大準(zhǔn)鐵路無(wú)線通信發(fā)展趨勢(shì)

楊海云

【摘要】大準(zhǔn)鐵路專用無(wú)線通信是大準(zhǔn)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是保障行車安全的重要通信設(shè)備，對(duì)鐵路運(yùn)輸與安全起著重要作用。是實(shí)現(xiàn)新時(shí)期鐵路安全、高效、重載發(fā)展要求的重要保障。巴準(zhǔn)—大準(zhǔn)—準(zhǔn)池鐵路路網(wǎng)形成后，開(kāi)行2萬(wàn)噸列車已提上日程，現(xiàn)有的無(wú)線通信系統(tǒng)已滿足不了新形勢(shì)業(yè)務(wù)應(yīng)用要求，如何解決機(jī)車同步操控、車頭視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)應(yīng)用已是迫切需要解決的問(wèn)題。通過(guò)本文分析鐵路專用寬帶無(wú)線多媒體集群系統(tǒng)是重載信息化的最佳實(shí)現(xiàn)方案。【關(guān)鍵詞】現(xiàn)狀經(jīng)驗(yàn)問(wèn)題及措施可比性趨勢(shì)

大準(zhǔn)鐵路專用無(wú)線通信系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)鐵路運(yùn)輸與安全起著重要作用，是實(shí)現(xiàn)新時(shí)期鐵路安全、高效、重載發(fā)展要求的重要保障。

一、現(xiàn)狀

目前大準(zhǔn)鐵路全線采用TG400-4無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)和400K電力接觸網(wǎng)感應(yīng)通信相結(jié)合的方式，用于機(jī)車聯(lián)控和貨物列車完整性檢查等業(yè)務(wù)。450M采用無(wú)線列調(diào)A制式，兩種通信方式集成在一個(gè)通信終端上，系統(tǒng)根據(jù)通信情況進(jìn)行自動(dòng)切換。路網(wǎng)形成后，巴準(zhǔn)—大準(zhǔn)—準(zhǔn)池鐵路開(kāi)行2萬(wàn)噸列車，力爭(zhēng)讓重載列車開(kāi)行技術(shù)走在集團(tuán)前列，現(xiàn)有的無(wú)線通信系統(tǒng)無(wú)法新形勢(shì)下大準(zhǔn)線路機(jī)車同步操控、車頭視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)應(yīng)用。為有效解決上述問(wèn)題，更好地助力大準(zhǔn)重載鐵路信息化建設(shè)，需要建設(shè)更符合未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的無(wú)線通信系統(tǒng)。

二、經(jīng)驗(yàn)

1.400K+400M優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有效解決了山區(qū)電氣化鐵路弱場(chǎng)通信問(wèn)題，提高了通信的可靠性。

大準(zhǔn)鐵路具有山區(qū)電氣化鐵路的典型特征，地形、地貌復(fù)雜、彎道多、隧道密集。在九十年代初期建線時(shí)，選用400K感應(yīng)式通信方式，利用接觸網(wǎng)導(dǎo)線作波導(dǎo)線傳輸信號(hào)，場(chǎng)強(qiáng)分布沿感應(yīng)線（接觸網(wǎng)）作鏈狀分布，幾乎不受環(huán)境中地形、地貌影響，投資小、性能可靠、場(chǎng)強(qiáng)覆蓋率高、維修方便。同時(shí)400K感應(yīng)通信頻率較低，抗干擾能力小，感應(yīng)通信干擾來(lái)源多，接觸網(wǎng)導(dǎo)線上各種干擾信號(hào)，造成通信信噪比下降，通信質(zhì)量變壞，通信距離降低。而400M電臺(tái)頻率高，不易受到其它用電器、電磁場(chǎng)的干擾，抗干擾能力強(qiáng)。不足之處受地形地貌限制多，山區(qū)、隧道內(nèi)信號(hào)衰減大。

選用400K+400M合二為一電臺(tái)，400KHZ和400MHZ信號(hào)雙重覆蓋，場(chǎng)強(qiáng)覆蓋無(wú)盲區(qū)，有效解決了山區(qū)電氣化鐵路弱場(chǎng)通信問(wèn)題，提高了通信的可靠性。

2.技術(shù)改造取得新成果

2011年3月完成了無(wú)線列調(diào)車站電臺(tái)電源改造工作。大準(zhǔn)線無(wú)線列調(diào)車站電臺(tái)采用220V交流電+蓄電池供電方式，使用該供電方式存在問(wèn)題：（1）由于交流電電壓不穩(wěn)，經(jīng)常燒毀車站電臺(tái)電源模塊；（2）由于交流電頻繁停電，導(dǎo)致蓄電池充放電頻繁，大大縮短了蓄電池的使用壽命。經(jīng)過(guò)多次論證、試驗(yàn)，決定將車站電臺(tái)供電方式改造為從智能高頻開(kāi)關(guān)電源直接供12V直流電，改造后的車站電臺(tái)不需要另外加裝蓄電池，運(yùn)行穩(wěn)定。這樣不但有效地減少了由于交流電不穩(wěn)而引起的電臺(tái)故障，而且還降低了維護(hù)成本。

完成20部電力機(jī)車無(wú)線列調(diào)機(jī)車電臺(tái)改造為軌道車電臺(tái)的改造工作。大準(zhǔn)線電力機(jī)車使用的無(wú)線列調(diào)機(jī)車電臺(tái)有部分已到大修期，對(duì)這部分電臺(tái)的電源進(jìn)行改造，即110V供電改變?yōu)?4V供電方式，并進(jìn)行了指標(biāo)調(diào)整與老化試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，目前改造后的電臺(tái)已全面投入運(yùn)用，運(yùn)行狀態(tài)良好。

3.改變400K天線耦合方式、加裝功分器等技術(shù)措施，解決技術(shù)難題。

2012年增二線施工，站場(chǎng)擴(kuò)能改造，供電接觸網(wǎng)桿移設(shè)，供電方式發(fā)生變化。由于大準(zhǔn)線無(wú)線列調(diào)車站電臺(tái)400K電臺(tái)天線是架設(shè)在供電接觸網(wǎng)桿上的，通過(guò)接觸網(wǎng)線傳輸400K電信號(hào)，增二線施工中，股道的增加引起接觸網(wǎng)桿移設(shè)，400K天線隨之移設(shè)；另一方面站場(chǎng)改造過(guò)程中，站內(nèi)上下行接觸網(wǎng)線之間利用絕緣瓷瓶隔開(kāi)了，400K信號(hào)被隔斷，絕緣瓷瓶的另一邊形成了400K弱場(chǎng)區(qū)，幾乎所有的車站臺(tái)400K天線都是這樣，如何解決400K弱場(chǎng)問(wèn)題？經(jīng)過(guò)20多次反復(fù)試驗(yàn)、測(cè)試，最終改變400K天線耦合方式、加裝功分器等技術(shù)措施，解決了施工改造形成的400K弱場(chǎng)區(qū)問(wèn)題。

三、問(wèn)題及措施

存在問(wèn)題：1.無(wú)線列調(diào)設(shè)備還處于起步階段只能滿足車機(jī)聯(lián)控，大三角通信還未得到滿足，更談不上調(diào)度命令無(wú)線傳輸、列車無(wú)線防護(hù)報(bào)警通信等。2.未能利用好光纖直放站車站臺(tái)監(jiān)控和網(wǎng)管系統(tǒng)。3.大準(zhǔn)線目前采用的是450M無(wú)線列調(diào)A制式，采用共享式通信方式，所有的業(yè)務(wù)都在一個(gè)通信信道中展開(kāi)，無(wú)法滿足目前大準(zhǔn)線路機(jī)車同步操控、車頭視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)應(yīng)用。為有效解決上述問(wèn)題，.大準(zhǔn)線到目前為止，為滿足無(wú)線車次號(hào)輸傳的要求，只對(duì)以站中心為界上下行3公里范圍內(nèi)進(jìn)行弱場(chǎng)區(qū)補(bǔ)，400M信號(hào)傳輸還存在盲區(qū)。

改進(jìn)措施：1.引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備發(fā)揮設(shè)備潛能。GSM-R技術(shù)、WLAN、LTE技術(shù)、McWiLL技術(shù)。2.充分利用監(jiān)控和網(wǎng)管系統(tǒng)迅速準(zhǔn)確地判斷和排除故障。3.大準(zhǔn)線全線400M弱場(chǎng)區(qū)補(bǔ)強(qiáng)，解決巴準(zhǔn)、大準(zhǔn)、準(zhǔn)池路網(wǎng)形成后巴準(zhǔn)單400M機(jī)車電臺(tái)車機(jī)聯(lián)控問(wèn)。

四、可比性

目前無(wú)線通信技術(shù)種類繁多，可應(yīng)用于鐵路行業(yè)實(shí)現(xiàn)重載信息化的無(wú)線通信技術(shù)主要包括以下幾種：

1.450M無(wú)線列調(diào)。450M結(jié)合400K的通信方式是目前大準(zhǔn)線主要的無(wú)線通信制式，由于受到通信技術(shù)的限制，實(shí)際使用中通信干擾非常嚴(yán)重（主要表現(xiàn)在同頻干擾、鄰線干擾、列尾干擾、信道占用方式不合理等方面），通話效果差、雜音大，數(shù)據(jù)通信帶寬低、能力差，通信可靠性差，嚴(yán)重影響行車安全。主要存在以下幾方面問(wèn)題：（1）450M無(wú)線通信建設(shè)年代較早，全線盲區(qū)很多，嚴(yán)重影響行車。目前大準(zhǔn)鐵路正在作全線補(bǔ)盲。但是450M無(wú)線通信技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于目前公網(wǎng)通信技術(shù)，，其并存在制式全國(guó)不統(tǒng)一的問(wèn)題，不符合現(xiàn)代化鐵路信息化發(fā)展趨勢(shì)，將要面臨全面淘汰；（2）450M通信能力低，目前只能用作調(diào)度通信和列尾通信，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的小三角調(diào)度通信業(yè)務(wù)，少數(shù)區(qū)段可以用來(lái)傳送車次號(hào)，使用效果很不理想，大三角調(diào)度通信業(yè)務(wù)無(wú)法全面開(kāi)展，更無(wú)法滿足未來(lái)鐵路列車信息化的其他無(wú)線通信需求；目前大準(zhǔn)線正在安裝機(jī)車駕駛室監(jiān)控設(shè)備，但450M無(wú)線列調(diào)無(wú)法有效的提供寬帶高速率的傳輸能力，將視頻實(shí)時(shí)傳到地面；450M無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)近期也提出了模擬數(shù)字化的概念，但相關(guān)設(shè)備及技術(shù)解決并未形成成熟產(chǎn)品，因此其成熟解決方案及實(shí)際可行實(shí)施應(yīng)用還需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間；（3）運(yùn)煤專線隧道內(nèi)漏纜故障率高，通信效果差，450M盲點(diǎn)非常多，基本都靠400K通信，但是400K通信技術(shù)在實(shí)際使用中傳輸距離很短，只能用作450M盲區(qū)的輔助通信且400K通信設(shè)備的主要廠商大都已經(jīng)陸續(xù)停產(chǎn)，后續(xù)服務(wù)無(wú)法得到保障；（4）頻率資源對(duì)于無(wú)線通信系統(tǒng)至關(guān)重要，但工信部正計(jì)劃收回鐵路450M無(wú)線列調(diào)使用頻率，將不利于450M無(wú)線列調(diào)的使用和發(fā)展。

綜上所述，450M無(wú)線列調(diào)已不適用于重載信息化建設(shè)。

2.GSM-R。

GSM-R通信技術(shù)起源于歐洲，目前在德國(guó)、瑞士、荷蘭、意大利等國(guó)家均已進(jìn)入商業(yè)運(yùn)用。由于GSM-R具有適應(yīng)鐵路運(yùn)輸特點(diǎn)的功能優(yōu)勢(shì)，以及更符合通信信號(hào)一體化技術(shù)發(fā)展的需要，因此鐵道部2000年底正式確定將GSM-R作為我國(guó)鐵路專用通信的發(fā)展方向。GSM-R作為成熟的第二代鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，能夠滿足語(yǔ)音調(diào)度通信和承載低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，但也存在以下問(wèn)題：

（1）GSM-R總帶寬僅為9.6Kbps，不具備視頻功能、缺乏無(wú)線寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹文芰Γ瑹o(wú)法滿足鐵路信息化發(fā)展中列車動(dòng)態(tài)監(jiān)控、運(yùn)輸管理、資源管理和工程管理等信息化平臺(tái)的要求，業(yè)務(wù)發(fā)展受到限制；（2）GSM-R在鐵路行業(yè)應(yīng)用頻段為上行：885-889，下行：930-934，共計(jì)4M頻寬，且不能支持同頻組網(wǎng)，頻率資源緊張，因此鐵道部并不允許地方鐵路使用GSM-R應(yīng)用于重載信息化；（3）GSM-R系統(tǒng)總信道數(shù)只有8個(gè)，信道資源緊張，不利于實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)并發(fā)。

總體來(lái)說(shuō)，GSM-R應(yīng)用于重載信息化有相當(dāng)?shù)木窒扌浴?/p>

3.WLAN。

WLAN技術(shù)廣泛應(yīng)用于公眾便攜寬帶接入應(yīng)用，技術(shù)成熟且使用便捷，能夠提供較大的帶寬實(shí)現(xiàn)寬帶化的業(yè)務(wù)應(yīng)用，但是對(duì)于鐵路行業(yè)應(yīng)用卻存在一系列問(wèn)題：（1）WLAN因?yàn)槎ㄎ挥诠姳銛y寬帶接入，其使用的2.4G/5.8GHz ISM頻段屬于無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線接入系統(tǒng)、藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)等各類無(wú)線電臺(tái)站共用的開(kāi)放頻段，在具體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中一方面會(huì)受到較大的頻率干擾，另一方面其安全性并不能夠得到切實(shí)可靠地保障。（2）其傳輸距離較短，WLAN覆蓋范圍一般是100-150米，存在大量無(wú)線覆蓋死角，造成服務(wù)的不連續(xù)性，用戶體驗(yàn)差，面對(duì)鐵路重載行業(yè)正線條件，其需要大量的設(shè)備，工程實(shí)施困難。（3）WLAN只能應(yīng)用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，存在無(wú)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的一大缺陷，針對(duì)鐵路應(yīng)用只能以WLAN+TETRA相對(duì)獨(dú)立的兩張網(wǎng)結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)，不便于后期維護(hù)。（4）WLAN在鐵路的應(yīng)用較少，應(yīng)用部分也只定位為輔助辦公應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)于重載鐵路的解決并未有成熟的解決案例。

綜上所述，采用WLAN技術(shù)并不是解決重載信息化的有效手段。

4.LTE。

LTE應(yīng)用并不成熟，主要體現(xiàn)在不容忽視的三方面問(wèn)題：（1）頻率的不確定性。我國(guó)TD-LTE頻譜的規(guī)劃尚未確定，重載鐵路應(yīng)用中存在頻率選擇的風(fēng)險(xiǎn)。（2）語(yǔ)音方案尚不成熟。LTE采用了“分組域話音”這一比較超前的設(shè)計(jì)，注定造成LTE話音（VoLTE）技術(shù)的成熟滯后于LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前雖然多個(gè)國(guó)際運(yùn)營(yíng)商正在積極研發(fā)VoLTE和SRVCC技術(shù)，但受限于配套的IMS技術(shù)的可靠性，此項(xiàng)技術(shù)近期還很難成熟。我國(guó)尚未選定TD-LTE語(yǔ)音方案，為TD-LTE終端的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化帶來(lái)了很大的不確定性。（3）還未形成支撐實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈。簡(jiǎn)而言之，我國(guó)TD-LTE目前的發(fā)展速度并不樂(lè)觀。目前采用LTE技術(shù)實(shí)現(xiàn)重載信息化不確定性較高，不具備成熟穩(wěn)定的應(yīng)用保障。

5.McWiLL。

McWiLL（Multi-carrier Wireless Information Local Loop，多載波無(wú)線信息本地環(huán)路）寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)，采用國(guó)際最先進(jìn)的碼擴(kuò)正交頻分多址（CS-OFDMA）、智能天線、空間零陷、聯(lián)合檢測(cè)等無(wú)線通信技術(shù)，使其無(wú)線性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出現(xiàn)有的寬帶無(wú)線通信（BWA）技術(shù)；McWiLL基于IP分組交換網(wǎng)絡(luò)以及軟交換核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以與既有的系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)互通。McWiLL寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)是工信部“寬帶無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)專家組”和科技部“寬帶無(wú)線戰(zhàn)略研究組”重要技術(shù)戰(zhàn)略研究對(duì)象，是《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中確定新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)、水體污染控制與治理和重大新藥創(chuàng)制三個(gè)重大專項(xiàng)之一。國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)2008年新一代寬帶及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)批復(fù)的46項(xiàng)目中，特別針對(duì)McWiLL技術(shù)與應(yīng)用的達(dá)三項(xiàng)之多，僅次于面向公共無(wú)線電話網(wǎng)的TD-SCDMA。目前McWiLL？已成為國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）寬帶無(wú)線接入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我公司鐵路專用寬帶無(wú)線多媒體集群系統(tǒng)采用McWiLL產(chǎn)品（技術(shù)），該產(chǎn)品（技術(shù)）應(yīng)用于鐵路具備以下優(yōu)勢(shì)：（1）McWiLL產(chǎn)品（技術(shù)）具有覆蓋范圍廣、高帶寬、高保密性、非視距傳輸、支持高速移動(dòng)、支持終端漫游切換等先進(jìn)優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)重載信息化中列控?cái)?shù)據(jù)傳輸、語(yǔ)音集群調(diào)度、可視化調(diào)度、無(wú)線視頻監(jiān)控、機(jī)車同步、終端衛(wèi)星定位等業(yè)務(wù)應(yīng)用；具備最大300業(yè)務(wù)信道的并發(fā)量，能夠提供120路終端并發(fā)處理能力，有利于實(shí)現(xiàn)大量的業(yè)務(wù)并發(fā)。（2）頻率方面，McWiLL產(chǎn)品（技術(shù)）分別于2008年，2012年得到工信部無(wú)線電管理局的相關(guān)批文，獲得1800MHz、400MHz和340MHz的授權(quán)頻率。（3）McWiLL產(chǎn)品（技術(shù)）是支持同頻組網(wǎng)的無(wú)線通信系統(tǒng)。針對(duì)鐵路具體應(yīng)用，就技術(shù)方面配合鐵道部運(yùn)輸局和科技司、鐵路各設(shè)計(jì)院研發(fā)高鐵信息化、重載信息化解決方案；就產(chǎn)品方面積極聯(lián)合多方合作伙伴豐富了系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈。（4）McWiLL產(chǎn)品（技術(shù)）應(yīng)用成熟度高，已獲得大規(guī)模商用，國(guó)內(nèi)外McWiLL網(wǎng)絡(luò)用戶已達(dá)數(shù)百萬(wàn)人，商用基站數(shù)超過(guò)1萬(wàn)臺(tái)。McWiLL產(chǎn)品是基于成熟的McWiLL技術(shù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，智能天線、軟件無(wú)線電等核心技術(shù)均已經(jīng)過(guò)了商用考驗(yàn)。

五、趨勢(shì)

大準(zhǔn)重載鐵路是經(jīng)由大同到準(zhǔn)格爾的鐵路線路，東起山西省大同市，西至內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗薛家灣。正線全長(zhǎng)264公里，途徑兩省六旗縣（市），是已形成的“西煤東運(yùn)”大通道。大準(zhǔn)鐵路正在規(guī)劃將運(yùn)輸能力從目前的1萬(wàn)噸增至2萬(wàn)噸，為緩解蒙西地區(qū)的煤炭外運(yùn)緊張問(wèn)題做出更大貢獻(xiàn)。這對(duì)大準(zhǔn)鐵路信息化建設(shè)，特別是對(duì)機(jī)車同步操控應(yīng)用提出了更高的需求。針對(duì)大準(zhǔn)鐵路通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及業(yè)務(wù)規(guī)劃需求，為了更好的保障現(xiàn)有業(yè)務(wù)的有效開(kāi)展并且能夠滿足未來(lái)業(yè)務(wù)應(yīng)用擴(kuò)展的需求，大準(zhǔn)鐵路需要一套高寬帶、高速率、廣覆蓋、支持全業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)展的無(wú)線通信系。神華集團(tuán)已通過(guò)1800MHz頻段在神華集團(tuán)的使用審批，同時(shí)，工信部在1800MHz頻段方面給予了鐵路專用寬帶無(wú)線多媒體集群系統(tǒng)正式使用授權(quán)，所以采用鐵路專用寬帶無(wú)線多媒體集群系統(tǒng)建設(shè)大準(zhǔn)鐵路無(wú)線通信系統(tǒng)在頻率上最具備合法性。鐵路專用寬帶無(wú)線多媒體集群系統(tǒng)已在朔黃鐵路就列控?cái)?shù)據(jù)、列尾數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)做過(guò)系統(tǒng)規(guī)模測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括端到端傳輸時(shí)延、數(shù)據(jù)傳輸成功率等指標(biāo)。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，各類測(cè)試指標(biāo)性能良好，符合重載鐵路應(yīng)用要求。

綜上，McWiLL鐵路專用寬帶無(wú)線多媒體集群系統(tǒng)對(duì)比450M無(wú)線列調(diào)、GSM-R、WLAN、TD-LTE等系統(tǒng)（技術(shù)）來(lái)說(shuō)，在行業(yè)用戶信息化建設(shè)、應(yīng)急指揮通信等方面有著明顯的技術(shù)和功能優(yōu)勢(shì)，是重載信息化的最佳實(shí)現(xiàn)方案。