楊華勛，梁靜

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州，545007）

1 鐵路移動(dòng)通信技術(shù)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(dòng)通信頻率資源也取得了一定的成績(jī)，形成了GSM-R系統(tǒng)，該系統(tǒng)為各個(gè)鐵路之間的通訊指揮工作提供了技術(shù)支撐，推進(jìn)了高速列車運(yùn)行自動(dòng)控制等車輛控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步，我國已經(jīng)全面形成GSM-R網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架（如圖1），并且與鐵路建設(shè)同步發(fā)展。鐵路專用無線電頻率為車輛車號(hào)自動(dòng)識(shí)別、衛(wèi)星定位、車輛調(diào)度等工作提供了技術(shù)支持，推進(jìn)了鐵路事業(yè)的數(shù)字化、信息化發(fā)展，大大提升了運(yùn)輸成效，保障運(yùn)行的安全。當(dāng)前，我國鐵路公司對(duì)鐵路發(fā)展提出了更高的發(fā)展目標(biāo)，要深度推進(jìn)高鐵網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合程度，推進(jìn)智能高鐵的發(fā)展[1]。

2 對(duì)鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析

2.1 當(dāng)前通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

在列車運(yùn)行的過程中，通過鐵路系統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)語言的溝通的以及數(shù)據(jù)、圖片的傳輸服務(wù)。我們從移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析:在火車站以及車輛檢修廠等地方，通過移動(dòng)通信技術(shù)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(wù)掌握車站內(nèi)車輛的運(yùn)行情況以及車輛檢修情況，實(shí)現(xiàn)語音以及圖像的傳輸服務(wù)。從列車運(yùn)行路線出發(fā)，通過移動(dòng)通信服務(wù)可以對(duì)車輛進(jìn)行系統(tǒng)的控制，并且在列車運(yùn)行的過程中可以為列車的調(diào)度工作以及預(yù)警工作提供相關(guān)服務(wù)。

(1)鐵路站場(chǎng)。鐵路站場(chǎng)主要包括貨運(yùn)中心、大型客站以及機(jī)車車輛檢修場(chǎng)所等等。主要服務(wù)內(nèi)容由客站管理以及信息的傳遞工作、旅客信息的服務(wù)工作以及車輛的編組調(diào)車工作等等，為期提供語音服務(wù)功能以及監(jiān)測(cè)檢測(cè)信息傳遞等功能。

(2)鐵路正線。主要服務(wù)內(nèi)容為列車位置信息、客運(yùn)車之間的信息交互以及公安保衛(wèi)、列車養(yǎng)護(hù)修護(hù)、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(wù)方面的應(yīng)用

通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，列車在運(yùn)行的過程中可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度福，并且可以實(shí)現(xiàn)車次核對(duì)、列車行速以及車位追蹤等。此外，通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)時(shí)傳遞列車的運(yùn)行狀況以及各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)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(luò)技術(shù)進(jìn)行語音服務(wù)，給乘客朋友們提供便利，提升了列車運(yùn)行的便捷程度。

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

(2)運(yùn)營以及維護(hù)應(yīng)用業(yè)務(wù)。主要內(nèi)容為各類移動(dòng)物體以及基礎(chǔ)設(shè)備是的監(jiān)測(cè)檢測(cè)信息的傳輸，為車輛的運(yùn)輸以及養(yǎng)護(hù)工作提供了數(shù)據(jù)以及圖像服務(wù)。

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

2.3 電波傳輸以及信息傳輸?shù)念l率

在進(jìn)行信息傳輸工作時(shí)，因?yàn)楦哳l率的寬帶資源較為豐富，并且能夠承載較多的信號(hào)，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(diǎn)。而低頻率的傳輸信號(hào)傳輸路徑的損耗較低處，如果傳播距離較遠(yuǎn)的情況系會(huì)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(hào)的承載能力較差。面對(duì)不同的業(yè)務(wù)需求，可以根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)來選擇合適的傳送頻率。從電波傳輸理論的角度進(jìn)行分析，小于1000HZ的電波頻率適合我國當(dāng)前所構(gòu)建的正線狀網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，并且可以根據(jù)越區(qū)的轉(zhuǎn)換來提升通信服務(wù)的品質(zhì)。在建造GSM-R基站時(shí)，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(luò)技術(shù)的進(jìn)步，5G時(shí)代的到來，在鐵路通信系統(tǒng)中將會(huì)出現(xiàn)更高端的頻率，此時(shí)電波傳輸?shù)木嚯x將會(huì)變得更小，并且基站的建造密度更大?？墒窃谒淼啦糠?，由于特殊的地理環(huán)境，會(huì)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(huì)隨之增加，并且傳播距離越大，多普勒頻移也會(huì)隨之增加。因?yàn)楦哳l段頻率寬帶資源較為豐富，所以其承載能力也會(huì)隨之增強(qiáng)。與之相反，如果頻率越小，對(duì)于路徑損耗將會(huì)越來越小，傳播距離也會(huì)愈來愈遠(yuǎn)。因?yàn)楫?dāng)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(huì)受到一定的限制，頻譜效率也會(huì)隨之減小。

(2)鐵路的站場(chǎng)場(chǎng)景。我國鐵路行業(yè)除了高速鐵路有列車通過，在鐵路站場(chǎng)也會(huì)有無線通信應(yīng)用場(chǎng)景，此時(shí)的通信應(yīng)用場(chǎng)與公眾移動(dòng)通信所應(yīng)用的場(chǎng)景相類似，通過站場(chǎng)的通信可采用點(diǎn)，擴(kuò)大通信所覆蓋的范圍，豐富無線電頻率資源。

2.4 對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面進(jìn)行分析

（1）區(qū)域性專用移動(dòng)通信。在我國鐵路集團(tuán)公司范圍內(nèi)的客貨場(chǎng)，都擁有各種無線通信系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)擁有簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)。通過相關(guān)部門進(jìn)行建設(shè)部署工作，鐵路局也可以對(duì)其進(jìn)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(shù)方面，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，開發(fā)制定相關(guān)的系統(tǒng)化產(chǎn)品。

（2）網(wǎng)路性專用移動(dòng)通信。通過鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮中心，根據(jù)行車組織的要求以及列車的運(yùn)行要求，對(duì)通信的工作頻率、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)劃部署、業(yè)務(wù)模式等方面工作進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃與要求，構(gòu)建全國鐵路移動(dòng)通信，全網(wǎng)之間可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，有效支持各類車載通信的終端，并且對(duì)移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)跨局指揮與通信。

（3）公眾網(wǎng)的應(yīng)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(shí)實(shí)現(xiàn)鐵路無線通信的所有要求。伴隨移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，我國鐵路已經(jīng)利用4G網(wǎng)絡(luò)對(duì)各類營業(yè)服務(wù)以及檢測(cè)數(shù)據(jù)等工作提供了各種解決方案，有效解決了網(wǎng)絡(luò)安全問題，公眾移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信對(duì)鐵路移動(dòng)通信進(jìn)行了補(bǔ)充。

2.5 對(duì)技術(shù)體制進(jìn)行分析

當(dāng)前我國移動(dòng)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(luò)速率達(dá)到峰值時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)1000mb/s。5G技術(shù)對(duì)4G技術(shù)進(jìn)行了加強(qiáng)與延伸，用戶在使用時(shí)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(guān)鍵技術(shù)時(shí)，主要包括天線的陣列以及全頻譜的接入等方面的技術(shù)。

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

(2)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析。以往4G技術(shù)主要是解決移動(dòng)寬帶方面的應(yīng)用，并且加強(qiáng)各個(gè)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(shù)的使用更加關(guān)注用戶的移動(dòng)體驗(yàn)，并且有效利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以機(jī)器為主的通信工作。

總之，4G技術(shù)的主要解決了移動(dòng)的覆蓋廣域，而5G技術(shù)重點(diǎn)為熱點(diǎn)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(dāng)前鐵路移動(dòng)通信中存在的問題

3.1 利用頻率較低

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)于移動(dòng)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(diǎn)有所短期。此外，鐵路的公務(wù)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(duì)講系統(tǒng)，所以對(duì)頻率資源造成了浪費(fèi)。我國大型車站當(dāng)前以及美歐雷歐使用的頻點(diǎn)，并且相同頻點(diǎn)之間的干擾性較強(qiáng)，對(duì)正常使用造成不利影響。

3.2 在無線列調(diào)系統(tǒng)方面具有一定的局限性

以往的無線對(duì)講設(shè)備容量較小，并且可靠性不高，所具備的業(yè)務(wù)能力也比較單一，屬于同頻對(duì)講系統(tǒng)，在使用方面具有較強(qiáng)的局限性。首先我國的無限裂調(diào)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(hào)抑制小信號(hào)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(wù)會(huì)阻塞重要的安全信息，對(duì)行車的安全造成不利影響。當(dāng)前在品面調(diào)車方面也存在上述的類似問題。其次，在實(shí)現(xiàn)車機(jī)聯(lián)控之后，根據(jù)相關(guān)規(guī)定的要求，對(duì)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(tái)，在機(jī)車組等各部門也具有手持臺(tái)，對(duì)管理工作造成不利影響。并且客車上具有較多的移動(dòng)端，移動(dòng)端可以調(diào)出列調(diào)頻率，影響正常工作的進(jìn)行，影響列車的行駛安全。最后，列車的無線列調(diào)屬于單信道系統(tǒng)，如果鐵路運(yùn)輸出現(xiàn)高峰期，無線列調(diào)除了要完成機(jī)車的聯(lián)控調(diào)控業(yè)務(wù)之外，還要分管車次的傳輸工作等工作，影響機(jī)車聯(lián)控工作的可靠程度。在無線列調(diào)的組成中，“大三角”通信屬于重要的組成部分，可是在實(shí)際使用的過程中該系統(tǒng)的通話量較小，

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

3.3 無法滿足當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)際需求

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(yùn)行的過程中要采集列車的車次新詞、車輛速度以及機(jī)車狀態(tài)等等，之后對(duì)收集到的信息進(jìn)行分析與處理，所以說無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾栽絹碓綇?qiáng)，當(dāng)前鐵路系統(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(yīng)用方面的認(rèn)識(shí)

4.1 我國寬帶化、IP化演進(jìn)方向符合國際移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展方向

在2010年，國際鐵路組織曾發(fā)表關(guān)于列車寬帶通信技術(shù)方面的報(bào)告，早報(bào)告中明確提出機(jī)車以及鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營與管理要求，并且對(duì)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(dāng)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(duì)信息移動(dòng)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(wù)市場(chǎng)應(yīng)該以語言信息服務(wù)數(shù)據(jù)為主要業(yè)務(wù)，并且為期建造高質(zhì)量以及高速路的通信服務(wù)基礎(chǔ)。

4.2 在智能鐵路發(fā)展過程中，寬帶移動(dòng)通信技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一

在列車的智慧工作中，無線通信發(fā)揮著關(guān)鍵作用，能夠根據(jù)列車的運(yùn)行情況，有效阻止列車的“冒進(jìn)信號(hào)”事故，大大提升了列車的運(yùn)輸成效，在車輛運(yùn)行的過程中有效避免配件出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，對(duì)于列車中存在的不安全因素進(jìn)行有效的防控，保證列車的正常運(yùn)行。在GSM-R技術(shù)運(yùn)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(jī)車的操控技術(shù)提供了通信方面的保障。在列車行駛的過程中憑借移動(dòng)通信來進(jìn)行調(diào)度，實(shí)時(shí)查看列車的行駛狀態(tài)，改善了以往調(diào)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(jī)的工作強(qiáng)度，對(duì)列車的行車組織進(jìn)行信息化控制，大大提升自動(dòng)化水準(zhǔn)，使鐵路無線通信朝向安全控制型系統(tǒng)發(fā)展。

5 推進(jìn)鐵路通信技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的思路

我國的鐵路運(yùn)輸工作具有站點(diǎn)多、線路長(zhǎng)的特點(diǎn)，為了提升列車行駛的安全應(yīng)，我國鐵路移動(dòng)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(yīng)用的發(fā)展需求。在鐵路信息通訊技術(shù)發(fā)展的過程中，不僅要解決列車高速形行駛時(shí)的移動(dòng)通信需求，還要根據(jù)車站內(nèi)的客貨運(yùn)組織等提供服務(wù)需求。我們要根據(jù)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景，尋找不同的無線通信技術(shù)進(jìn)行解決，滿足不同的業(yè)務(wù)需求。面對(duì)不同的業(yè)務(wù)需求，工作人員要科學(xué)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(guān)服務(wù)，與此同時(shí)還要兼顧我國移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)于無線系統(tǒng)頻率的劃分標(biāo)準(zhǔn)。重點(diǎn)解決移動(dòng)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。