現(xiàn)階段車地通信技術(shù)歸納與比較

張學(xué)文

摘要：如今公共互聯(lián)網(wǎng)落發(fā)展相當(dāng)迅速，已經(jīng)覆蓋到了鐵路列車上。人們希望可以在高速運(yùn)行的列車上也享受到快捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在文中主要就當(dāng)前所使用的車地通信技術(shù)進(jìn)行歸納與比較。

關(guān)鍵詞：車地通信技術(shù)，通信方案，對(duì)比

鐵路作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在新時(shí)代經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中肩負(fù)著重要的歷史使命。截至2017年底，中國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程突破12.7萬(wàn)公里，其中高鐵運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到1.9萬(wàn)公里。根據(jù)中國(guó)鐵路總公司2017年統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，國(guó)家鐵路旅客發(fā)送量完成30.38億人，比上年增長(zhǎng)2.56億人，增長(zhǎng)9.6%；國(guó)家鐵路旅客周轉(zhuǎn)量完成13396.96億人公里，比上年增加869.09億人公里，增長(zhǎng)6.9%[1]。鐵路運(yùn)輸越來(lái)越成為影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家綜合實(shí)力的重要因素，同時(shí)，世界各地的城市軌道交通的需求量與建設(shè)量也一直在增大。近年來(lái)因?yàn)槿澜绶秶鷥?nèi)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越普及，尤其是無(wú)線寬帶接入技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越希望無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)可以覆蓋在生活的每個(gè)角落，甚至是在鐵路列車上，人們很希望能夠在鐵路列車上高速率地、更快捷地接入到公共互聯(lián)網(wǎng)，從而享受網(wǎng)絡(luò)供給的各種服務(wù)。本文將對(duì)現(xiàn)行的一些車地通信方案進(jìn)行了匯總并介紹了兩種主流的通信方案。

目前主要的車地通信技術(shù)有：專用泄露電纜方案、衛(wèi)星通信方案、wimax技術(shù)方案等。

一、泄漏電纜方案介紹：

泄漏電纜是泄露同軸電纜的簡(jiǎn)稱，它是一種特制的通信同軸電纜。泄露同軸電纜是一種在同軸電纜外導(dǎo)體縱長(zhǎng)方向，并且是按照一定的間隔和不同的形式將同軸電纜進(jìn)行開(kāi)槽。開(kāi)槽的目的在于讓電信號(hào)能量可以從所開(kāi)槽口向外輻射出來(lái)，從而達(dá)到向外傳播以及接收外來(lái)無(wú)線電波的目的。其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1、泄漏同軸電纜通信的優(yōu)點(diǎn)：泄漏同軸電纜通信是通過(guò)同軸電纜做無(wú)線電臺(tái)的天線，并以此進(jìn)行相關(guān)通信，它可以在特定的范圍里產(chǎn)生非常均勻的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，并且這種通信不會(huì)受到周圍環(huán)境的干擾，因此它的通信是比較可靠的，而且不會(huì)存在信號(hào)盲區(qū)，并且接收的電平也會(huì)很穩(wěn)定，較難受到外來(lái)信號(hào)的干擾，并且泄漏同軸電纜通信系統(tǒng)可以提供多信道服務(wù)，滿足部分通信需求。

2、泄漏同軸電纜通信缺點(diǎn)：泄漏電纜方案可為高速行駛列車上的乘客提供較穩(wěn)定的2MbPs的車地通信帶寬，但是它的信號(hào)覆蓋范圍受到同軸電纜的傳輸損耗限制從而會(huì)比較小，并且實(shí)施該方案的造價(jià)非常昂貴！安裝的技術(shù)難度大，不適合大范圍面積的推廣使用。[2]

二、衛(wèi)星通信方案

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三個(gè)組織構(gòu)成。衛(wèi)星端所起的是中繼站的作用，地面端會(huì)發(fā)射上來(lái)一系列的電磁波并且在衛(wèi)星端經(jīng)過(guò)放大以后，再返回到用戶端。衛(wèi)星通信實(shí)際上是一種微波通信，可以對(duì)地面實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫隙”覆蓋。

1、衛(wèi)星通信方案優(yōu)點(diǎn)：該技術(shù)是將衛(wèi)星技術(shù)、UMTS以及GPRS UMTS技術(shù)與Wifi技術(shù)相結(jié)合，由衛(wèi)星和車站所覆蓋的Wifi中繼器結(jié)合以此為基礎(chǔ)為列車提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。該系統(tǒng)是一種雙向的衛(wèi)星系統(tǒng)，在衛(wèi)星不能夠覆蓋到相關(guān)列車時(shí)，Wifi中繼器便會(huì)接管無(wú)線信號(hào)接入，使上傳與下載的業(yè)務(wù)不會(huì)因失去信號(hào)而中斷。

2、衛(wèi)星通信方案缺點(diǎn)：該方案雖然可以在一定程度上解決高速車地通信問(wèn)題，但當(dāng)列車速度達(dá)到 300k/h后便無(wú)法保證連接的穩(wěn)定性。列車高速運(yùn)行運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生電磁干擾、并且經(jīng)由隧道橋梁以及樹(shù)枝等的遮擋都可能會(huì)較嚴(yán)重的干擾衛(wèi)星信號(hào)。并且這種方案目前也未成熟，無(wú)法進(jìn)行大范圍的推廣。

三、Wimax技術(shù)

Wimax是一種無(wú)線城域網(wǎng)（MAN）技術(shù)，它不僅可以向固定的終端設(shè)備，而且也可以對(duì)半固定的移動(dòng)設(shè)備提供寬帶無(wú)線連接，通過(guò)該技術(shù)還可以連接802.11熱點(diǎn)和因特網(wǎng)，以及在最后1公里寬帶項(xiàng)目接入領(lǐng)域作為Cable或DSL的替代品[3]。Wimax技術(shù)是一種新興的寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)，一般Wimax系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，即發(fā)射塔和接收機(jī)。Wimax發(fā)射塔其概念和手機(jī)通訊基站發(fā)射塔相似，一臺(tái)Wimax發(fā)射塔可以覆蓋的面積非常大，可以達(dá)到8000平方公里。其接收機(jī)和天線可以是任意一張PCmcia卡，或者是一個(gè)接收模塊。

1、Wimax技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：由于wimax技術(shù)有諸如很遠(yuǎn)的傳輸距離、高速的寬帶接入、優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)、很好的多媒體服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，Wimax技術(shù)己經(jīng)成為近幾年來(lái)各國(guó)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

2、Wimax技術(shù)缺點(diǎn)

Wimax技術(shù)在列車上的應(yīng)用仍然處在研究階段，還存在有很多尚沒(méi)能解決的問(wèn)題。因此，Wimax技術(shù)優(yōu)勢(shì)也未能在在車地通信應(yīng)用中完全體現(xiàn)，目前尚不能大范圍推廣。

四、現(xiàn)行的車地通信方案選擇

綜合上文描述，當(dāng)前國(guó)際上還沒(méi)有一種能很好的解決車地通信問(wèn)題的方案，大部分方案也都是在試驗(yàn)階段。當(dāng)下國(guó)際上比較成熟的已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)有以下兩種方案基于無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的車地通信技術(shù)以及基于無(wú)線CBTC系統(tǒng)的車地通信技術(shù)。

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是經(jīng)典的無(wú)線局域網(wǎng)（簡(jiǎn)稱WLAN）與移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的產(chǎn)物。因?yàn)闊o(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同時(shí)擁有WLAN網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)高吞吐率、快捷接入、自動(dòng)組網(wǎng)、成本低廉、支持快速切換等的特點(diǎn)。它的實(shí)現(xiàn)路徑如下：由車載終端無(wú)線節(jié)點(diǎn)移動(dòng)接入沿路布置的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)，從而通過(guò)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)連接地面調(diào)度中心以及公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

CBTC（Communication Based Train Control System）技術(shù)，是一類可以在列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中常用的技術(shù)。利用高精度得列車定位系統(tǒng)、雙向的大容量車-地?cái)?shù)據(jù)通信模塊以及車載、地面的安全功能處理器去實(shí)現(xiàn)一種連續(xù)的自動(dòng)列車控制系統(tǒng)?；跓o(wú)線通信的CBTC系統(tǒng)采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸替代了傳統(tǒng)的軌道電路的地位，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、不間斷雙向數(shù)據(jù)通信[4]。數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其信息量大，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多重任務(wù)的傳輸與交換。

五、總結(jié)與展望

展望未來(lái)中國(guó)鐵路信息化發(fā)展歷程，車地通信是其中的重頭戲，優(yōu)質(zhì)的車地通信技術(shù)滿足的不僅是人們出行的對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的需求，而且也會(huì)對(duì)維護(hù)鐵路安全，實(shí)時(shí)的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)傳輸起到很重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)鐵路總公司.中國(guó)鐵路總公司2017年統(tǒng)計(jì)公報(bào)[R].2016～2017

[2]吳佳.采用泄露電纜實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2010，23（01）：68-70.

[3]謝鷹.WiMAX技術(shù)及應(yīng)用前景分析[J].郵電設(shè)計(jì)術(shù)，2006（11）：7-11.

[4]林海香，董昱.無(wú)線CBTC系統(tǒng)車地通信方案研究[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（06）：124-128.