無線技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用

摘要：鐵路交通向高速化與標(biāo)準(zhǔn)化方向的邁進(jìn)，對通信業(yè)務(wù)支撐體系提出了新的要求，必須采用先進(jìn)的通信技術(shù)，實現(xiàn)鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的升級。介紹了無線技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用和未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：無線技術(shù)鐵路通信應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著鐵路列車向高速化、標(biāo)準(zhǔn)化方向的邁進(jìn)，中國鐵路正不斷吸取國外鐵路的先進(jìn)經(jīng)驗和成果，努力提升自身的經(jīng)濟(jì)技術(shù)結(jié)構(gòu)和規(guī)模水平，加快發(fā)展步伐，鐵路通信系統(tǒng)也迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。為了保證列車運行安全，實現(xiàn)有效的信息傳遞，就需要組建一個功能更加完善的、技術(shù)更加先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)。

1 鐵路通信的發(fā)展

鐵路通信在最初發(fā)展時期，傳輸采用了明線和電纜，交換設(shè)備使用的是落后的步進(jìn)制及后來的縱橫制交換機(jī)，鐵路專用通信則以人工臺方式為主，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，鐵路通信也隨之更新?lián)Q代，到90年代數(shù)字光纖通信已經(jīng)被廣泛的使用，隨著程控及軟交換技術(shù)的成熟，電話進(jìn)行了全面升級，形成基本的長途骨干交換網(wǎng)，鐵路專用分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)初步建立，行車電話也推廣采用了數(shù)字調(diào)度設(shè)備，在技術(shù)先進(jìn)性、設(shè)備穩(wěn)定性等方面都有了大幅度的提高。

在無線技術(shù)的應(yīng)用方面，由于行業(yè)特點鐵路也是較早開始使用的。20世紀(jì)50年代，鐵路工作人員開始使用電子管無線通信設(shè)備，70年代全部改用晶體管無線通信設(shè)備，80年代在站場應(yīng)用了便于攜帶的150MHz、450MHz的站內(nèi)無線電臺，同時根據(jù)需要又開發(fā)出適應(yīng)其他崗位的無線應(yīng)用，使業(yè)務(wù)迅速得到了推廣。隨著科技技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字移動通信系統(tǒng)技術(shù)日趨成熟，經(jīng)過長期的推廣和使用，現(xiàn)GSM-R成為鐵路正在使用的專用數(shù)字移動系統(tǒng)，成為鐵路通信的重要組成部分。

2 鐵路無線通信的特點

2.1 覆蓋范圍廣 中國地域廣闊，共有31個省市自治區(qū)，部分省市之間相距幾千多公里，并且列車在運行過程中要通過多個鐵路局及集團(tuán)公司的管轄區(qū)域，每個單位均有調(diào)度指揮及為車輛服務(wù)的部門及人員，所以通話對象不固定，這就需要一個統(tǒng)一的呼叫方式及規(guī)則，由聯(lián)合控制中心根據(jù)列車運行區(qū)間及位置確定呼叫路由及地址。這也是符合我國鐵路特得點的獨特通信方式。

2.2 需要具備數(shù)據(jù)的傳輸功能 列車無線電臺設(shè)備不僅需要語音傳送，還需要有傳輸數(shù)據(jù)的能力，應(yīng)具備多功能的數(shù)據(jù)接口，可以傳輸列車運行所需的各種數(shù)據(jù)，交換信息，確保列車通信及監(jiān)控的實時性和有效性。

2.3 綜合性要求強(qiáng) 鐵路運營所需支撐體系龐大，車務(wù)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛等單位各司其職，對通信的需求也存在差異，這就要求無線通信設(shè)備具備很好的適應(yīng)性，結(jié)合各部門需要開發(fā)相應(yīng)功能。設(shè)備要有良好的綜合應(yīng)用能力，一機(jī)多用，即能傳遞語音還能傳送數(shù)據(jù)，將列車信息根據(jù)需求傳遞到不同單位，各取所需，便于部門間聯(lián)動，提高統(tǒng)一協(xié)調(diào)能力。

3 鐵路移動通信系統(tǒng)介紹

GSM-R(GSM for Railway)為鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)，和GSM網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)相似，是從歐洲引進(jìn)的鐵路通信專用系統(tǒng)。隨著GSM技術(shù)的成熟，使用范圍逐漸擴(kuò)大且造價不斷降低，歐洲的科技人員在GSM標(biāo)準(zhǔn)上加入了一些適合高速移動環(huán)境使用的要素，開發(fā)出了適合鐵路使用的移動通信系統(tǒng)，并迅速在歐洲得到了推廣。GSM-R是基于GSM技術(shù)平臺，針對鐵路無線通信的特點，專門為鐵路設(shè)計的數(shù)字移動通信系統(tǒng)，提供特色的附加功能的高效綜合無線通信系統(tǒng)，并增加鐵路移動通信所需業(yè)務(wù)（組呼、群呼、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、優(yōu)先級別等功能），構(gòu)成整體的解決方案。GSM-R同時還具備數(shù)字集群的功能，滿足列車高速運行時的無線通信要求，可以提供應(yīng)急通信、無線列調(diào)等語音通信功能，安全可靠。GSM-R還是一個信息化的平臺，使得用戶可以在這個信息平臺上輕松開發(fā)各種各樣的鐵路應(yīng)用。GSM-R通信系統(tǒng)主要由基站系統(tǒng)（BSS）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（NSS）、管理系統(tǒng)（OSS）三大部分和移動終端設(shè)備組成。其中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括移動交換系統(tǒng)、移動智能網(wǎng)系統(tǒng)、和分組交換無線業(yè)務(wù)系統(tǒng)，是GSM-R系統(tǒng)的核心組成部分，實現(xiàn)了與其他網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)結(jié)合。隨著鐵路運輸事業(yè)的不斷發(fā)展，信息化建設(shè)需求越來越多，使得無線通信系統(tǒng)在鐵路有著廣闊的發(fā)展前景，GSM-R技術(shù)利用其固有的網(wǎng)絡(luò)特性，很好的順應(yīng)了科技的發(fā)展，利用其先進(jìn)的通信手段實現(xiàn)了鐵路移動設(shè)施和固定設(shè)施的無縫隙連接，確保列車安全、平穩(wěn)的運行，為鐵路自動化和信息化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 GSM－R技術(shù)的應(yīng)用

GSM－R系統(tǒng)不僅可以提供語音業(yè)務(wù)，還可以提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、智能業(yè)務(wù)。針對鐵路通信需求，GSM－R系統(tǒng)還提供了組呼叫、尋址、廣播呼叫、緊急呼叫等特殊方面的要求。

4.1 調(diào)度命令傳送：TDCS根據(jù)調(diào)度命令中的機(jī)車編號查找對應(yīng)的目的IP地址，將命令從無線列調(diào)車站臺發(fā)出，經(jīng)過GSM－R網(wǎng)絡(luò)組成的數(shù)據(jù)鏈路傳送到車載無線通信設(shè)備，機(jī)車就能接收到調(diào)度下發(fā)的命令。調(diào)度命令是各級調(diào)度指揮人員向列車司機(jī)下達(dá)的書面指令，是列車運行指揮系統(tǒng)的重要組成部分。

4.2 列車調(diào)度指揮：調(diào)度與司機(jī)之間的通話是行車通信系統(tǒng)的重要組成，負(fù)責(zé)指揮各種車輛的運行，保證機(jī)車司機(jī)、車站值班員、列車調(diào)度員之間以及車站值班員、機(jī)車司機(jī)、運轉(zhuǎn)車長之間的通信暢通，確保安全。

4.3 機(jī)車同步控制：有時列車需要多個機(jī)車牽引，在運行過程中，兩臺機(jī)車之間包括加速、減速和制動等一系列行為必需同步操縱，利用本業(yè)務(wù)可實現(xiàn)機(jī)車間信息的傳遞和交換。

4.4 列車自動控制：通過GSM－R提供車地之間雙向安全數(shù)據(jù)傳輸通道，接收由GPS或其他的定位工具提供的位置信息，控制列車運行，可代替以前的信號燈指示，保證列車運行安全。

4.5 機(jī)車信號和監(jiān)控信息傳送：實現(xiàn)車載設(shè)備和地面間的數(shù)據(jù)傳輸，提供機(jī)車信號和監(jiān)控信息傳輸，儲存調(diào)車模式的相關(guān)信息，構(gòu)成站場通信系統(tǒng)重要組成部分。

4.6 列車停穩(wěn)信息傳送:利用數(shù)據(jù)采集傳輸應(yīng)用系統(tǒng)，可傳送列車是否停穩(wěn)信息，提高車輛運行的安全性。

4.7 車次號傳輸：車次號傳送是實現(xiàn)車輛調(diào)度指揮的重要一環(huán)，通過對列車車次號的自動跟蹤，實現(xiàn)調(diào)度中心對車輛運輸業(yè)務(wù)的監(jiān)控機(jī)辦理。

4.8 列車尾部監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸：在列車行進(jìn)當(dāng)中，司機(jī)應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)時了解列車性能變化。列車監(jiān)控系統(tǒng)可以提供車尾風(fēng)壓數(shù)值，電池電壓情況，主風(fēng)管風(fēng)壓情況等等，實現(xiàn)對車輛狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控。

4.9 區(qū)間無線通信：在區(qū)間作業(yè)可以使用GS M－R作業(yè)手持終端，包括機(jī)務(wù)、車務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、公安等單位可根據(jù)需要進(jìn)行內(nèi)部的業(yè)務(wù)聯(lián)系，在有特殊情況時可與列車調(diào)度人員或其他用戶聯(lián)系，在遇到突發(fā)狀況時，還可通過無線終端直接與司機(jī)通話。

4.10 旅客業(yè)務(wù)信息收集：每輛客車都與控制中心保持一條實時雙向數(shù)據(jù)傳輸通道，作為數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)使用，與旅客相關(guān)的所有移動信息通過此通道進(jìn)行傳輸，為旅客提供各種信息，增加旅客的便利性，提供各種人性化服務(wù)。

5 鐵路無線通信技術(shù)的發(fā)展方向

鐵路無線通信技術(shù)隨著科技的進(jìn)步不斷發(fā)展，既有其普遍性又存在特殊性，未來發(fā)展應(yīng)該向公眾網(wǎng)絡(luò)融合的邁進(jìn)，向固網(wǎng)的三網(wǎng)融合一樣達(dá)到與公眾網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一，使用戶通過專用通信網(wǎng)實現(xiàn)與公眾網(wǎng)同樣的應(yīng)用功能，滿足各種信息交流的需要，使用戶在任何地方都可以獲得無差別服務(wù)，實現(xiàn)寬帶的無線接入。對于無線寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展需求，現(xiàn)有鐵路無線通信系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，GSM-R由于技術(shù)的限制不足以支撐前進(jìn)的步伐。

由于3G無線通信技術(shù)使用的頻點高，設(shè)備及組建網(wǎng)絡(luò)投資大，不符合無線網(wǎng)絡(luò)廣泛覆蓋的目標(biāo)，且3G技術(shù)與2G技術(shù)在語音通信業(yè)務(wù)上并沒有本質(zhì)區(qū)別。因此，未來鐵路無線通信發(fā)展會越過3G，直接向“準(zhǔn)4G”的LTE-R技術(shù)邁進(jìn)，國際鐵路聯(lián)盟（UIC）也已表示了對LTE-R技術(shù)的支持。

LTE采用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與2G的GSM、3G的UMTS相比，LTE具有更高的速率、更高的頻譜效率、更靈活的載波帶寬及更好的系統(tǒng)兼容性等特點，能夠提供安全的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，組網(wǎng)形式簡單、高效、低時延、低造價，充分滿足寬帶無線接入的需求，真正實現(xiàn)了固定網(wǎng)和移動網(wǎng)的融合，提高了3G在新興的寬帶無線接入市場的競爭力。LTE采用了基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以利用已部署的站點和設(shè)備，節(jié)省成本投資。

隨著LTE在公眾運營網(wǎng)的引入，在強(qiáng)化GSM-R系統(tǒng)應(yīng)用的同時，鐵路部門也應(yīng)大膽創(chuàng)新，向LTE-R演進(jìn)是GSM-R發(fā)展的必然趨勢，越早地適應(yīng)新技術(shù)，就可以更靈活地應(yīng)對內(nèi)部及外部的通信需求，為未來的運營發(fā)展做好準(zhǔn)備。

目前，國際鐵路聯(lián)盟（UIC）正在積極研究GSM-R向LTE-R的行業(yè)演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，確保GSM-R技術(shù)隨電信科技的不斷發(fā)展，使用的生命周期可以獲得延長。從發(fā)展情況看，無線技術(shù)在鐵路專用通信中擁有廣大的發(fā)展前景，有了GSM-R的成功運營及研發(fā)經(jīng)驗，我們必將開發(fā)出新一代的適合國內(nèi)實際的鐵路移動通信系統(tǒng)，為鐵路安全運營提供有力保障。