﹁F路運(yùn)能實(shí)現(xiàn)改善，那么，這毫無疑問能促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。