鐵路集裝箱內(nèi)陸港無(wú)線覆蓋方案研究①

齊占宏

摘 ? 要：主要針對(duì)非洲東部國(guó)家某鐵路集裝箱內(nèi)陸港的無(wú)線覆蓋方案進(jìn)行分析，面向各種類(lèi)型的用戶(hù)，結(jié)合當(dāng)?shù)責(zé)o線頻率資源分配情況，研究用戶(hù)對(duì)無(wú)線系統(tǒng)的需求，包含鐵路部門(mén)使用的鐵路專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)、平面調(diào)車(chē)系統(tǒng)、站場(chǎng)調(diào)度通信系統(tǒng)、港務(wù)局使用的甚高頻通信系統(tǒng)。滿足了各類(lèi)用戶(hù)的日常使用，節(jié)省了建設(shè)投資，為今后類(lèi)似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鐵路集裝箱內(nèi)陸港 ?無(wú)線覆蓋 ?平面調(diào)車(chē) ?鐵路專(zhuān)用移動(dòng)通信（GSM-R）

中圖分類(lèi)號(hào)：F550 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（b）-0028-02

Abstract： This paper mainly analyzes the wireless coverage scheme of a railway container inland port， studies the user requirements of the system， and determines the wireless system according to the requirements， so as to meet the daily use of various businesses and save investment， provides reference for the design of similar projects in the future.

Key Words： Railway inland container port;Wireless coverage;Flat shunting GSM-R

1 ?引言

隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略合作的開(kāi)展，中國(guó)與沿線各國(guó)在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域進(jìn)行了深入的合作。它也促進(jìn)了各國(guó)鐵路、公路、港口、機(jī)場(chǎng)的加速發(fā)展。本文介紹的正是“一帶一路”中非洲東部國(guó)家某鐵路集裝箱內(nèi)陸港的建設(shè)，該內(nèi)陸港利用鐵路與其他運(yùn)輸方式能夠快速便利連接的優(yōu)勢(shì)，成為本國(guó)和臨近內(nèi)陸國(guó)家的外貿(mào)集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)、存儲(chǔ)、裝拆箱、搬運(yùn)的樞紐節(jié)點(diǎn)，不僅能提供海關(guān)通關(guān)服務(wù)，也為內(nèi)陸客戶(hù)提供國(guó)際集裝箱多式聯(lián)運(yùn)服務(wù)。使用鐵路運(yùn)輸相比傳統(tǒng)的公路運(yùn)輸存在較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，能最大限度降低客戶(hù)的運(yùn)輸成本。

該鐵路集裝箱內(nèi)陸港建成后將有多家單位入駐，共同開(kāi)展工作，如鐵路部門(mén)、港務(wù)局等。因各部門(mén)的業(yè)務(wù)不同，對(duì)無(wú)線通信的需求也不盡相同，既要保證各部門(mén)的日常作業(yè)要求，同時(shí)盡量避免相互干擾，如何選擇合適的無(wú)線系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋就顯得尤為重要。

2 ?需求分析

2.1 鐵路相關(guān)業(yè)務(wù)分析

本次新建的鐵路集裝箱內(nèi)陸港距離既有鐵路車(chē)站約3.5km，兩者之間存在多處高大鋼結(jié)構(gòu)建筑，既有鐵路沿線的無(wú)線覆蓋采用的是GSM-R網(wǎng)絡(luò)，但無(wú)法利用既有車(chē)站的天線對(duì)鐵路集裝箱內(nèi)陸港區(qū)域范圍進(jìn)行完全覆蓋，該區(qū)域內(nèi)部分地點(diǎn)存在弱場(chǎng)。但列車(chē)進(jìn)入內(nèi)陸港內(nèi)仍需使用以下功能：列控?cái)?shù)據(jù)傳輸功能、調(diào)度通信功能（主要包括列車(chē)調(diào)度、貨物調(diào)度）、車(chē)次號(hào)信息傳輸功能、調(diào)度指令傳送功能、調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸功能、應(yīng)急通信功能、公務(wù)通信功能。

其次，為了滿足該鐵路集裝箱內(nèi)陸港站場(chǎng)范圍內(nèi)集裝箱裝卸、轉(zhuǎn)運(yùn)等功能，需要對(duì)場(chǎng)內(nèi)的列車(chē)進(jìn)行編組、調(diào)度，需要在調(diào)車(chē)員、調(diào)車(chē)區(qū)長(zhǎng)和司機(jī)之間建立一個(gè)高效而且可靠的聯(lián)絡(luò)通道，順利地傳遞語(yǔ)音及調(diào)車(chē)指令。

除了上述作業(yè)以外，還應(yīng)考慮內(nèi)陸港區(qū)域內(nèi)的日常調(diào)度指揮的業(yè)務(wù)需求，如港口進(jìn)行理貨，場(chǎng)橋、岸橋和集裝箱卡車(chē)的無(wú)線調(diào)度，控制中心與現(xiàn)場(chǎng)人員的溝通，日常檢修作業(yè)等。

2.2 港務(wù)局相關(guān)業(yè)務(wù)分析

此鐵路集裝箱內(nèi)陸港為客戶(hù)提供通關(guān)服務(wù)，港務(wù)局及海關(guān)人員日常的通關(guān)管理需要建立安全可靠的通信，例如對(duì)進(jìn)出口貨物、集裝箱、進(jìn)出境運(yùn)輸工具的檢查，能更好地保障貨物、物品合法進(jìn)出境。

3 ?解決方案

本次方案的設(shè)計(jì)原則是，盡量與既有相關(guān)業(yè)務(wù)的無(wú)線覆蓋方式保持一致，這樣做的好處是，既有利于控制投資，又有利于后期設(shè)備的維護(hù)。在新設(shè)備選擇過(guò)程中進(jìn)行方案比選，采用目前比較成熟的主流技術(shù)，要具有一定的先進(jìn)性，保證短期之內(nèi)不會(huì)被淘汰;要具有一定的兼容性，滿足各類(lèi)用戶(hù)的接入使用;要具有良好的可擴(kuò)展性，以便后期業(yè)務(wù)量增大時(shí)能夠?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí);同時(shí)還要結(jié)合當(dāng)?shù)責(zé)o線管理部門(mén)的頻率分配情況進(jìn)行選擇。

3.1 鐵路相關(guān)業(yè)務(wù)的無(wú)線覆蓋

3.1.1 專(zhuān)用移動(dòng)通信系統(tǒng)

因既有鐵路沿線的無(wú)線覆蓋為GSM-R系統(tǒng)，既有機(jī)車(chē)的車(chē)載臺(tái)也為該系統(tǒng)，為了更好地保證兼容性，本方案采用在鐵路集裝箱內(nèi)陸港范圍內(nèi)新增基站加直放站的方式，針對(duì)弱場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)覆蓋。

3.1.2 平面調(diào)車(chē)系統(tǒng)

為滿足列車(chē)的調(diào)度及編組作業(yè)需要，本工程新設(shè)平面調(diào)車(chē)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是進(jìn)行調(diào)車(chē)作業(yè)的過(guò)程中，調(diào)車(chē)區(qū)長(zhǎng)、調(diào)車(chē)員和司機(jī)之間傳遞語(yǔ)音和數(shù)據(jù)（調(diào)車(chē)命令）的無(wú)線燈光顯示系統(tǒng)。目前，主要的平面調(diào)車(chē)系統(tǒng)有模擬式和數(shù)字式兩種。

模擬式平面調(diào)車(chē)系統(tǒng)：是利用模擬信號(hào)傳遞語(yǔ)音通話，也可以傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)，其占用的頻率帶寬為25kHz。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸時(shí)延很小，因?yàn)槟M呼叫可以實(shí)時(shí)傳輸;目前模擬式平面調(diào)車(chē)技術(shù)相當(dāng)成熟，所以其設(shè)備造價(jià)相對(duì)較低。但是模擬式平面調(diào)車(chē)也存在許多缺點(diǎn)，如：頻譜利用率較低，在信道被占用時(shí)容易造成信道阻塞，在進(jìn)行調(diào)車(chē)作業(yè)時(shí)容易造成相互干擾，而且其通信距離較短?？偟膩?lái)說(shuō)，模擬式平面調(diào)車(chē)系統(tǒng)存在一定的安全隱患。

數(shù)字式平面調(diào)車(chē)系統(tǒng)：對(duì)傳統(tǒng)的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼和傳輸，在接收端設(shè)備，再將數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)，其占用頻率帶寬為12.5kHz。其優(yōu)點(diǎn)是頻譜利用率相比模擬式有較大的提升，抗干擾能力更強(qiáng)，不會(huì)造成同頻干擾，通話傳輸距離較遠(yuǎn)，語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)可以同時(shí)傳輸，安全性和可靠性大大提高。但由于其內(nèi)部對(duì)信號(hào)處理機(jī)制的問(wèn)題，使用數(shù)字式系統(tǒng)通話時(shí)存在一定的時(shí)延，其耗電量比模擬式的大，且設(shè)備造價(jià)比模擬式系統(tǒng)高。

因鐵路調(diào)車(chē)作業(yè)對(duì)操作的安全性要求越來(lái)越高，而且當(dāng)?shù)氐念l率資源有限，對(duì)比兩種制式的優(yōu)缺點(diǎn)后，本方案采用數(shù)字式平面調(diào)車(chē)系統(tǒng)對(duì)內(nèi)陸港范圍進(jìn)行覆蓋。

3.1.3 站場(chǎng)調(diào)度通信系統(tǒng)

對(duì)于站場(chǎng)調(diào)度通信系統(tǒng)，目前技術(shù)比較成熟，應(yīng)用較多的主要有窄帶集群通信和寬帶集群通信兩種，這兩種又以TETRA（陸地集群無(wú)線）和eLTE（企業(yè)級(jí)長(zhǎng)期演進(jìn)）最具有代表性。

方案一：TETRA

TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)是一種被廣泛應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)無(wú)線指揮調(diào)度通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。TETRA數(shù)字集群技術(shù)主要面向公共安全用戶(hù)和政府，也用于機(jī)場(chǎng)、港口、地鐵、大型企業(yè)等場(chǎng)所。

TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。

（1）信道資源利用率高：TETRA網(wǎng)內(nèi)用戶(hù)共享一組無(wú)線信道，但用戶(hù)之間各自獨(dú)立，不會(huì)相互影響，通信中不會(huì)發(fā)生信道忙閑不均情況。

（2）頻譜利用率高：TETRA技術(shù)的空中接口為T(mén)DMA時(shí)分多址模式，即將一個(gè)載波頻率為4時(shí)隙，可同時(shí)提供4個(gè)語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信道。與模擬集群系統(tǒng)相比，系統(tǒng)容量可以增加4倍，可以滿足大容量，高密度組網(wǎng)的需求。

（3）數(shù)字話音質(zhì)量更好：TETRA系統(tǒng)采用先進(jìn)的數(shù)字語(yǔ)音編碼和信道編碼技術(shù)來(lái)更好地抑制噪音和干擾，尤其是在覆蓋區(qū)域的邊緣。擁有比模擬技術(shù)更優(yōu)的語(yǔ)音通信質(zhì)量，可自如應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不斷變化的復(fù)雜工作場(chǎng)景。

（4）數(shù)字編碼、安全保密：TETRA系統(tǒng)是保密性較好的無(wú)線數(shù)字集群通信系統(tǒng)，它采用的是全數(shù)字化編碼和通信加密協(xié)議，從根本上直接提升了系統(tǒng)的安全等級(jí)，保證了通信的保密性和安全性。能夠適應(yīng)復(fù)雜形勢(shì)的挑戰(zhàn)和要求。

（5）無(wú)線通信業(yè)務(wù)綜合化：由于TETRA系統(tǒng)采用全數(shù)字編碼，系統(tǒng)能同時(shí)處理語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，即系統(tǒng)可以在實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的同時(shí)考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它可以提供一個(gè)綜合的服務(wù)平臺(tái)，集語(yǔ)音業(yè)務(wù)、短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、分組數(shù)據(jù)、不同系統(tǒng)的互聯(lián)互通服務(wù)于一體。

方案二：eLTE

eLTE是基于第四代移動(dòng)通信LTE技術(shù)的寬帶集群解決方案，傳輸數(shù)率可以達(dá)到50～100Mbps，可以傳輸語(yǔ)音，數(shù)據(jù)，圖像及高清視頻，支持語(yǔ)音和視頻調(diào)度、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和移動(dòng)辦公。語(yǔ)音集群組呼時(shí)延<300ms，群組呼叫搶占時(shí)延<150ms。eLTE支持400MHz、800MHz、1.4GHz、1.8GHz多種頻段，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

該解決方案可以結(jié)合行業(yè)的特殊需求，定制高集成度的小型核心網(wǎng)設(shè)備和分布式基站，部署靈活，能夠降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和維護(hù)成本;它具有多種類(lèi)型的終端設(shè)備，可靠性高，滿足惡劣的戶(hù)外環(huán)境，其較高的帶寬能夠提供現(xiàn)代化的辦公信息處理平臺(tái)。

方案比選：

TETRA窄帶集群通信發(fā)展時(shí)間久，技術(shù)成熟，設(shè)備供應(yīng)商較多，可選擇的范圍廣，在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用的也較多，設(shè)備價(jià)格和終端價(jià)格更加低廉。而eLTE寬帶集群通信是近年來(lái)伴隨著4G產(chǎn)生的新興技術(shù)，應(yīng)用相對(duì)較少，設(shè)備主要由國(guó)內(nèi)的少數(shù)廠家生產(chǎn)，設(shè)備價(jià)格和終端價(jià)格相對(duì)偏高，但其大帶寬的優(yōu)勢(shì)又能為用戶(hù)提供更多的業(yè)務(wù)選擇。相信隨著技術(shù)的成熟，設(shè)備價(jià)格可以逐步降低，將來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的應(yīng)用。

本方案使用TETRA窄帶集群通信對(duì)鐵路集裝箱內(nèi)陸港進(jìn)行無(wú)線覆蓋，結(jié)合當(dāng)?shù)貒?guó)情，能夠在節(jié)省投資的情況下，充分的滿足用戶(hù)需求。

3.2 港務(wù)局相關(guān)業(yè)務(wù)的無(wú)線覆蓋

VHF通信系統(tǒng)，即甚高頻通信系統(tǒng)，是一種視距范圍內(nèi)的通信系統(tǒng)。其頻段一般是30～300MHz，信道間隔為25kHz，在海事部門(mén)應(yīng)用較多，多用航海中船只與船只之間的通信，在港口區(qū)域還用于船和港口之間的通信。港務(wù)局既有使用的便是VHF系統(tǒng)，在該鐵路集裝箱內(nèi)陸港區(qū)域內(nèi)，當(dāng)?shù)責(zé)o線管理部門(mén)給港務(wù)局分配頻段為160MHz，故本次仍設(shè)置VHF系統(tǒng)對(duì)鐵路集裝箱內(nèi)陸港區(qū)域范圍進(jìn)行覆蓋，以滿足港務(wù)局及海關(guān)的日常業(yè)務(wù)需要，且移動(dòng)終端設(shè)備可以與既有系統(tǒng)通用，便于日后的使用和維護(hù)。

4 ?結(jié)語(yǔ)

面對(duì)鐵路集裝箱內(nèi)陸港這種用戶(hù)種類(lèi)多，業(yè)務(wù)需求類(lèi)型復(fù)雜的場(chǎng)所，需要對(duì)無(wú)線覆蓋的系統(tǒng)進(jìn)行合理的規(guī)劃和選擇，既要滿足各類(lèi)用戶(hù)的需求，還要保證相互頻率之間不造成干擾，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就需要充分地進(jìn)行比選和考量，在盡可能滿足使用的前提下，節(jié)省建設(shè)的投資。本文通過(guò)對(duì)該鐵路集裝箱內(nèi)陸港的無(wú)線覆蓋方案進(jìn)行研究，為此類(lèi)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。

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