铁路站场综合无线通信技术研究

2015-01-03谢衡元

铁路通信信号工程技术 2015年3期

关键词：站场频点集群

谢衡元

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

铁路站场综合无线通信技术研究

谢衡元

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

铁路站场是车站进行各种技术作业的场地，站场无线通信系统是铁路车站运输安全及调度指挥的重要手段。目前，各种业务分别独立建设无线通信系统，致使站场无线通信技术制式也多种多样，设备设置分散，并分别分属各个业务维护及管理部门，不利于提高铁路运输生产效益。对现有的无线通信系统进行简要介绍，通过分析铁路无线通信技术业务接入能力和技术特性，从安全可靠、多业务适应性、易集中维护和管理方面考虑，提出未来站场综合无线通信技术选择建议，供未来铁路站场或编组站综合自动化改造建设项目参考。

站场；综合；无线；通信；技术；选择

目前，我国铁路站场无线通信系统主要有450 MHz无线列调系统或GSM-R数字移动通信系统、400 MHz和150 MHz无线电台对讲通信系统。在铁路编组站综合自动化改造中，为了实现综合自动化车地间信息传送，编组站还采用WLAN无线局域网系统或400 MHz数字集群系统实现车地无线通信。

随着站场各类业务的自动化、智能化改造，对站场无线通信需求也逐渐增多，现有的站场常规无线通信系统受限于频点不够、技术落后、组网分散等问题。在未来站场自动化改造中应该选择一种技术先进、高带宽的无线通信技术构建站场综合无线通信系统平台，为站场多业务提供服务，减少重复投资建设，尽可能的集中维护和管理。因此，针对未来铁路站场业务发展需要，非常有必要对未来站场综合无线通信技术进行研究和选择。

1 站场无线通信系统现状概述

铁路站场无线通信主要有列车无线调度通信和其他专用无线通信系统构成。其中，其他专用无线通信系统主要包括站场常规无线通信、公安常规无线通信系统等。

现阶段，列车无线调度通信主要采用GSM-R数字移动通信系统或450 MHz列车无线调度通信系统实现，同时承载的无线车次号校核信息传送、调度命令信息无线传送、列车尾部安全防护装置信息传送等。

站场常规无线通信主要是根据各站场的性质和日常运输作业需求设置，为站场的流动作业人员之间、流动作业人员与固定作业人员之间提供无线对讲通信和信息传送。站场常规无线通信业务主要有站场无线调车、货运、列检、客运、养护维修等业务，主要采用400 MHz和150 MHz无线电台和终端设备实现。编组站采用WLAN无线局域网系统或400 MHz数字集群系统实现车地间综合自动化信息无线传送。编组站作为铁路技术作业业务较多的站场，大部分编组站是450 MHz无线列调系统、GSM-R数字移动通信系统、400 MHz和150 MHz无线电台通信系统、WLAN无线局域网系统或400 MHz数字集群系统并存，实现车地间不同业务语音无线通信和数据信息传送。

铁路站场无线调车通信系统主要采用400 MHz专用频点的无线电台、机车台、手持终端构成，不仅提供语音通信，还提供无线调车数据信息传送，并且要求实时性很高。一般情况每个调车机配置1个专用频点，无线信号覆盖该调车机技术作业区域。随着铁路站场综合自动化改造，将可实现调车单自动化、智能化作业，作业信息实时无线传送。

站场内的货运、列检、客运、养护维修等业务分别采用400 MHz专用频点的无线电台、手持终端构成，主要提供语音对讲通信。随着铁路站场逐步实现信息化运营管理需要，将来在调车计划、调车作业监控、养护维修、货检/商检/车号等业务系统中，不仅需要提供无线语音对讲通信，还需要提供数据信息无线传送。

2 铁路站场无线通信技术运用及发展

目前，根据铁路总公司的技术政策，无线列调通信主要选择450 MHz无线通信系统和GSM-R移动通信系统之一。站场常规无线通信主要采用400 MHz无线电台、400 MHz数字集群等实现站场各类业务的无线通信。

随着无线通信技术发展，450 MHz无线电台在铁路列车无线调度通信系统应用中将逐渐被其他技术替代。铁路总公司将LTE无线通信技术作为下一代铁路列车无线调度通信技术正在展开应用技术研究。

2.1 数字无线电台应用

目前，铁路常用的数字无线电台主要有450 MHz、400 MHz数字无线电台。450 MHz数字无线电台主要用于普速铁路列车无线调度通信、调度命令和无线车次号校核信息传送，400 MHz数字无线电台主要用于站场常规无线通信。国家规定给铁路的450 MHz、400 MHz频点有限，需要各铁路局申请额外频点才能满足站场无线对讲业务需求。

铁路总公司铁运函[2014]31号要求，货车列尾装置可采用GSM-R/400 MHz双模列尾装置，在非GSM-R铁路区段，列尾无线通信使用400 MHz频率；站场无线调车继续使用铁路专用的400 MHz频段频率。在编组站，规划分配的400 MHz专用频率资源不足，无法满足运用需求时，由各铁路局无线电主管部门负责向属地省级无线电管理部门申请400 MHz额外的频率。对于当前使用450～470 MHz频段频率用于铁路养护维修、生产组织、监控监测、公安保卫、应急保障等各类区域性普通无线电对讲通信业务，应结合更新改造退出450～470 MHz频率。需要继续使用的业务，由铁路局统一向属地省级无线管理部门申请400 MHz、150 MHz、160 MHz的频率。铁路总公司规定，对涉及车地人员之间相互通信的业务，为简化终端设备的配置，宜优先规划申请400 MHz频率，以便与总公司规划的跨局通信业务频率工作在同一频段。

站场所有业务采用无线电台通信，则会造成无线设备设置分散、数量多、无法集中维护和管理。而且，无线电台通信不适应高速率、高带宽的车地数据信息业务传送，不能满足未来站场的自动化、智能化、高带宽业务发展需求。

2.2 数字集群无线通信技术应用

集群通信，即无线专用调度通信系统，早期，集群通信从“一对一”的对讲机形式、同频单工组网形式、异频双工组网形式以及进一步带选呼的系统，发展到多信道用户共享的调度系统，并在政府部门、警务、铁路、地铁、电力、民航等各行各业的指挥调度中发挥了重要作用。

国际上数字集群调度系统主要有TETRA、iDEN和FHMA 3种较为先进的技术体制，由于这3种技术体制构成的无线通信系统互通性不太理想，主要用于地铁、航空、公安等专网应用，未在铁路领域获得推广应用。

近年来，随着数字移动无线电标准（DMR）制定，我国无线设备供货商根据数字移动无线电标准（DMR）为各企业用户提供DMR数字集群系统设备。DMR标准是完全公开的标准，国内拥有众多供应商支持，国内设备厂家生产的400 MHz的DMR数字集群系统已在部分铁路站场获得应用。铁路使用的400 MHz的DMR数字集群系统主要采用403～470 MHz频段的专用频点，通过数字通道实现基站与IP控制服务器间的连接，控制台、运用服务器与IP控制服务器连接，构成站场无线通信平台，可提供同频单工或异频双工方式，根据站场业务特性要求进行业务与频点绑定，也可以各业务采用公共频点通信。

400 MHz的DMR数字集群无线通信系统主要功能是实现移动人员间点对点对讲功能，以及移动终端与固定终端或移动终端与移动终端间的点对点低速率数据信息传送。站场所有业务采用400 MHz集群无线通信，其无线设备可以集中设置、减少设备数量、并能集中维护和管理，最适用于解决站场平面调车业务和无线对讲业务，以及综合自动化SAM系统车地信息传送。但是，不适应高速率、高带宽的车地数据信息业务传送，频点也受限于国家规定给铁路的400 MHz频点，系统能提供的业务容量有限。

2.3 GSM-R移动通信技术应用

GSM-R数字移动通信技术作为中国铁路列车无线通信主要采用的技术，铁路总公司已建立了一整套相关标准和规定。在中国高速铁路、客运专线、重载铁路、城际铁路或部分普速铁路均选择GSM-R数字移动通信技术构建铁路无线通信系统，主要用于列车无线调度语音通信，以及调度命令、车次号校核、列控信息、机车同步操控等数据信息传送。

GSM-R系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网子系统（IN）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、无线子系统（BSS）、无线终端、运营与支撑子系统（OSS）等部分。其中，移动智能网子系统（IN）由铁路总公司统一设置2套，互为冗余，作为全路GSM-R系统共用。在铁路总公司各铁路局设置移动交换子系统（SSS）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、运营与支撑子系统（OSS）各1套设备，根据用户需求在铁路沿线、车站、枢纽设置无线子系统（BSS），配置相应的无线终端设备。

虽然，GSM-R数字移动通信系统可以实现铁路沿线和车站统一的综合无线通信系统平台，提供列车无线调度通信、站场常规无线通信语音和低速数据信息传送，设备能集中维护和管理。但是，由于GSM-R数字移动通信系统的频点有限，站场所有业务采用GSM-R的系统实现会造成信道占用很大，现有的频点不够使用，当站场靠近正线铁路或通过正线列车时，会对列车调度指挥系统产生影响。因此，GSM-R数字移动通信系统未被全面应用于站场常规无线通信业务。目前，只能适用于解决站场部分语音业务，以及低速率、时延要求不高的数据信息传送。

2.4 WLAN 无线局域网技术应用

WLAN无线局域网是指利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，属于计算机网络与无线通信技术相结合的产物。WLAN无线局域网技术使用户摆脱各种线路的束缚，可以随时随地接入网络。WLAN（Wi-Fi）无线通信可采用2.4 GHz或者5.8 GHz通信频段。

在铁路领域，WLAN无线局域网技术主要应用在编组站综合自动化车地数据信息无线传送。采用2.4 GHz频段和IEEE802.11g、IEEE802.11n标准的设备进行组网，实现综合自动化CIPS调机业务等信息传送需求。综合自动化WLAN无线局域网系统主要由WLAN终端设备、接入点设备（AP）、接入控制点设备（AC）、PORTAL服务器、RADIUS认证服务器、用户认证信息数据库、业务运营支撑系统等组成。

由于WLAN无线局域网频点是公众频点，将会受到外界终端设备的干扰，列车遮挡物影响，以及缺乏站场无线对讲业务、无线调车等业务的终端设备支持。因此，WLAN无线局域网不适用于涉及行车安全的铁路调车业务，不适应未来站场业务发展需求。

2.5 LTE移动通信技术应用

LTE移动通信技术是铁路下一代宽带无线通信技术发展方向，比较适用于宽带数据信息无线传输。LTE有TD-LTE与FD-LTE两种不同的制式，虽然总体上都满足大带宽的数据通信需求，但也存在很多不同。FD-LTE是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，依靠频率来区分上下行链路。TD-LTE是用时间来分离接收和发送信道，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，可以根据上下行的数据大小动态进行分配，对于频率信道的利用率更好。未来铁路移动通信采用TDLTE的概率较大。

目前，在朔黄铁路已引入TD-LTE集群技术应用于列车同步操控、列车无线调度通信系统构成；在部分铁路局站引入TD-LTE集群技术应用于站场货检、车号等无线对讲和作业信息传送；在郑州地铁引入TD-LTE集群技术用于车地间PIS信息和视频监控图像传送。

工信部根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》及我国频谱使用情况，确定使用1 447～1 467 MHz频段建设时分双工（TDD）工作方式的宽带数字集群专网系统。而1 785～1 805 MHz频段，则主要用于本地公众网接入，对确有需要的本地专网也可用于无线接入，具体频率指配和无线电台站管理工作，由各省、自治区、直辖市无线电管理机构负责。在同一地区给一具有无线接入业务经营权的公众网运营商或专网单位指配的频率宽带一般不超过5 MHz。未来，在铁路领域，可以考虑申请使用1 785～1 805 MHz频段的5 MHz带宽用于站场无线通信业务。

TD-LTE支持1.8 G/1.4 G/400M专用频段，覆盖增强算法、高增益定向天线、高终端发射功率，多方式天线组网。TD-LTE移动通信系统移动性好，支持350 km/h，具有完善的QoS业务保障，可二次开发定制终端、调度台、无线通信模块等；可提供调度通信语音业务、低速率或高速率数据信息传送业务，是一个比较完善的综合无线通信系统解决方案。

LTE移动通信技术在铁路调度通信业务中的应用正在研究开发阶段，在站场或编组站中的无线调车、无线对讲、综合自动化信息无线传送系统中尚未被应用开发。

3 未来站场综合无线通信系统技术选择

站场或编组站作业范围比较独立，技术作业业务较多，综合上述几种无线通信技术应用介绍，以及应用于站场多种业务情况下的可适用性进行分析，结合无线通信技术发展，选择TD-LTE移动通信技术作为未来站场综合无线通信技术。TD-LTE移动通信技术已在铁路和地铁领域获得应用，具有技术实用性和先进性，系统安全可靠，具备集中监测和维护管理，能满足站场各类业务综合承载能力和未来各业务信息化、智能化发展需求。铁路局可以申请使用1 785～1 805 MHz频段的5 MHz带宽合法频点用于站场无线通信业务。

站场无线通信使用TD-LTE数字集群系统，可将公网MME、HSS、S-GW以及P-GW等多个网元合并为一个网元eCN，使其小型化，降低核心网成本，可以有效的节约近期工程投资，为将来铁路正线引入LTE移动通信系统应用预留互联互通条件。

TD-LTE数字集群通信系统主要由核心网节点、无线子系统和无线终端组成。其中，核心网节点设置TD-LTE核心网设备，核心网设备通过交换机等设备与各种业务应用服务器相连；无线子系统根据站场覆盖和业务需求在铁路站场内设置，无线子系统设备包括LTE基站设备BBU（Base band Unit）和RRU（Radio Remote Unit）设备；根据需要配置相应的无线终端。TD-LTE系统组网方案结构如图1所示。

4 结束语

TD-LTE数字集群技术可以满足站场各类业务需求，可承载大部分站场业务。但是，TD-LTE 网1.8 G频点需要申请，各铁路局能否申请到TDLTE网1.8 G频点是该技术应用于铁路站场的关键问题。

目前，采用TD-LTE数字集群通信系统实现站场无线调车业务和编组站综合自动化业务，没有成熟的应用服务器设备、调车终端设备和机车台设备支持，有待研发相关产品和终端设备，对调度通信功能、信息传送时延等是否满足站场业务需求，需要结合实际应用和终端设备有待进一步试验测试验证。

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