通信技術(shù)在高鐵方向的發(fā)展與演進(jìn)

趙軍

【摘要】 高鐵已經(jīng)成為了我國(guó)重要的交通運(yùn)輸工具。高鐵憑借高速這個(gè)優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)的交通運(yùn)輸提供了極大的便利。然而正是由于高鐵的高速性，其對(duì)于通信技術(shù)也有著很高的要求。本人對(duì)通信技術(shù)在高鐵中的應(yīng)用進(jìn)行了概述，并梳理了通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用演變，探討了通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 通信技術(shù) 高鐵 GSM-R系統(tǒng)

高鐵在我國(guó)的發(fā)展非常迅速，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，然而由于高鐵的高速性，通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用一直是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。為了提高通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用水平，本人根據(jù)多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，分析了通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用演變和發(fā)展，希望能夠?yàn)槠涓哞F領(lǐng)域的通信技術(shù)發(fā)展提供一些參考。

一、通信技術(shù)應(yīng)用于高鐵的概述

1.1通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用

通信技術(shù)在上世紀(jì)六十年代左右就已經(jīng)應(yīng)用于我國(guó)的鐵路交通領(lǐng)域之中。隨著高速鐵路在我國(guó)的迅速發(fā)展，通信技術(shù)在高鐵中的應(yīng)用已經(jīng)不再局限于在傳統(tǒng)鐵路交通領(lǐng)域中公務(wù)移動(dòng)聯(lián)系、區(qū)間調(diào)度、應(yīng)急通信等作用[1]。高鐵要求通信技術(shù)能夠高效的監(jiān)控和傳輸各種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管理和控制“人機(jī)對(duì)話”。

高速鐵路系統(tǒng)中的“人機(jī)對(duì)話”的核心還是人對(duì)高速列車的管理。通信技術(shù)要在高鐵中的應(yīng)用要能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)設(shè)備的檢測(cè)、行車指揮自動(dòng)化、列車控制自動(dòng)化、對(duì)維修系統(tǒng)進(jìn)行整備和控制、自動(dòng)診斷故障、自動(dòng)防護(hù)與報(bào)警、應(yīng)對(duì)災(zāi)害和事故以及進(jìn)行恢復(fù)和救援等等。

1.2通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域應(yīng)用的特點(diǎn)

①通信技術(shù)與多領(lǐng)域之間實(shí)現(xiàn)滲透與融合，包括行車組織現(xiàn)代化、行車安全等領(lǐng)域。

②在高鐵信號(hào)系統(tǒng)中，其通信技術(shù)的設(shè)計(jì)思想貫徹了集散控制和綜合集成的思想。

③通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為保障高鐵調(diào)度質(zhì)量和高鐵調(diào)度中心安全管理的重要手段。

④在管理決策方法上采取了“人機(jī)對(duì)話”的管理模式?！叭藱C(jī)對(duì)話”模式能夠以現(xiàn)代化的通信技術(shù)完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行信息的準(zhǔn)確、及時(shí)的反饋、采集和處理，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享。

二、通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用演變

通信技術(shù)在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)歷了從模擬通信階段、集群通信階段到GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信階段的演變。當(dāng)前在高鐵領(lǐng)域中，以GSM-R網(wǎng)絡(luò)為主要的的通信技術(shù)[2]。GSM-R是專門為鐵路系統(tǒng)而開發(fā)的，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鐵路系統(tǒng)的控制和調(diào)度。GSM-R在高鐵環(huán)境中能夠適用，并在高鐵領(lǐng)域中不斷的發(fā)展。

2.1 GSM-R系統(tǒng)的演變階段

在高鐵領(lǐng)域的GSM-R的演變和發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)基本階段，也就是技術(shù)實(shí)驗(yàn)階段、GSM-R系統(tǒng)測(cè)試階段以及最后的工程實(shí)現(xiàn)階段[3]。我國(guó)的GSM-R系統(tǒng)規(guī)劃也經(jīng)歷了三個(gè)演變階段。在第一階段，要全面建設(shè)高鐵的信息化，使通信系統(tǒng)與移動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)同步。為下一步的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在第二階段GSM-R網(wǎng)絡(luò)要能夠?qū)崿F(xiàn)與高鐵CTC系統(tǒng)的同步，為高鐵提供準(zhǔn)確、穩(wěn)定的語(yǔ)音服務(wù)。在第三階段，我國(guó)要完成新建高鐵項(xiàng)目與GSM-R達(dá)到同步，對(duì)重復(fù)建設(shè)的現(xiàn)象予以避免。

2.2高鐵對(duì)于通信技術(shù)演進(jìn)的要求

我國(guó)建設(shè)高鐵的步伐正在不斷的加快，高鐵的速度也在不斷提升，其對(duì)通信技術(shù)的演進(jìn)提出了更高的要求。

①高鐵的控制調(diào)度對(duì)于通信技術(shù)有著更高的要求。高鐵的控制與調(diào)度的效率不斷提高，其覆蓋面也更加廣闊，要求通信技術(shù)的承載量能夠滿足其需求。

②高鐵系統(tǒng)的安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通信技術(shù)有著更高的要求。為了提升高鐵的安全監(jiān)控水平，保障高鐵的運(yùn)行安全，必須發(fā)展更為先進(jìn)的通信技術(shù)。

③高鐵乘客對(duì)通信技術(shù)有著更高的要求。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，高鐵乘客要求通信技術(shù)要能夠滿足其業(yè)務(wù)需求，為其提供便利、暢通的通信環(huán)境。

三、通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的發(fā)展

通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，也經(jīng)歷了一個(gè)演變的過(guò)程，傳統(tǒng)的鐵路通信系統(tǒng)GSM-R已經(jīng)難以滿足高鐵對(duì)于通信技術(shù)的要求。因此，通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用演變形式就是LTE-R代替GSM-R，并不斷完善的過(guò)程[4]。

3.1GSM-R技術(shù)面臨的發(fā)展瓶頸

GSM-R技術(shù)在高鐵領(lǐng)域不斷演進(jìn)和發(fā)展，已經(jīng)成為比較成熟的高鐵通信系統(tǒng)。然而，隨著高鐵的不斷發(fā)展以及對(duì)通信要求的不斷提高，現(xiàn)有的GSM-R技術(shù)在發(fā)展的過(guò)程中遭遇了一些瓶頸。

①由于GSM-R具有較窄的通信頻譜，上下行頻譜的平均值只有4MHz左右，這就造成GSM-R系統(tǒng)具有較低的數(shù)據(jù)傳輸速率。而較低的數(shù)據(jù)傳輸速率明顯不能滿足高鐵對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸速率的需要。

②由于通信制式對(duì)于GSM-R系統(tǒng)的影響，導(dǎo)致其具有較高的延遲。

③ GSM-R 系統(tǒng)比較容易受到環(huán)境和高鐵速度變化的影響，其可靠性和穩(wěn)定性不佳。高鐵運(yùn)行的速度快、線路長(zhǎng)，運(yùn)行環(huán)境非常復(fù)雜，還會(huì)面臨很多復(fù)雜的地形， GSM-R 系統(tǒng)不能適應(yīng)高鐵的進(jìn)一步發(fā)展。因此，隨著高鐵的全面發(fā)展，通信技術(shù)在高鐵方面也需要不斷向前發(fā)展，尋找新的突破。

3.2 3G、4G技術(shù)的發(fā)展

3G技術(shù)和局限區(qū)域網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展非常迅速。近年來(lái)以3G技術(shù)為基礎(chǔ)的4G技術(shù)也方興未艾，具有較大的發(fā)展空間。3G技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)寬帶接入，并提升了手機(jī)用戶接入無(wú)線寬帶的速率。然而傳統(tǒng)的3G技術(shù)的頻譜效率較低，難以滿足高鐵領(lǐng)域通信技術(shù)的需要。因此在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用中，引進(jìn)了3G網(wǎng)絡(luò)分組接入技術(shù)，從而提高了其下載速率。特別是4G技術(shù)的發(fā)展，為通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。高鐵通信技術(shù)的發(fā)展將以3G、4G技術(shù)作為依托。

3.3GSM-R向LTE-R演進(jìn)

3G系統(tǒng)的演進(jìn)為L(zhǎng)TE技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。在高鐵領(lǐng)域，LTE-R逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的GSM-R。LTE系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于兼容性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)延遲低、服務(wù)質(zhì)量高、傳輸速率快。GSM-R向LTE-R演進(jìn)包括兩個(gè)方面，即平臺(tái)演進(jìn)和業(yè)務(wù)演進(jìn)。

①平臺(tái)演進(jìn)。平臺(tái)演進(jìn)由無(wú)線和骨干網(wǎng)兩部分組成，。以MSC組網(wǎng)的方式形成骨干網(wǎng)，為GSM-R向LTE-R演進(jìn)打造良好的平臺(tái)，合理配置資源。

②業(yè)務(wù)演進(jìn)。在GSM-R向LTE-R的業(yè)務(wù)演進(jìn)過(guò)程中主要有兩個(gè)演進(jìn)階段。第一階段為了緩解鐵路通信的壓力，特別是緩解繁忙區(qū)域的壓力，會(huì)出現(xiàn)兩種系統(tǒng)并存的情況。第二階段，逐步實(shí)現(xiàn)GSM-R向LTE-R的演進(jìn)。

由LTE-R替代GSM-R是通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的主要演變趨勢(shì)，也是通信技術(shù)不斷發(fā)展，以滿足高鐵對(duì)于通信技術(shù)的要求。隨著高鐵業(yè)務(wù)需求的不斷增加以及高鐵速度的進(jìn)一步提高，通信技術(shù)的發(fā)展也將更加迅速。鑒于3G技術(shù)有著較高的建設(shè)成本，且在通信頻段方面的突破有著一定的難度，為了適應(yīng)高鐵的發(fā)展要求，通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的發(fā)展將跨過(guò)3G技術(shù)，直接由當(dāng)前的GSM-R系統(tǒng)向LTE-R系統(tǒng)發(fā)展，進(jìn)入高鐵通信技術(shù)的4G時(shí)代。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著高鐵在我國(guó)不斷的發(fā)展和普及，為我國(guó)的交通運(yùn)輸帶來(lái)了新的活力。高鐵對(duì)于通信技術(shù)的要求高于一般鐵路，通信技術(shù)在高鐵中領(lǐng)域的應(yīng)用也從一個(gè)側(cè)面推動(dòng)了高鐵的發(fā)展。未來(lái)的高鐵業(yè)務(wù)需求還將不斷增大，高鐵速度還會(huì)進(jìn)一步提升，對(duì)通信技術(shù)將會(huì)不斷提出更高的要求。我們要從通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的演進(jìn)中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，把握通信技術(shù)在高鐵領(lǐng)域的發(fā)展方向。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 連家軍，朱清谷. 高鐵領(lǐng)域的光通信及其發(fā)展趨勢(shì)分析[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品. 2010（22）

[2] 于銀輝，劉偉，朱珺. 我國(guó)高鐵通信技術(shù)的專利分析[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）. 2012（05）

[3] 劉志君，康曉濤，張麗麗. 基于狀態(tài)空間模型諧波恢復(fù)的Tls-Hankel法[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）. 2011（01）

[4] 張士兵，章國(guó)安，吉曉東. 認(rèn)知無(wú)線電超寬帶多址與抗干擾策略在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 南通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2011（01）