铁路专用移动通信技术发展思路研究

2024-01-02周弘

数字通信世界 2023年9期

周弘

（中国铁建电气化局集团第五工程有限公司，四川成都 610000）

我国铁路应用无线电技术较早，铁路专用移动通信技术主要包括无线调度通信、站场无线通信、无线对讲以及有线通信等技术。为适应未来铁路发展趋势，在列车调度通信、列车运行自动控制、列车机车同步控制等系统中，应科学运用铁路专用通信技术，为铁路各种控制系统提供安全保障。

1 铁路专用通信技术发展背景

我国铁路历经多年发展，铁路专用移动通信技术逐渐成熟，移动通信技术与新建铁路同步建设，在逐年改造普速铁路移动通信系统的同时，全国铁路专用移动通信技术应用范围越来越广。铁路专用移动通信技术广泛应用在列车自动识别、列车尾部风压检测、卫星导航定位、站场列车调度通信、编组站自动化、编组列车速度检测、列车安全防护报警、列车接近预警、道口安全预警、施工防护报警、应急通信等方面。铁路专用无线电频率或移动通信网络，可以大大提高铁路系统的安全性。目前我国铁路事业的快速发展，为铁路专用移动通信技术应用带来了新的机遇和挑战。铁路专用移动通信技术为铁路不同线路通讯工作提供了技术保障，提高了车辆自动控制系统的应用效果[1]。

2 铁路移动通信中存在的问题

2.1 频率资源有限利用率低

在科学技术迅速发展的背景下，铁路建设对移动通信技术的需求也在不断发展，但铁路有限的频率资源利用率较低，存在一些浪费现象。在铁路建设、线路维修时，不同部门拥有独立的对讲系统，难以最大程度地发挥频率资源的价值。一些大型铁路车站采用的频点相同，存在严重的相同频点干扰问题，不利于充分发挥频率资源价值，甚至影响列车运行。

2.2 无线列调系统具有局限性

同频对讲系统的无线对讲设备通常容量小，可靠性较差，使用功能单一且具有一定的局限性。无线对讲设备使用中，同频干扰问题严重，而且较强的信号会抑制其他信号，造成阻塞问题，当发生紧急情况时，通信阻塞会对列车安全造成严重影响。在车机联控过程中，车辆人员、机车组等不同部门都拥有手持台，无线通话的加入缺乏限制条件，同频干扰问题十分不利于列车管理工作。列车移动终端较多，其调度频率也可能影响列车安全行驶。另外，列车无线对讲是单信道系统，在列车运行高峰期，不仅要进行机车联控调控，还需要调度车辆车次、分管运输等，频率干扰影响机车自动控制的安全性和可靠性[2]。

2.3 无法满足列车运行的数据传输需求

我国铁路发展的趋势是现代化和智能化，列车运行调度指挥中需要准确采集列车车次、车辆行驶速度以及运行状态等信息，并及时进行处理，以便发挥移动通信数据传输的重要作用。但是传统的铁路系统无线通信技术没有数据传输功能，不能适应铁路系统未来发展要求。

3 铁路专用移动通信技术应用

3.1 铁路专用移动通信技术应用场景

结合列车运行线路，采用专用移动通信技术可以实现车辆的有效控制，为铁路运营提供列车调度和相关预警服务。铁路专用移动通信技术在火车站的应用场景主要包括货运中心、客站以及列车调度等，可以进行语音服务、监测检测以及数据传输等。在铁路线路的应用主要是传递列车位置、养护、维修、交互等数据。

3.2 铁路业务方面的应用

在列车专用移动通信系统可以实时监测列车运行情况，实现列车运行情况和运行数据的高效传递，为列车工作人员提供语音服务，为乘客提供便利的出行方式，提升交通行业的发展水平和现代化程度。在列车行车过程中，铁路专用移动通信系统可以为列车运行控制、车辆调度、安全防护等铁路业务提供通信服务；在铁路运营和维护过程中，铁路专用移动通信系统为车辆行驶、设备监测检测、车辆运输、车辆养护等提供数据传输服务；在为乘客服务过程中，铁路专用移动通信系统为乘客提供信息查询服务和安全保障，提高乘客满意度和铁路系统服务水平。

3.3 电波和信息传输方面的应用

在铁路电波和信息传输时，铁路专用移动通信系统的高频率信号传输具有资源丰富、承载信号多、传输效率高的突出特点。但低频率信号传输路径损耗较低、承载能力较差，在传输距离远时可能发生宽带资源紧张的情况。应结合铁路实际的业务要求和业务特点，确定电波和信息传输频率。基于电波传输理论，一般情况下选择1 000 Hz以下的电波传输频率适合目前铁路系统的通信网络，在工作实践中可以越区转换以确保铁路通信系统的服务质量。建设基站时，控制基站和火车站距离约7 m，确保基站和高铁距离约3 m。随着移动通信技术的不断进步，在5G时代铁路通信系统将不断采用更高的传输频率，电波和信息传输距离将逐渐变小，同时基站密度会不断大。但是在铁路线路的隧道部分，地理环境特殊，高频波使用效果较差。根据电波传播特性，合理选择电波频率，有效控制传输路径的损耗。较远的传播距离会增加多普勒频移，因为高频率宽带资源相对丰富，其承载能力较强。频率较小时，路径损耗小，可以有效增加信息传输距离。

3.4 网络方面的应用

铁路调度中心应结合列车行车要求、通信频率、铁路业务等方面，进行统一的工作规划，促进铁路专用移动通信网络的规范化管理，实现铁路系统网络的互联互通，为各种车载通信设备提供有效的网络支持，实现列车跨局指挥和通信网络服务。由于无线电频率资源有限，难以同时满足铁路各部门的无线通信需求，为有效预防铁路通信网络安全问题，可以采用公众移动通信网络，以弥补铁路专用通信网络的不足。

3.5 技术方面的应用

我国移动通信技术发展迅速、技术成熟，网络速度峰值可达1 000 Mbps。5G技术加强和延伸了4G技术，并提高了网络传输速度，加强了列车各部门联系。5G技术不仅提高了信号接收速度，还提升了通信系统的容量和效率，但需要增加天线数量。高效利用密集的无线基站，可以提升资源利用效果。通过高频和低频信号的混合，在增加低频覆盖率的同时，充分发挥高频优势，实现列车、乘客、线路的联网互通。在应用过程中，专用移动通信技术加强了铁路不同系统的数据传输效果，注重用户移动通信体验，实现铁路系统智能化通信。

该技术不仅扩大了铁路移动通信的覆盖区域，还可为热点区域和用户提供更高效便捷的数据传输服务，具有高效的传播速度和流量[3]。

4 铁路专用移动通信技术发展的创新思路

4.1 坚持自主创新

铁路专用移动通信技术应符合我国铁路未来发展要求，在产品开发、技术标准等方面持续保持国际先进水平。在铁路移动通信技术发展中坚持自主创新，开展相关通信技术的研究和标准体系建设工作，不断提高铁路专用移动通信技术的应用效果，保持我国铁路系统的整体领先水平，促进铁路通信技术的不断提高，扩大我国铁路装备的国际市场份额和影响力。

4.2 专用移动通信频率

我国铁路运输线路点多线长，铁路专用移动通信网络应完全覆盖列车行驶线路、火车站以及货运中心等，以满足各类铁路业务应用要求，支撑铁路系统的安全运营。科学规划铁路专用移动通信频率，可以解决列车运行过程的通信需求，满足旅客服务、货运等业务应用要求。结合铁路移动通信应用场景，确定合理的铁路专用移动通信频率，同时应充分考虑我国移动通信系统的频率，解决无线电系统的频率兼容和共存问题，预防铁路专用移动通信频率干扰现象。

4.3 健全技术标准体系

我国铁路专用移动通信技术成熟，处于国际先进水平，具有明显的竞争优势，可以有效控制铁路通信系统的研发和应用成本，提高该技术的经济价值。健全铁路专用移动通信技术标准体系，可为铁路系统长远发展提供技术基础，保持我国铁路通信技术的先进性和经济性。在铁路移动通信系统方案、产品研发、监测检测、互联互通、客货运输、工程设计与验收等方面，完善铁路专用移动通信技术标准，加强铁路通信技术标准体系建设。

4.4 创新关键技术

结合铁路专用移动通信系统频率，确定相关设备，并优化和调整相关技术，同时创新关键技术。根据实际的频段调整无线基站射频滤波器及其相关软件，提高信号接收质量和抗干扰效果，实现不同通信系统的频率兼容和共存。为满足铁路运营要求，优化和创新铁路通信技术，研发铁路移动通信新产品。通过优化和调整车载天线技术，开发铁路宽带车载天线新产品，合理控制天线数量，建设标准化的无线通信平台。结合铁路调度业务要求，研发铁路通信网络技术装备，不断创新关键技术以适应大数据时代发展要求，通过工作人员的智能手机终端、App应用等，实现铁路专用移动通信技术的信息化建设和智能化应用。创新铁路通信网络建设方案，完善业务迁移、强化隧道信号等方案，加强铁路通信系统规范化建设，为大规模技术推广不断积累经验[4]。

4.5 构建铁路专用移动通信综合平台

根据铁路通信系统建设经验，铁路专用移动通信技术具有多样化的应用场景、技术以及频率等，构建铁路专用移动通信综合平台，可提高铁路系统运营安全性。传统铁路通信系统频率资源有限、带宽较小，现阶段新老通信系统并存，全面改造难度较高，还需要大量时间和资金投入。通过铁路专用移动通信技术应用和关键技术创新，采用异构技术、同构技术构建新型综合平台，整合公众移动通信网络和铁路专用移动通信网络，安全性要求较低的业务也可直接利用5G公网承载。综合平台融合无线局域网、超宽无线局域网、物联网、5G等不同技术的无线接入形式，形成一体化的铁路专用移动通信综合平台。综合平台实现了不同移动通信数据的互联互通和数据融合，可以为铁路多种应用场景和不同业务提供通信服务。

4.6 营造良好发展环境

铁路专用移动通信技术的科学发展需要科研单位和制造业的支持。铁路专用通信技术发展需要联合相关科研机构和企业，不断突破铁路通信核心技术，开发更多新装备，提高铁路通信技术的信息化水平和自主研发能力，实现产业规模化。铁路和电信部门加强合作，可弥补铁路专用移动通信资源的不足，不断丰富无线电频率。铁路通信网络建设应提高异构网络协同能力，为列车调度、应急通信、设备检测、列车状态等业务应用提供支撑，实现铁路运行线路的全覆盖。铁路无线通信系统的数据传输需要稳定的环境，应做好通信网络保护工作，确保铁路运营安全。加强铁路专用移动通信无线电频率保护措施，加强无线电干扰监测，及时发现和解决无线电干扰问题，营造良好的铁路通信环境。相关专家学者对铁路通信技术理论研究，促进了我国铁路通信技术的高质量发展，提升了我国铁路产业的国际地位，完善相关技术标准体系建设，提高了铁路专用移动通信技术的可行性[5]。