我国铁路专用移动通信技术发展探究

杨华勋，梁静

（柳州铁道职业技术学院，广西柳州，545007）

1 铁路移动通信技术的发展背景

随着我国铁路事业的快速发展，我国铁路事业移动通信频率资源也取得了一定的成绩，形成了GSM-R系统，该系统为各个铁路之间的通讯指挥工作提供了技术支撑，推进了高速列车运行自动控制等车辆控制系统的有效应用。随着科技的进步，我国已经全面形成GSM-R网络构架（如图1），并且与铁路建设同步发展。铁路专用无线电频率为车辆车号自动识别、卫星定位、车辆调度等工作提供了技术支持，推进了铁路事业的数字化、信息化发展，大大提升了运输成效，保障运行的安全。当前，我国铁路公司对铁路发展提出了更高的发展目标，要深度推进高铁网与互联网的融合程度，推进智能高铁的发展[1]。

2 对铁路专用移动通信技术应用进行分析

2.1 当前通信技术的应用场景

在列车运行的过程中，通过铁路系统的移动通信技术可以实现语言的沟通的以及数据、图片的传输服务。我们从移动通信技术的应用场景进行分析:在火车站以及车辆检修厂等地方，通过移动通信技术可以向乘客传递列车信息以及车票情况等，工作人员通过电信服务掌握车站内车辆的运行情况以及车辆检修情况，实现语音以及图像的传输服务。从列车运行路线出发，通过移动通信服务可以对车辆进行系统的控制，并且在列车运行的过程中可以为列车的调度工作以及预警工作提供相关服务。

(1)铁路站场。铁路站场主要包括货运中心、大型客站以及机车车辆检修场所等等。主要服务内容由客站管理以及信息的传递工作、旅客信息的服务工作以及车辆的编组调车工作等等，为期提供语音服务功能以及监测检测信息传递等功能。

(2)铁路正线。主要服务内容为列车位置信息、客运车之间的信息交互以及公安保卫、列车养护修护、列车的位置信息、列车之间的交互信息等方面的语音以及数据、图像等等。

2.2 在铁路业务方面的应用

通过移动通信网络，列车在运行的过程中可以实现调度福，并且可以实现车次核对、列车行速以及车位追踪等。此外，通过移动通信网络，可以实时传递列车的运行状况以及各项运行数据，可以实时观察到列车的图像信息。最后，列车工作人员可以通过通信网络技术进行语音服务，给乘客朋友们提供便利，提升了列车运行的便捷程度。

(1)行车应用业务。主要包括列车运行的控制信息、调度命令以及安全防护等方面业务，为车辆间传递提供了通信服务。

(2)运营以及维护应用业务。主要内容为各类移动物体以及基础设备是的监测检测信息的传输，为车辆的运输以及养护工作提供了数据以及图像服务。

(3)旅客服务信息应用业务。为旅客出行提供安全保障，通过物联网的应用提升了旅客的使用体验，增加客运的服务品质。

2.3 电波传输以及信息传输的频率

在进行信息传输工作时，因为高频率的宽带资源较为丰富，并且能够承载较多的信号，在传送的过程中频谱效率较高，这些都是高频率信息传输的特点。而低频率的传输信号传输路径的损耗较低处，如果传播距离较远的情况系会出现宽带资源紧张的现象，由此可以看出低频率传输信号的承载能力较差。面对不同的业务需求，可以根据业务特点来选择合适的传送频率。从电波传输理论的角度进行分析，小于1000HZ的电波频率适合我国当前所构建的正线状网络构架，并且可以根据越区的转换来提升通信服务的品质。在建造GSM-R基站时，9000MHZ以下的基站与普通铁路站之间的距离控制在7m左右，高速铁路的占据控制在3m左右。随着网络技术的进步，5G时代的到来，在铁路通信系统中将会出现更高端的频率，此时电波传输的距离将会变得更小，并且基站的建造密度更大。可是在隧道部分，由于特殊的地理环境，会影响高频波的正常使用。

(1)根据无线电波的传播特性，随着电波频率的增加，路径的损耗也会随之增加，并且传播距离越大，多普勒频移也会随之增加。因为高频段频率宽带资源较为丰富，所以其承载能力也会随之增强。与之相反，如果频率越小，对于路径损耗将会越来越小，传播距离也会愈来愈远。因为当前在低频段频率宽带资源较为紧张，所以在承载能力方面会受到一定的限制，频谱效率也会随之减小。

(2)铁路的站场场景。我国铁路行业除了高速铁路有列车通过，在铁路站场也会有无线通信应用场景，此时的通信应用场与公众移动通信所应用的场景相类似，通过站场的通信可采用点，扩大通信所覆盖的范围，丰富无线电频率资源。

2.4 对网络应用方面进行分析

（1）区域性专用移动通信。在我国铁路集团公司范围内的客货场，都拥有各种无线通信系统，并且该系统拥有简单的网络组织结构。通过相关部门进行建设部署工作，铁路局也可以对其进行统一的规划与部署。在不同区域都拥有可利用的无线电频资源，有效提升了频谱的利用成效。在技术方面，可以根据实际应用需求，开发制定相关的系统化产品。

（2）网路性专用移动通信。通过铁路运输调度指挥中心，根据行车组织的要求以及列车的运行要求，对通信的工作频率、技术标准以及规划部署、业务模式等方面工作进行统一规划与要求，构建全国铁路移动通信，全网之间可以实现互联互通，有效支持各类车载通信的终端，并且对移动端实现跨局指挥与通信。

（3）公众网的应用与使用。众所周知，无线电频谱资源属于不可再生的国家自然资源，并且不同无线电主管部门所使用的无线电频率是有限的，不能同时实现铁路无线通信的所有要求。伴随移动通信技术的进步与发展，我国铁路已经利用4G网络对各类营业服务以及检测数据等工作提供了各种解决方案，有效解决了网络安全问题，公众移动网络通信对铁路移动通信进行了补充。

2.5 对技术体制进行分析

当前我国移动通信4g宽带一同系统已经发展成熟，并且拥有全面的IP佳偶，在网络速率达到峰值时，可以实现1000mb/s。5G技术对4G技术进行了加强与延伸，用户在使用时速率提升5倍以上，有效增加了各物之间的联系。在使用5G关键技术时，主要包括天线的阵列以及全频谱的接入等方面的技术。

(1)专业技术方面。随着5G技术的应用，和以往所使用的通信技术相比，5G技术大量增加了天线的数量，并且进一步加强了信号的接受强度，提升系统的容量以及频谱效率。其次，相关部门部署了更加密集的无线基站，通过对其进行有效利用，提升了使用成效。最后，调频与低频混合，增加了低频的覆盖率。进一步发挥了高频的优点。通过终端的直通技术，有效实现车与人、车与车、车与路之间的联网互通工作。

(2)对应用场景进行分析。以往4G技术主要是解决移动宽带方面的应用，并且加强各个系统之间容量以及数据传输的成效。现如今5G技术的使用更加关注用户的移动体验，并且有效利用互联网技术，实现以机器为主的通信工作。

总之，4G技术的主要解决了移动的覆盖广域，而5G技术重点为热点区域，给用户们提供更加高速的传播速率以及更高的流量度[2]。

3 当前铁路移动通信中存在的问题

3.1 利用频率较低

随着社会的发展，对于移动通信方面的需求也在不断增加，可是频率资源是有限的，所以铁路系统的频点有所短期。此外，铁路的公务维修以及线路维修等方面，不同的部门建立了只属于自己的对讲系统，所以对频率资源造成了浪费。我国大型车站当前以及美欧雷欧使用的频点，并且相同频点之间的干扰性较强，对正常使用造成不利影响。

3.2 在无线列调系统方面具有一定的局限性

以往的无线对讲设备容量较小，并且可靠性不高，所具备的业务能力也比较单一，属于同频对讲系统，在使用方面具有较强的局限性。首先我国的无限裂调属于同频通信道单工系统，在使用的过程中同频之间容易相互干扰，存在大信号抑制小信号的现象，出现阻塞问题。若是发生特殊情况，一般的业务会阻塞重要的安全信息，对行车的安全造成不利影响。当前在品面调车方面也存在上述的类似问题。其次，在实现车机联控之后，根据相关规定的要求，对加入无线列通话的人员有一定的限制，可是在列车的工作人员中，不仅车辆人员拥有手持台，在机车组等各部门也具有手持台，对管理工作造成不利影响。并且客车上具有较多的移动端，移动端可以调出列调频率，影响正常工作的进行，影响列车的行驶安全。最后，列车的无线列调属于单信道系统，如果铁路运输出现高峰期，无线列调除了要完成机车的联控调控业务之外，还要分管车次的传输工作等工作，影响机车联控工作的可靠程度。在无线列调的组成中，“大三角”通信属于重要的组成部分，可是在实际使用的过程中该系统的通话量较小，

并且自整个列调系统中占量不足5%，通常接通时长为20s左右。调度员将接受的电话转接给车展值班室，值班室的工作人员转接给列车司机，造成“大三角”利用率低下的现象。

3.3 无法满足当前数据传输的实际需求

现代化、高速化是我国铁路事业的发展方向，在列车运行的过程中要采集列车的车次新词、车辆速度以及机车状态等等，之后对收集到的信息进行分析与处理，所以说无线数据传输的重要性越来越强，当前铁路系统的常规无线通讯系统并不具备数传的功能，不能满足发展的需求。

4 创新发展与应用方面的认识

4.1 我国宽带化、IP化演进方向符合国际移动通信技术的发展方向

在2010年，国际铁路组织曾发表关于列车宽带通信技术方面的报告，早报告中明确提出机车以及铁路基础设施的运营与管理要求，并且对管理过程中信息集成一体化的要求逐渐提高。随着列车在形式过程中轨道系统之间通信要求越来越多，所以当前列车的信息流已经超过了房钱GSM-R系统的信息容量。轨迹电信联盟对信息移动性以及宽带通信未来的发展也提出了明确的要求，通信服务市场应该以语言信息服务数据为主要业务，并且为期建造高质量以及高速路的通信服务基础。

4.2 在智能铁路发展过程中，宽带移动通信技术是关键技术之一

在列车的智慧工作中，无线通信发挥着关键作用，能够根据列车的运行情况，有效阻止列车的“冒进信号”事故，大大提升了列车的运输成效，在车辆运行的过程中有效避免配件出现脱落的现象，对于列车中存在的不安全因素进行有效的防控，保证列车的正常运行。在GSM-R技术运用过程中，铁路的通信成效得到了提升，并且也为铁路的发展、机车的操控技术提供了通信方面的保障。在列车行驶的过程中凭借移动通信来进行调度，实时查看列车的行驶状态，改善了以往调度命令中存在的不足。根据行车凭证交递方式以及站呼、列呼的作业方式，降低列车司机的工作强度，对列车的行车组织进行信息化控制，大大提升自动化水准，使铁路无线通信朝向安全控制型系统发展。

5 推进铁路通信技术创新发展的思路

我国的铁路运输工作具有站点多、线路长的特点，为了提升列车行驶的安全应，我国铁路移动通信全面覆盖了铁路的车站，包括区间线路以及编组站等，满足列车各类应用的发展需求。在铁路信息通讯技术发展的过程中，不仅要解决列车高速形行驶时的移动通信需求，还要根据车站内的客货运组织等提供服务需求。我们要根据各种业务应用场景，寻找不同的无线通信技术进行解决，满足不同的业务需求。面对不同的业务需求，工作人员要科学规划铁路无线通信系统的频率，并且要使用1000MHZ以下的频段提供相关服务，与此同时还要兼顾我国移动通信系统对于无线系统频率的划分标准。重点解决移动通信与其他无线电系统的频率兼容问题，减少铁路无线受干扰的现象。