軟件無線電在鐵路無線通信中的應用研究

王永佳

?

軟件無線電在鐵路無線通信中的應用研究

王永佳

天津七一二通信廣播股份有限公司，天津 300462

現(xiàn)如今鐵路交通信息飛速發(fā)展。人們越來越重視鐵路無線通信的安全性、可靠性。目前，在鐵路無線通信中軟件無線電的使用還不是很廣泛，我國鐵路無線系統(tǒng)大多還是采用模擬調(diào)制的設備，在信息傳輸能力方面較弱。因此，我國迫切需要一種新型的軟件無線電來提高鐵路無線通信系統(tǒng)的能力。對先進的軟件無線電和數(shù)字信號處理技術在鐵路通信中的應用進行了研究。

軟件無線電；鐵路無線通信；應用研究

引言

軟件無線電建立了一個硬件平臺，可以通過開放兼容編程，由軟件控制硬件電路，實現(xiàn)傳統(tǒng)無線電的功能。當功能需求發(fā)生變更時，僅編輯更改相應的軟件模塊即可，而不用更改整個硬件電路，不僅簡化了操作，而且節(jié)省了開發(fā)的時間和費用。除此之外，國外利用此項技術在鐵路上已有一段歷史，因此，我國在改進鐵路無線通信上一定不能落后于其他國家。

1 軟件無線電的發(fā)展歷程

軟件無線電我國近幾年才興起，是電臺改革的一大革命性躍進。軟件無線電是對無線傳輸系統(tǒng)的改革，使通信終端不再過度依賴于硬件設備，實現(xiàn)了各種通信系統(tǒng)的真正交流?？梢灶A測到，軟件無線電將會被大范圍應用到電信、交通、經(jīng)濟貿(mào)易和軍事等領域中，收獲經(jīng)濟效益。

無線通信最主要的設備就是無線電臺。早期，無線電臺大多數(shù)是模擬硬件設備，在客觀上存在著許多缺點。首先，其體積、重量及能耗較大，不便于移動。其次，硬件設備的局限性較大，在改造和修改上不易進行，往往需要我們設計更改，耗時又耗力，不利于電臺的發(fā)展。

隨著科學技術的進步，數(shù)字處理技術不斷發(fā)展和成熟，無線電臺已從仿真階段過渡到數(shù)字處理階段。為了改善車站的電路模型，數(shù)字收發(fā)器采用了數(shù)字電路，因此我們可以利用信號數(shù)字處理技術，完成信號的接收和發(fā)送。這是傳輸系統(tǒng)發(fā)展的巨大進步。

隨著數(shù)字集成電路和數(shù)字專用芯片的引入，通信系統(tǒng)的發(fā)展變得越來越強大，使得無線電臺在體積重量和能量消耗方面都有了很大的提高。但還是沒能解決對硬件的依賴。因此，1992年美國提出了“軟件無線電”的概念，促進了整個鐵路無線通信的發(fā)展。

2 軟件無線電在我國鐵路無線通信中的應用現(xiàn)狀

無線通信技術在鐵路運行中給車上和地面的雙向通信上提供了選擇性。使用無線電指揮和控制整個列車的運行，從20世紀80年代開始研究，結果得到了強調(diào)：美國的ATCS、日本的CARAT和歐洲的ETCS。但是隨著科技的進步以及該項技術的使用，也暴露出了一些缺點，因此我們在無線通信上提出了更高的要求，于是全面數(shù)字化進入通信系統(tǒng)。1997年后大約有29個國家簽署諒解備忘錄，開始采用GSM-R網(wǎng)絡。我國的青藏線也于2003年開始采用GSM-R網(wǎng)絡，并逐步在其他鐵路主干線建設GSM-R網(wǎng)絡。GSM-R網(wǎng)絡近年來一直占據(jù)著國內(nèi)鐵路無線通信領域的主導地位。

GSM-R在GSM技術上發(fā)展而來，屬于第二代通信技術，但是其基礎設施設備和通信終端的設計并不符合軟件無線電的設計理念，并沒有“擺脫硬件設備的束縛”，電臺的升級換代改造仍采取的是大規(guī)模更換硬件設備的方式。目前我國一些地方的鐵路已著手4G網(wǎng)絡的建設。軟件無線電技術的應用仍然有限。因此，軟件無線電技術在我國鐵路無線通信領域的應用還處于起步階段。

3 我國鐵路無線通信現(xiàn)狀和存在的問題

3.1 我國鐵路無線通信的現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，最普及的大概就是無線列調(diào)了。在20世紀70年代，它主要應用于鐵路的運輸生產(chǎn)中，到了80年代，我國已加強鐵路的安全防御措施，它在鐵路運輸指揮中發(fā)揮著不可或缺的重要作用。無線列調(diào)大約經(jīng)歷過三次產(chǎn)品革新，每次革新都使得鐵路無線通信不斷進步。此外，我國鐵路運輸?shù)陌l(fā)展也對無線通信提出了更高的要求。

在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)的基礎上，我們改進了兼容的無線通信系統(tǒng)的數(shù)量。相比傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)，無線列調(diào)有許多優(yōu)點，通話信號更好，保障了通話的良好性。除此之外，它還能夠及時確定列車的車次以及地理位置。數(shù)話兼容列車在原有的有線基礎上結合無線，構成的通信區(qū)域信號強大，并且采用了獨立的頻點，450?MHz四組配置，與其他頻率的無線電不會發(fā)生干擾。該系統(tǒng)的工作原理如下：在沒有語音信號數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)那闆r下，當語音信號壓縮語音和話語、數(shù)據(jù)傳輸時，屬于雙信道，而單工信道只能滿足語音通信。但是，無線列調(diào)存在數(shù)據(jù)傳輸速率低的狀況，在實際應用中并不能滿足鐵路的發(fā)展。

3.2 我國鐵路無線通信存在的問題

3.2.1 通信頻率利用效果不好

交流是社會的主要方式，通信需求在不斷增加，但是鐵路的頻點卻很少。鐵路工務、電氣維護和公共安全，他們設置了一個內(nèi)部通信頻率系統(tǒng)的子集，致使頻率資源沒有得到充分利用，造成不必要的浪費，也使得一些地區(qū)申請不到頻點，尤其對樞紐地區(qū)的影響重大，如北京和徐州，同時也造成了樞紐之間頻率的干擾，導致信號在傳輸過程中出現(xiàn)中斷等現(xiàn)象。

3.2.2 無線列調(diào)系統(tǒng)存在局限

無線列調(diào)系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能與業(yè)務比較單一，且存在一定的安全問題。除此之外，采用模擬調(diào)頻通信方式，也使無線列調(diào)系統(tǒng)在應用中存在一些局限。

第一，經(jīng)常發(fā)生在使用模型的相互干擾現(xiàn)象，一般是大信號干擾小信號的通信。這發(fā)生在同一信道上，當信號受到阻塞時，可能是重要的信息傳輸延遲，影響了列車的正常使用。

第二，由于現(xiàn)如今無線的普遍性，手機在使用中特別常見，人們在調(diào)頻上亂發(fā)言，因此造成管理上的無序性，加大了安全行車的隱患。

3.2.3 在數(shù)據(jù)傳輸方面很難滿足

現(xiàn)代鐵路的發(fā)展迅速，列車的運行速度也在不斷提高。運輸中的車次安排狀況也要做到實時把握，這就要求系統(tǒng)及時采集到這些數(shù)據(jù)并進行處理，但是，目前我國的鐵路無線數(shù)據(jù)傳輸速度還很低。

3.2.4 缺少管理安排

由于缺少統(tǒng)一的管理標準原則，鐵路快速建立的系統(tǒng)經(jīng)常會造成投資的浪費，在維護上也做不到位，限制了鐵路無線通信事業(yè)的發(fā)展，因此有必要建立統(tǒng)一的規(guī)劃標準，完成科學合理的管理。

4 軟件無線電在鐵路無線通信中應用的具體體現(xiàn)

4.1 應急指揮系統(tǒng)

在實際的操作過程中，軟件無線電的應用十分重要，其中最重要的是在應急指揮系統(tǒng)上，在鐵路運行過程之中，雖然有良好的調(diào)度，但是還會出現(xiàn)一些調(diào)度上的問題。如果發(fā)生了問題，就需要應急指揮系統(tǒng)來進行調(diào)撥，所以軟件無線電能夠快速、準確地傳遞信息，其應用十分重要。

4.2 重要通信信息的傳播

在鐵路運營過程中，如果某個地方需要調(diào)撥物資，則需要軟件無線電進行圖像、聲音、信息等數(shù)字化傳遞。在這過程中，只有保證信息的準確性才能夠全面地完成重要任務。

5 結語

綜上所述，本文對無線電的發(fā)展做了細微分析，提出了存在的問題。這些問題需要盡快得到處理，這樣才能推進我國鐵路無線通信的發(fā)展。在我國目前的許多地區(qū)，無線電技術得到了廣泛的應用，無線電技術在不斷進步，相信鐵路無線通信的發(fā)展可以不斷提高，同時這一階段的通信安全問題將得到改善。

[1]謝春童. 從軟件無線電到認知無線電的無線通信發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 數(shù)字技術與應用，2015（9）：19-20.

[2]蔣秋華，史天運，賈利民. 軟件無線電在鐵路智能運輸系統(tǒng)中的應用研究[C]//鐵道科學技術新進展——鐵道科學研究院五十五周年論文集，2013.

[3]孫路軍. 鐵路無線通信中軟件無線電的應用分析[J].中國新通信，2016，18（12）：84-85.

[4]黃旭. 軟件無線電技術在鐵路通信中的應用[J]. 鐵路計算機應用，2014，13（8）：32-34.

[5]孟燕，賈利民，史天運，等. 軟件無線電技術在鐵路數(shù)據(jù)移動接入系統(tǒng)中的應用[J]. 計算機工程，2014，30（4）：140-141.

[6]史天運，賈利民，蔣秋華，等. 基于軟件無線電鐵路安全信息無線移動接入系統(tǒng)的研究[J]. 中國鐵道科學，2014，25（2）：6-10.

Application of Software Radio in Railway Wireless Communication

Wang Yongjia

Tianjin 712 Communication & Broadcasting Co., Ltd., Tianjin 300462

Nowadays, the rapid development of railway traffic information and the safety and reliability of railway wireless communications have been paying more and more attention. At present, the use of software radio in China’s railway wireless communication is not very popular. Most of China’s railway wireless systems use analog modulation equipment and have weak information transmission capabilities. Therefore, China urgently needs a new type of software radio to improve the capabilities of railway wireless communication systems. The application of advanced software radio and digital signal processing technology in railway communications is studied.

software radio; railway wireless communication; application research

[TN98]；U285.21

A