高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能分析

中國鐵建電氣化局集團第二工程有限公司 呂新霞

高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能分析

中國鐵建電氣化局集團第二工程有限公司 呂新霞

我國目前的鐵路事業(yè)發(fā)展的如火如荼，與此同時鐵路上的移動通信系統(tǒng)發(fā)展的速度成為了我們需要關(guān)注的話題。本文針對當(dāng)前高速鐵路上的通信系統(tǒng)的性能進行了分析，包括應(yīng)用情況與其存在的不足，并提出了相應(yīng)的改進措施，借以為提高高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能，保障高速鐵路的穩(wěn)定運行提供參考。

高速鐵路；移動通信系統(tǒng)；性能

現(xiàn)階段，面向旅客信息服務(wù)的高速鐵路移動通信系統(tǒng)并沒有一個統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且用戶的體驗質(zhì)量也并沒有得到充分的保障。盡管面向列車控制的系統(tǒng)的高速鐵路移動通信系統(tǒng)具有通用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但無法向旅客提供滿意的服務(wù)。因此，在高速移動移動環(huán)境下，確保列車控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)可靠性，提高旅客體驗質(zhì)量成為了高速鐵路移動通信系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)。為此，需要對其性能進行分析，同時結(jié)合高速鐵路列車控制需求進行研究，從而達到改善高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能的目的。

1.高速鐵路移動通信系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

科技在不斷地進步，人們的出行越來越方便，對高速鐵路的應(yīng)用越來越廣泛，并且逐漸成為了人們生活中必不可少的一個交通工具，尤其是商務(wù)類的工作人員，在鐵路上的時間相對更長，并且在鐵路上對通信的需求也比其他人高。當(dāng)前人們對在鐵路上的出行質(zhì)量要求更高了，再加上我國的移動通信行業(yè)也在同樣發(fā)展著，將兩者進行結(jié)合是適應(yīng)社會發(fā)展進步的潮流的，人們更希望在利用鐵路出行時可以很方便的進行通信。為了將鐵路上的通信業(yè)務(wù)發(fā)展的更加便捷，更加滿足人們的生活需求，對其性能進行分析是推動其進步的首要步驟。高速鐵路上用戶對通信系統(tǒng)的要求要高于其他環(huán)境，目前我國的鐵路通信現(xiàn)狀還是較好的，已經(jīng)初步形成了一個安全可靠的“鐵路網(wǎng)”，基本上保證了人們在出行過程中的通信狀態(tài)，提高生活質(zhì)量。但是現(xiàn)階段高速鐵路上的移動通信系統(tǒng)處于停滯不前的狀態(tài)，不能滿足需求，所以一定要進行提高。鐵路上的移動通信系統(tǒng)受到多方面因素的影響，容易發(fā)生故障，所以對其性能進行分析改進，以使通信系統(tǒng)更可以滿足人們的使用要求。

2.當(dāng)前高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能

我國的通信行業(yè)已經(jīng)發(fā)展的較為迅速，人們更加注重的是系統(tǒng)的性能，通過對高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能的研究，來計算整個移動網(wǎng)絡(luò)對通信的承載情況。移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展史還是在近期開始的，它的根基不是很穩(wěn)，發(fā)展的速度也不夠快，所以在發(fā)展的過程中總是遇到瓶頸，所以不得不通過理論研究的方式來對移動通信的各種指標(biāo)進行測定，例如傳輸速度等指標(biāo)，對這些指標(biāo)進行研究后可以更快的發(fā)現(xiàn)通信系統(tǒng)性能上的不足。發(fā)現(xiàn)性能上的不足后，才可以針對這些不足進行改進，使通信系統(tǒng)有大幅度的進步。移動通信系統(tǒng)的性能之一是傳輸干擾性能，這個性能更大的作用是判斷分析通信系統(tǒng)對鐵路的可靠安全性。下面主要是針對傳輸干擾的性能進行分析。

鐵路通信中斷是造成通信系統(tǒng)傳輸干擾的最直接原因，一般產(chǎn)生中斷的原因和種類很多：一是，信道變化速度快，衰落速度也快，計算機是需要進行解碼的，但是由于信道的衰落速度、變化都很快，衰落后會造成代碼接收機的工作無法正常進行，也就是所謂的無法進行解碼工作，這個問題一旦發(fā)生，就會直接對鐵路上的移動通信系統(tǒng)造成影響，導(dǎo)致傳輸錯誤信息；二是，目前的移動通信系統(tǒng)普遍采用的就是切換的技術(shù)手段，所以，在兩種信號進行切換的時候極容易發(fā)生通信中斷的問題［1］。這兩種原因是產(chǎn)生傳輸干擾影響的最主要的原因。通信中斷會對鐵路運輸造成比較嚴(yán)重的后果，嚴(yán)重的會直接造成鐵路停運的后果，造成了很大的經(jīng)濟損失，耽誤了很多乘客的時間，造成無法彌補的損失。針對傳輸干擾還有許多問題需要進行改進，但是因為對這一指標(biāo)產(chǎn)生影響的不確定因素太多，所以不能采用定量分析的方法。

其次是分布式天線覆蓋結(jié)構(gòu)將逐漸成為未來高速鐵路移動通信主要覆蓋方式。分布式天線覆蓋結(jié)構(gòu)是一種新的公共無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由多個在地址位置上分開的接入點組成，可看做MIMO系統(tǒng)的擴展，每個接入點都有單天線或者是多天線。由于該系統(tǒng)在空間上有多個分開的天線，因此能夠?qū)崿F(xiàn)宏觀上的分集增益，提高通信傳輸?shù)馁|(zhì)量以及系統(tǒng)容量，并且覆蓋范圍更廣。在高速鐵路的移動通信系統(tǒng)中，分布式通信系統(tǒng)在鐵路沿線進行無線覆蓋，由于其在覆蓋方式上主要運用鏈狀覆蓋形式，因而只考慮較大尺度的路徑損耗，同時保持其基站發(fā)射功率不變，以此為基礎(chǔ)，從系統(tǒng)干擾功率以及覆蓋范圍等方面考慮，分析物理層系統(tǒng)性能。采用分布式覆蓋系統(tǒng)，對其同頻干擾效果進行分析，發(fā)現(xiàn)干擾有很大的降低。然而幾年來，隨著天線數(shù)量不斷增加，其改善效果將可能會逐漸變小。

3.高速鐵路上的移動通信系統(tǒng)的不足及改進

傳輸干擾是通信系統(tǒng)性能研究中我們需要考慮的最重要的一個問題，也是我國目前在研究性能的過程中的短板。通信系統(tǒng)的性能還有很重要的一個研究方向，就是對旅客信息的業(yè)務(wù)開展，我國目前在這個方面還沒有進行性能影響的研究，因為我們還沒有研究出合理的方式來進行模型處理，高速鐵路上的移動通信系統(tǒng)具有周期性短這個特征，它很容易在一段時間后，產(chǎn)生系統(tǒng)漏洞，需要及時進行維護。信道衰落是整個系統(tǒng)性能中受影響最大的一點，但是高速鐵路是基本固定的，這也給高速鐵路上的通信系統(tǒng)的優(yōu)化帶來了一定的便利性。目前鐵路上的信息通信業(yè)務(wù)與鐵路上列車的控制系統(tǒng)是兩個完全分開的、不同的系統(tǒng)。未來首先需要做的就是將這兩個系統(tǒng)進行簡單的整合，減少工作人員的工作量，并且在很大程度上減少系統(tǒng)的建設(shè)成本，更利于對系統(tǒng)性能進行研究分析。

針對整個移動通信系統(tǒng)上的傳輸性能的不足，對整個性能的分析可以采取很多辦法，例如采用概率計算的方式，對鐵路傳輸干擾性能進行多方面的分析，分析內(nèi)容包括信道的衰落過程，通信傳輸?shù)囊苿铀俣纫约傲熊噷π诺赖目刂茖π阅墚a(chǎn)生的影響，之后再采用一個名為信息傳輸?shù)呐鲎猜实闹笜?biāo)來進行傳輸干擾這個性能的影響分析切換，制作出一個合理的模型來進行研究，利用分析與實際測試相互配合的方式來進行影響因素的性能計算與預(yù)估，將列車的信息傳輸精準(zhǔn)控制。將鐵路傳輸信號中斷的現(xiàn)象進行有效遏制，由此對鐵路的移動通信系統(tǒng)的性能進行改進，將損失降低到最少，降低故障發(fā)生的可能性［2］。

未來高速鐵路上的通信系統(tǒng)上性能的展望：首先是信道建模：結(jié)合未來高速鐵路上的通信系統(tǒng)潛在的毫米波頻段，深入研究該頻段下信道特征和模型。其次是異構(gòu)多層網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)：從架構(gòu)和協(xié)議等多層面深入研究此項技術(shù)，使系統(tǒng)容量達到若干數(shù)量級提升。最后是深入開展基于大規(guī)模天線陣的道旁基站和車載移動臺的研究［4］。

4.結(jié)束語

本文主要介紹了高速鐵路移動通信性能上的不足之處及相對應(yīng)的改進方法，并提出了未來三五年的發(fā)展?？傊谖覈I(lǐng)世界高速鐵路技術(shù)的同時，我們要著眼于未來，及時布局未來十年前瞻性高鐵通信技術(shù)研究，以應(yīng)對移動通信技術(shù)的傳輸性能、可靠性、安全性等多方面的挑戰(zhàn)。

［1］方旭明，崔亞平，閆莉，宋昊.高速鐵路移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的演進與發(fā)展［J］.電子與信息學(xué)報，2015，（1）.

［2］梁寅明，潘峮，袁超，等.TDD-LTE移動通信系統(tǒng)高速鐵路場景共存研究［J］.廣東通信技術(shù)，2011，（2）.

［3］陳序建.高速移動通信系統(tǒng)中基站切換的有關(guān)研究［D］.上海交通大學(xué)，2015.

［4］張華斌.高速鐵路通信系統(tǒng)中的移動通信解決方案［J］.信息通信，2014，（1）.

呂新霞（1976-），女，中國鐵建電氣化局集團第二工程有限公司通信技師，研究方向：通信。