铁路客站无线通信系统发展现状及展望

陈 昳 虞 凯 段永奇

(中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

铁路客站是铁路部门办理客运业务、供旅客上下车之用的场所。目前，我国已发展形成了小、中、大以及特大等类型的铁路客站。并有一大批新型现代化铁路客站相继开通运营，如上海虹桥、北京南、广州南、成都东站等[1]。该类客站具有占地面积大、结构复杂、功能划分多、作业人员多、作业分工细等特点。

铁路客站作为铁路行业对外服务的窗口，既要满足人们出行速度、品质、环境等需求的不断提升，更要保证公共安全，提高应对突发事件的指挥、协调和处理能力。为便于客站的运营管理，给旅客出行提供优质服务，客站均配置了大量的客运作业人员。作业人员之间通过语音通信，实现互相的沟通、协调。随着客站规模的不断扩大及作业人员的增加，现代化客站对客运作业人员的业务要求越来越高，客运人员之间的语音通信需求量持续增大。同时，随着我国铁路数字化和智能化战略的实施[2-3]，铁路客站增加了图像、视频、大数据等大带宽数据无线传输以及多媒体调度通信应用的需求。因此，无线通信是铁路客站运营管理服务以及保障公共安全的重要技术手段，也是构建未来铁路智能客站的重要支撑平台。

本文重点研究了现有铁路客站无线通信系统的使用情况，从技术特点和客站运营需求角度分析各类客站无线通信系统存在的问题，并结合客站的作业需求，提出了未来铁路客站无线通信系统的发展方向。

1 铁路客站无线通信技术使用现状

20世纪90年代初，原铁道部制定了《大中型客站客运无线通信系统主要技术条件》，提出利用同频单工模拟对讲技术解决铁路大中型客站内管理人员与流动客运作业人员之间以及流动客运作业人员之间的无线语音通信。客站作业人员配备模拟对讲机，实现相互联系。所有作业人员对讲机工作在同一频点，实现组呼通信；也可根据作业需求，分为客运、售票、行包等作业组，不同作业组工作于不同频点。模拟对讲技术对铁路客运作业产生了非常积极的影响，是铁路客运作业必备工具，直到现在，绝大部分铁路客站仍采用模拟对讲机。

随着我国铁路客站的大规模建设和铁路数字化、智能化发展，原本结构简单、功能单一、相互孤立的客站发展为结构复杂、功能划分多、作业人员多、分工细的新型现代化客站，铁路客站对无线通信提出了新的需求，同频单工模拟对讲技术的缺陷逐渐突显，已不能满足客站无线通信的需求。该技术主要存在以下问题：

(1)信号覆盖问题

现有客站模拟设备基本没有中继转发，通信仅在对讲机信号覆盖范围内实现，地下及过站通道、大型客站等存在通信盲区。

(2)频道问题

所有用户在单一频点进行大组通信，通话干扰严重，特别是大站用户多时，存在通信质量差、容量受限而呼不通等问题。

(3)功能问题

仅能实现语音对讲通信功能，缺乏语音分组、数据传输、优先级呼叫、通话录音等功能。

(4)干扰问题

抗环境噪声干扰能力弱，易受周边商业、工地等对讲机干扰而串音。

此外，在产业政策上，国家已明确了无线通信由模拟转为数字。2009年，工业和信息化部明确数字对讲机替代模拟对讲机；2010年，原铁道部发文确定停止模拟对讲机的型号核准，全面推广数字对讲机。

因此，无论从实际应用还是国家产业政策出发，模拟对讲技术的使用已不适应现代化客站的客运作业与管理需求，无法应对高速铁路客站现代化的客运指挥调度，无法为旅客提供更优质的客运服务。目前，已有部分新建铁路客站开始采用新的无线通信技术服务于铁路客站。

2 新技术在铁路客站无线通信中的应用

2.1 DMR数字无线通信系统

2.1.1 DMR数字无线对讲技术

DMR是欧洲电信标准协会(ESTI)于2007年公布的数字无线对讲技术标准，用以替代模拟无线对讲技术[4]，该技术克服了模拟对讲技术的大部分缺陷，其主要特点有：

(1)提高了频率利用率。信道间隔12.5 kHz，单个12.5 kHz信道可支持2个同步或独立的通话，频率利用率是传统模拟技术的4倍。

(2)支持数据传输。单信道可支持2.4 kbit/s的数据传输速率。

(3)抗干扰能力强。采用窄带编解码和数字纠错等技术，可更好地抑制噪声，拥有比模拟技术更优质的语音质量。

(4)支持语音分组、优先级呼叫、紧急呼叫、语音录音等功能。

DMR的优势在语音通信，相比于GSM、TETRA等集群语音通信系统，具有组网简单、造价低廉等优势，近年来逐渐应用于各行各业专网无线通信领域。

2.1.2 基于DMR的客站无线通信系统

目前，许多新建客站相继采用DMR来建设铁路客站无线通信系统[5]，如成都东站、成灌铁路客站、贵阳北站等。

基于DMR的客站无线通信系统由中心设备(服务器、交换机)、基站设备(含天馈、分合路器等)、有线调度台、手持台等组成。系统结构如图1所示。

图1 基于DMR的客站无线通信系统结构图

中心设备和基站设备设置于客站通信信息机房内，主要负责用户终端的鉴权、注册、通信的交换、控制与管理以及与信息系统的互联互通等。在高架候车厅、站台、出站层等设置天馈系统，实现DMR系统的无线覆盖；在客站综控室、公安值班室等重要部门设置有线调度台，通过全呼与组呼实现客站内所有移动终端的作业调度；作业人员配备数字手持台，按需求进行分组，每个手持台有唯一的ID号码且可有多个组ID号，通过不同的分组，手持台可实现不同分组内的呼叫和数据接收功能。

2.1.3 DMR系统特点

相比模拟对讲机，基于DMR的客站无线通信系统极大地提高了铁路客站的生产组织作业效率，其优点主要表现为：

(1)通过系统建设，实现了客站内无线信号的全覆盖。

(2)通过分组功能，提高了作业效率，有效解决了单个分组繁忙时的资源紧张问题。

(3)通过数据传输功能，实现了生产作业信息化，并通过与蓝牙等技术的结合，实现了作业人员位置信息的无线传输，解决了客站内人员的定岗定位管理。

(4)通过录音功能，规范了对讲机使用用语，避免无效用语占用信道，提高了信道利用率。

DMR技术很好地解决目前铁路客站作业管理的基本需求，但因其是窄带技术，无法支撑图像、视频等大带宽数据的无线传输。

2.2 Wi-Fi宽带无线通信系统

2.2.1 Wi-Fi宽带无线通信技术

Wi-Fi是一种被广泛应用和部署的无线宽带接入技术，工作在2.4 GHz或5 GHz公共频段。Wi-Fi的代表是由IEEE 802.11工作组规定的无线通信系统，其技术标准主要包括802.11 b、802.11 a和802.11 g、802.11 n、802.11 ac等物理层标准，有效带宽可达100 Mbps，理论速率甚至高达600 Mbps。

2.2.2 基于Wi-Fi的客站无线通信系统

Wi-Fi因传输带宽大、易部署、频段无须申请等优点，在轨道交通领域已经得到了广泛应用，常用于传输图像、视频等大带宽的数据[6]。我国城市轨道交通普遍采用WLAN承载CBTC、PIS和CCTV等系统业务，在铁路客站领域，广州南站、深圳北站等客站采用Wi-Fi宽带无线通信系统，通过PDA移动终端，为客站作业提供列车到发信息、人员管理等信息化功能。

2.2.3 Wi-Fi系统特点

通过Wi-Fi宽带无线通信系统提供的查询列车运行信息、作业任务传达、打卡等功能，可提高作业信息化，降低对讲机的语音业务量。还可进一步提供图像、视频等传输功能。但是Wi-Fi技术在实际使用中也存在着一些问题。

(1)干扰问题：由于工作于公共频段，信号不稳定，干扰严重，甚至导致系统无法使用。

(2)设备过多问题：Wi-Fi未解决语音通信问题，客站作业人员工作时需同时携带对讲机和PDA两个设备。

2.3 LTE宽带无线通信专网

2.3.1 LTE宽带无线通信技术

LTE是第四代无线通信技术，采用正交频分复用、多输入多输出、自适应调制编码、混合自动重传等技术，可实现图像、视频等大带宽数据的无线传输。我国已明确1785～1805 MHz频段可用于交通、电力等行业的LTE专网。

2.3.2 基于LTE专网的客站无线通信系统

LTE具备高带宽和高传输速率优势，又工作于授权频段，避免了Wi-Fi系统互相间干扰的问题，使其在轨道交通领域得到应用推广。我国城市轨道交通行业逐渐采用LTE技术解决CBTC、PIS、CCTV等车-地无线通信的传输。在铁路客站领域，郑州东站、上海站[7-8]率先使用LTE无线通信技术，配备集群手持式终端，实现多媒体调度、信息发送、视频传输等功能。

基于LTE的客站无线通信系统由多媒体调度系统、LTE核心网、基站(BBU和RRU)、移动终端等组成。其中，多媒体调度系统由多媒体调度服务器、录音服务器、调度台、终端等组成。LTE网络提供多媒体调度服务器和终端间数据传输通道，由核心网和基站构成。核心网包含了MME、GW、HSS等网元；基站采用BBU+RRU的分布式基站，采用室分系统进行覆盖。

2.3.3 LTE专网特点

LTE宽带无线通信技术可为铁路客站作业提供图像、视频等大带宽数据的无线传输，为客站信息化、智能化建设提供很好的技术支撑。但在使用中也存在如下问题：

(1)频率资源问题：工信部规定1.8 GHz频段共 20 MHz带宽资源可用于铁路、地铁、电力、石油、机场等行业建设LTE无线通信专网，并采用先申请先使用的原则。但在很多铁路客站内，20 MHz带宽资源有大部分被其他行业占领使用，因此频率资源申请不易。

(2)终端问题：现有的LTE手持式终端功率偏小，不适合铁路客站客运作业嘈杂的环境，也不符合客运人员的使用习惯(传统对讲机PPT按讲的习惯)。因此，终端设备还需进一步改进，以满足设备使用环境和习惯。

(3)政策问题：根据铁发改〔2020〕144号《国铁集团关于加快推进5G技术铁路应用发展的实施意见》要求，我国铁路正在开展5G技术的应用研究，可能会跳过4G直接进入5G时代，因此，今后铁路可能不会再使用LTE技术。

2.4 公网无线通信系统

2.4.1 公网技术

公网技术是指中国移动、中国电信、中国联通三家移动运营商向公众提供的3G、4G等无线接入技术服务。三大运营商提供的网络制式分别为：①中国移动：GSM(2G)、TD-SCDMA(3G)、TD-LTE(4G)；②中国联通：GSM(2G)、WCDMA(3G)、TD-LTE(4G)、FDD-LTE(4G)；③中国电信：CDMA1X(2G)、EVDO(3G)、TD-LTE(4G)、FDD-LTE(4G)。采用公网技术，无须自建无线通信网络，只需提供后期每年的运营费用。但网络的稳定性和可靠性受制于移动运营商，存在不可控因素。

2.4.2 公网技术特点

目前有部分轨道交通客站采用公众移动通信网服务于客站的生产组织作业。通过终端业务软件的定制化开发，可提供语音对讲、数据传输、视频和图像传输等功能，满足智慧客站的部分功能需求。由于无需建设基础无线通信网络，可节省前期投资。京张智能高速铁路早期即采用公网技术解决客站作业的无线需求。

公网技术虽在投资和宽带传输等功能上具有优势，但结合轨道交通客站的应用场景和客站作业人员的使用习惯，仍存在以下问题：

(1)覆盖问题：客站要做公网引入，特别是大型客站和地下站，否则信号覆盖不满足要求。

(2)功能问题：公网不提供专用调度语音，需进行定制化开发，通常采用基于IP的语音通信技术，采用IP数据包形式传输，在时延等指标方面不如专网。

(3)终端问题：公网终端通常是大屏幕终端，易碎不防摔，不符合客站作业人员的作业习惯。

(4)网络可靠性问题：无线通信网络受制于移动运营商，其可靠性和稳定性存在不可控因素；同时，客站作业人员与旅客共用一个无线网络，网络性能受制于在线用户数量，在旅客高峰期，网络性能可能受影响，客站的作业指挥可能在关键时刻出现呼叫不通等状况。

基于以上原因，京张智能高速铁路沿线客站在后期增设了DMR无线通信系统，由纯公网技术调整为“DMR+公网”技术。

3 铁路客站无线通信系统发展方向

3.1 技术对比

基于现有可用于铁路客站的无线通信技术，对比DMR、LTE、Wi-Fi、公网等特点，如表1所示。

表1 无线通信技术对比表

从表1可以看出：

(1)DMR是窄带数字对讲技术，适用于语音对讲，兼具短数据传输，其设备和系统更符合当前轨道交通客站作业人员的习惯，但不支持大带宽数据传输。

(2)LTE、Wi-Fi、公网同属宽带无线通信技术，适合大带宽数据传输，几种技术各有优势，Wi-Fi易部署，投资低，但易受干扰，目前铁路领域基本不考虑Wi-Fi无线专网建设；LTE抗干扰性好，传输性能好，但投资高，频率资源不易申请，且未来可能直接进入5G时代；公网最大的优势是不需自建无线通信网络，但存在后期运营费用，同时其网络受制于公网运营商，稳定性和可靠性低。

3.2 铁路客站无线通信系统技术体制选择

铁路客站生产组织所需的语音通信和短数据传输是最普遍存在也最迫切需要解决的通信需求。随着铁路客站智能化建设的推进，大型铁路客站还将增加多媒体调度、图像和视频传输等宽带无线通信业务的需求。因此，针对铁路客站管理与作业要求，对比分析现有无线通信技术特点，DMR叠加宽带无线通信的技术体制将更适合于铁路客站无线通信系统，具体技术方案如下：

(1)采用基于DMR的数字无线通信技术实现客运生产组织无线通信需求，解决语音通信和短数据传输，包括：①语音个呼、组呼、紧急呼叫等基本语音通信；②列车到发信息、作业工单、定位信息等短数据传输；③联网远程调度指挥，大站管小站；④站车语音通信；⑤分组通信、无线小区广播、脱网直通、遥毙/遥晕/复活、强插/强拆、通话录音等功能。

(2)采用宽带无线通信技术实现大带宽数据无线传输，包括：①可视个呼、可视组呼等多媒体通信；②现场图像、视频上传；③坐席信息等站车数据通信；④客站设备监控信息传输；⑤智能客站相关信息系统提供无线承载平台。

(3)DMR和宽带无线通信分属不同的通信技术领域，两者之间不能直接互通。通过宽窄融合技术，打通DMR和宽带无线通信网络之间的通信障碍，实现业务功能的无缝融合，实现①DMR终端和宽带终端之间的语音通信、数据通信；②DMR系统和宽带系统的综合业务调度；③DMR设备和宽带设备的统一调度管理。

4 结束语

针对铁路客站的大规模发展，本文研究了现有铁路客站无线通信系统的使用情况，对比分析了DMR、Wi-Fi、LTE、公网等技术的特点及其在铁路客站使用中存在的问题，结合客站的管理和作业需求，提出了未来铁路客站无线通信系统采用DMR叠加宽带无线通信的技术体制，通过经济适用的DMR技术解决客站最基本的生产作业组织需求，采用宽带无线通信系统智能客站大数据传输，并通过宽窄带融合技术实现两者之间的互联互通。