鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展思路研究

周 弘

（中國鐵建電氣化局集團(tuán)第五工程有限公司，四川 成都 610000）

我國鐵路應(yīng)用無線電技術(shù)較早，鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)主要包括無線調(diào)度通信、站場無線通信、無線對(duì)講以及有線通信等技術(shù)。為適應(yīng)未來鐵路發(fā)展趨勢，在列車調(diào)度通信、列車運(yùn)行自動(dòng)控制、列車機(jī)車同步控制等系統(tǒng)中，應(yīng)科學(xué)運(yùn)用鐵路專用通信技術(shù)，為鐵路各種控制系統(tǒng)提供安全保障。

1 鐵路專用通信技術(shù)發(fā)展背景

我國鐵路歷經(jīng)多年發(fā)展，鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)逐漸成熟，移動(dòng)通信技術(shù)與新建鐵路同步建設(shè)，在逐年改造普速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)的同時(shí)，全國鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣。鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)廣泛應(yīng)用在列車自動(dòng)識(shí)別、列車尾部風(fēng)壓檢測、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、站場列車調(diào)度通信、編組站自動(dòng)化、編組列車速度檢測、列車安全防護(hù)報(bào)警、列車接近預(yù)警、道口安全預(yù)警、施工防護(hù)報(bào)警、應(yīng)急通信等方面。鐵路專用無線電頻率或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，可以大大提高鐵路系統(tǒng)的安全性。目前我國鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，為鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)為鐵路不同線路通訊工作提供了技術(shù)保障，提高了車輛自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果[1]。

2 鐵路移動(dòng)通信中存在的問題

2.1 頻率資源有限利用率低

在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，鐵路建設(shè)對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的需求也在不斷發(fā)展，但鐵路有限的頻率資源利用率較低，存在一些浪費(fèi)現(xiàn)象。在鐵路建設(shè)、線路維修時(shí)，不同部門擁有獨(dú)立的對(duì)講系統(tǒng)，難以最大程度地發(fā)揮頻率資源的價(jià)值。一些大型鐵路車站采用的頻點(diǎn)相同，存在嚴(yán)重的相同頻點(diǎn)干擾問題，不利于充分發(fā)揮頻率資源價(jià)值，甚至影響列車運(yùn)行。

2.2 無線列調(diào)系統(tǒng)具有局限性

同頻對(duì)講系統(tǒng)的無線對(duì)講設(shè)備通常容量小，可靠性較差，使用功能單一且具有一定的局限性。無線對(duì)講設(shè)備使用中，同頻干擾問題嚴(yán)重，而且較強(qiáng)的信號(hào)會(huì)抑制其他信號(hào)，造成阻塞問題，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，通信阻塞會(huì)對(duì)列車安全造成嚴(yán)重影響。在車機(jī)聯(lián)控過程中，車輛人員、機(jī)車組等不同部門都擁有手持臺(tái)，無線通話的加入缺乏限制條件，同頻干擾問題十分不利于列車管理工作。列車移動(dòng)終端較多，其調(diào)度頻率也可能影響列車安全行駛。另外，列車無線對(duì)講是單信道系統(tǒng)，在列車運(yùn)行高峰期，不僅要進(jìn)行機(jī)車聯(lián)控調(diào)控，還需要調(diào)度車輛車次、分管運(yùn)輸?shù)?，頻率干擾影響機(jī)車自動(dòng)控制的安全性和可靠性[2]。

2.3 無法滿足列車運(yùn)行的數(shù)據(jù)傳輸需求

我國鐵路發(fā)展的趨勢是現(xiàn)代化和智能化，列車運(yùn)行調(diào)度指揮中需要準(zhǔn)確采集列車車次、車輛行駛速度以及運(yùn)行狀態(tài)等信息，并及時(shí)進(jìn)行處理，以便發(fā)揮移動(dòng)通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾饔?。但是傳統(tǒng)的鐵路系統(tǒng)無線通信技術(shù)沒有數(shù)據(jù)傳輸功能，不能適應(yīng)鐵路系統(tǒng)未來發(fā)展要求。

3 鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用

3.1 鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用場景

結(jié)合列車運(yùn)行線路，采用專用移動(dòng)通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車輛的有效控制，為鐵路運(yùn)營提供列車調(diào)度和相關(guān)預(yù)警服務(wù)。鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)在火車站的應(yīng)用場景主要包括貨運(yùn)中心、客站以及列車調(diào)度等，可以進(jìn)行語音服務(wù)、監(jiān)測檢測以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。在鐵路線路的應(yīng)用主要是傳遞列車位置、養(yǎng)護(hù)、維修、交互等數(shù)據(jù)。

3.2 鐵路業(yè)務(wù)方面的應(yīng)用

在列車專用移動(dòng)通信系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測列車運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行情況和運(yùn)行數(shù)據(jù)的高效傳遞，為列車工作人員提供語音服務(wù)，為乘客提供便利的出行方式，提升交通行業(yè)的發(fā)展水平和現(xiàn)代化程度。在列車行車過程中，鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)可以為列車運(yùn)行控制、車輛調(diào)度、安全防護(hù)等鐵路業(yè)務(wù)提供通信服務(wù)；在鐵路運(yùn)營和維護(hù)過程中，鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)為車輛行駛、設(shè)備監(jiān)測檢測、車輛運(yùn)輸、車輛養(yǎng)護(hù)等提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；在為乘客服務(wù)過程中，鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)為乘客提供信息查詢服務(wù)和安全保障，提高乘客滿意度和鐵路系統(tǒng)服務(wù)水平。

3.3 電波和信息傳輸方面的應(yīng)用

在鐵路電波和信息傳輸時(shí)，鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)的高頻率信號(hào)傳輸具有資源豐富、承載信號(hào)多、傳輸效率高的突出特點(diǎn)。但低頻率信號(hào)傳輸路徑損耗較低、承載能力較差，在傳輸距離遠(yuǎn)時(shí)可能發(fā)生寬帶資源緊張的情況。應(yīng)結(jié)合鐵路實(shí)際的業(yè)務(wù)要求和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，確定電波和信息傳輸頻率?；陔姴▊鬏斃碚?，一般情況下選擇1 000 Hz以下的電波傳輸頻率適合目前鐵路系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，在工作實(shí)踐中可以越區(qū)轉(zhuǎn)換以確保鐵路通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。建設(shè)基站時(shí)，控制基站和火車站距離約7 m，確?；竞透哞F距離約3 m。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，在5G時(shí)代鐵路通信系統(tǒng)將不斷采用更高的傳輸頻率，電波和信息傳輸距離將逐漸變小，同時(shí)基站密度會(huì)不斷大。但是在鐵路線路的隧道部分，地理環(huán)境特殊，高頻波使用效果較差。根據(jù)電波傳播特性，合理選擇電波頻率，有效控制傳輸路徑的損耗。較遠(yuǎn)的傳播距離會(huì)增加多普勒頻移，因?yàn)楦哳l率寬帶資源相對(duì)豐富，其承載能力較強(qiáng)。頻率較小時(shí)，路徑損耗小，可以有效增加信息傳輸距離。

3.4 網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用

鐵路調(diào)度中心應(yīng)結(jié)合列車行車要求、通信頻率、鐵路業(yè)務(wù)等方面，進(jìn)行統(tǒng)一的工作規(guī)劃，促進(jìn)鐵路專用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范化管理，實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，為各種車載通信設(shè)備提供有效的網(wǎng)絡(luò)支持，實(shí)現(xiàn)列車跨局指揮和通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。由于無線電頻率資源有限，難以同時(shí)滿足鐵路各部門的無線通信需求，為有效預(yù)防鐵路通信網(wǎng)絡(luò)安全問題，可以采用公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，以彌補(bǔ)鐵路專用通信網(wǎng)絡(luò)的不足。

3.5 技術(shù)方面的應(yīng)用

我國移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展迅速、技術(shù)成熟，網(wǎng)絡(luò)速度峰值可達(dá)1 000 Mbps。5G技術(shù)加強(qiáng)和延伸了4G技術(shù)，并提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，加強(qiáng)了列車各部門聯(lián)系。5G技術(shù)不僅提高了信號(hào)接收速度，還提升了通信系統(tǒng)的容量和效率，但需要增加天線數(shù)量。高效利用密集的無線基站，可以提升資源利用效果。通過高頻和低頻信號(hào)的混合，在增加低頻覆蓋率的同時(shí)，充分發(fā)揮高頻優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)列車、乘客、線路的聯(lián)網(wǎng)互通。在應(yīng)用過程中，專用移動(dòng)通信技術(shù)加強(qiáng)了鐵路不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效果，注重用戶移動(dòng)通信體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)智能化通信。

該技術(shù)不僅擴(kuò)大了鐵路移動(dòng)通信的覆蓋區(qū)域，還可為熱點(diǎn)區(qū)域和用戶提供更高效便捷的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，具有高效的傳播速度和流量[3]。

4 鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新思路

4.1 堅(jiān)持自主創(chuàng)新

鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)符合我國鐵路未來發(fā)展要求，在產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面持續(xù)保持國際先進(jìn)水平。在鐵路移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展中堅(jiān)持自主創(chuàng)新，開展相關(guān)通信技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作，不斷提高鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用效果，保持我國鐵路系統(tǒng)的整體領(lǐng)先水平，促進(jìn)鐵路通信技術(shù)的不斷提高，擴(kuò)大我國鐵路裝備的國際市場份額和影響力。

4.2 專用移動(dòng)通信頻率

我國鐵路運(yùn)輸線路點(diǎn)多線長，鐵路專用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)完全覆蓋列車行駛線路、火車站以及貨運(yùn)中心等，以滿足各類鐵路業(yè)務(wù)應(yīng)用要求，支撐鐵路系統(tǒng)的安全運(yùn)營?？茖W(xué)規(guī)劃鐵路專用移動(dòng)通信頻率，可以解決列車運(yùn)行過程的通信需求，滿足旅客服務(wù)、貨運(yùn)等業(yè)務(wù)應(yīng)用要求。結(jié)合鐵路移動(dòng)通信應(yīng)用場景，確定合理的鐵路專用移動(dòng)通信頻率，同時(shí)應(yīng)充分考慮我國移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率，解決無線電系統(tǒng)的頻率兼容和共存問題，預(yù)防鐵路專用移動(dòng)通信頻率干擾現(xiàn)象。

4.3 健全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

我國鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)成熟，處于國際先進(jìn)水平，具有明顯的競爭優(yōu)勢，可以有效控制鐵路通信系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用成本，提高該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。健全鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，可為鐵路系統(tǒng)長遠(yuǎn)發(fā)展提供技術(shù)基礎(chǔ)，保持我國鐵路通信技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。在鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)方案、產(chǎn)品研發(fā)、監(jiān)測檢測、互聯(lián)互通、客貨運(yùn)輸、工程設(shè)計(jì)與驗(yàn)收等方面，完善鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)鐵路通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。

4.4 創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率，確定相關(guān)設(shè)備，并優(yōu)化和調(diào)整相關(guān)技術(shù)，同時(shí)創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)實(shí)際的頻段調(diào)整無線基站射頻濾波器及其相關(guān)軟件，提高信號(hào)接收質(zhì)量和抗干擾效果，實(shí)現(xiàn)不同通信系統(tǒng)的頻率兼容和共存。為滿足鐵路運(yùn)營要求，優(yōu)化和創(chuàng)新鐵路通信技術(shù)，研發(fā)鐵路移動(dòng)通信新產(chǎn)品。通過優(yōu)化和調(diào)整車載天線技術(shù)，開發(fā)鐵路寬帶車載天線新產(chǎn)品，合理控制天線數(shù)量，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的無線通信平臺(tái)。結(jié)合鐵路調(diào)度業(yè)務(wù)要求，研發(fā)鐵路通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)裝備，不斷創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)以適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展要求，通過工作人員的智能手機(jī)終端、App應(yīng)用等，實(shí)現(xiàn)鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)的信息化建設(shè)和智能化應(yīng)用。創(chuàng)新鐵路通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，完善業(yè)務(wù)遷移、強(qiáng)化隧道信號(hào)等方案，加強(qiáng)鐵路通信系統(tǒng)規(guī)范化建設(shè)，為大規(guī)模技術(shù)推廣不斷積累經(jīng)驗(yàn)[4]。

4.5 構(gòu)建鐵路專用移動(dòng)通信綜合平臺(tái)

根據(jù)鐵路通信系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)具有多樣化的應(yīng)用場景、技術(shù)以及頻率等，構(gòu)建鐵路專用移動(dòng)通信綜合平臺(tái)，可提高鐵路系統(tǒng)運(yùn)營安全性。傳統(tǒng)鐵路通信系統(tǒng)頻率資源有限、帶寬較小，現(xiàn)階段新老通信系統(tǒng)并存，全面改造難度較高，還需要大量時(shí)間和資金投入。通過鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，采用異構(gòu)技術(shù)、同構(gòu)技術(shù)構(gòu)建新型綜合平臺(tái)，整合公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和鐵路專用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，安全性要求較低的業(yè)務(wù)也可直接利用5G公網(wǎng)承載。綜合平臺(tái)融合無線局域網(wǎng)、超寬無線局域網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等不同技術(shù)的無線接入形式，形成一體化的鐵路專用移動(dòng)通信綜合平臺(tái)。綜合平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了不同移動(dòng)通信數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)融合，可以為鐵路多種應(yīng)用場景和不同業(yè)務(wù)提供通信服務(wù)。

4.6 營造良好發(fā)展環(huán)境

鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)的科學(xué)發(fā)展需要科研單位和制造業(yè)的支持。鐵路專用通信技術(shù)發(fā)展需要聯(lián)合相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)，不斷突破鐵路通信核心技術(shù)，開發(fā)更多新裝備，提高鐵路通信技術(shù)的信息化水平和自主研發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?。鐵路和電信部門加強(qiáng)合作，可彌補(bǔ)鐵路專用移動(dòng)通信資源的不足，不斷豐富無線電頻率。鐵路通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力，為列車調(diào)度、應(yīng)急通信、設(shè)備檢測、列車狀態(tài)等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供支撐，實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)行線路的全覆蓋。鐵路無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需要穩(wěn)定的環(huán)境，應(yīng)做好通信網(wǎng)絡(luò)保護(hù)工作，確保鐵路運(yùn)營安全。加強(qiáng)鐵路專用移動(dòng)通信無線電頻率保護(hù)措施，加強(qiáng)無線電干擾監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決無線電干擾問題，營造良好的鐵路通信環(huán)境。相關(guān)專家學(xué)者對(duì)鐵路通信技術(shù)理論研究，促進(jìn)了我國鐵路通信技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展，提升了我國鐵路產(chǎn)業(yè)的國際地位，完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，提高了鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)的可行性[5]。

5 結(jié)束語

綜上所述，為實(shí)現(xiàn)我國鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，應(yīng)基于我國成熟的鐵路通信技術(shù)，結(jié)合未來鐵路智能化發(fā)展趨勢，不斷優(yōu)化鐵路專用移動(dòng)通信技術(shù)，滿足旅客服務(wù)、鐵路業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景等通信服務(wù)需求，提高鐵路專用通信系統(tǒng)的頻率資源利用率，創(chuàng)新鐵路通信關(guān)鍵技術(shù)，助力我國鐵路運(yùn)輸事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。■