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鐵路站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)探析論文
1鐵路站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)運用及發(fā)展
目前，根據鐵路總公司的技術(shù)政策，無(wú)線(xiàn)列調通信主要選擇450MHz無(wú)線(xiàn)通信系統和GSM-R移動(dòng)通信系統之一。站場(chǎng)常規無(wú)線(xiàn)通信主要采用400MHz無(wú)線(xiàn)電臺、400MHz數字集群等實(shí)現站場(chǎng)各類(lèi)業(yè)務(wù)的無(wú)線(xiàn)通信。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展，450MHz無(wú)線(xiàn)電臺在鐵路列車(chē)無(wú)線(xiàn)調度通信系統應用中將逐漸被其他技術(shù)替代。鐵路總公司將LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)作為下一代鐵路列車(chē)無(wú)線(xiàn)調度通信技術(shù)正在展開(kāi)應用技術(shù)研究。
1.1數字無(wú)線(xiàn)電臺應用
目前，鐵路常用的數字無(wú)線(xiàn)電臺主要有450MHz、400MHz數字無(wú)線(xiàn)電臺。450MHz數字無(wú)線(xiàn)電臺主要用于普速鐵路列車(chē)無(wú)線(xiàn)調度通信、調度命令和無(wú)線(xiàn)車(chē)次號校核信息傳送，400MHz數字無(wú)線(xiàn)電臺主要用于站場(chǎng)常規無(wú)線(xiàn)通信。國家規定給鐵路的450MHz、400MHz頻點(diǎn)有限，需要各鐵路局申請額外頻點(diǎn)才能滿(mǎn)足站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)對講業(yè)務(wù)需求。鐵路總公司鐵運函[2014]31號要求，貨車(chē)列尾裝置可采用GSM-R/400MHz雙模列尾裝置，在非GSM-R鐵路區段，列尾無(wú)線(xiàn)通信使用400MHz頻率；站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)調車(chē)繼續使用鐵路專(zhuān)用的400MHz頻段頻率。在編組站，規劃分配的400MHz專(zhuān)用頻率資源不足，無(wú)法滿(mǎn)足運用需求時(shí)，由各鐵路局無(wú)線(xiàn)電主管部門(mén)負責向屬地省級無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)申請400MHz額外的頻率。對于當前使用450～470MHz頻段頻率用于鐵路養護維修、生產(chǎn)組織、監控監測、公安保衛、應急保障等各類(lèi)區域性普通無(wú)線(xiàn)電對講通信業(yè)務(wù)，應結合更新改造退出450～470MHz頻率。需要繼續使用的業(yè)務(wù)，由鐵路局統一向屬地省級無(wú)線(xiàn)管理部門(mén)申請400MHz、150MHz、160MHz的頻率。鐵路總公司規定，對涉及車(chē)地人員之間相互通信的業(yè)務(wù)，為簡(jiǎn)化終端設備的配置，宜優(yōu)先規劃申請400MHz頻率，以便與總公司規劃的跨局通信業(yè)務(wù)頻率工作在同一頻段。站場(chǎng)所有業(yè)務(wù)采用無(wú)線(xiàn)電臺通信，則會(huì )造成無(wú)線(xiàn)設備設置分散、數量多、無(wú)法集中維護和管理。而且，無(wú)線(xiàn)電臺通信不適應高速率、高帶寬的車(chē)地數據信息業(yè)務(wù)傳送，不能滿(mǎn)足未來(lái)站場(chǎng)的自動(dòng)化、智能化、高帶寬業(yè)務(wù)發(fā)展需求。
1.2數字集群無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應用
集群通信，即無(wú)線(xiàn)專(zhuān)用調度通信系統，早期，集群通信從“一對一”的對講機形式、同頻單工組網(wǎng)形式、異頻雙工組網(wǎng)形式以及進(jìn)一步帶選呼的系統，發(fā)展到多信道用戶(hù)共享的調度系統，并在政府部門(mén)、警務(wù)、鐵路、地鐵、電力、民航等各行各業(yè)的指揮調度中發(fā)揮了重要作用。國際上數字集群調度系統主要有TETRA、iDEN和FHMA3種較為先進(jìn)的技術(shù)體制，由于這3種技術(shù)體制構成的無(wú)線(xiàn)通信系統互通性不太理想，主要用于地鐵、航空、公安等專(zhuān)網(wǎng)應用，未在鐵路領(lǐng)域獲得推廣應用。近年來(lái)，隨著(zhù)數字移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電標準（DMR）制定，我國無(wú)線(xiàn)設備供貨商根據數字移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電標準（DMR）為各企業(yè)用戶(hù)提供DMR數字集群系統設備。DMR標準是完全公開(kāi)的標準，國內擁有眾多供應商支持，國內設備廠(chǎng)家生產(chǎn)的400MHz的DMR數字集群系統已在部分鐵路站場(chǎng)獲得應用。鐵路使用的400MHz的DMR數字集群系統主要采用403～470MHz頻段的專(zhuān)用頻點(diǎn)，通過(guò)數字通道實(shí)現基站與IP控制服務(wù)器間的連接，控制臺、運用服務(wù)器與IP控制服務(wù)器連接，構成站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信平臺，可提供同頻單工或異頻雙工方式，根據站場(chǎng)業(yè)務(wù)特性要求進(jìn)行業(yè)務(wù)與頻點(diǎn)綁定，也可以各業(yè)務(wù)采用公共頻點(diǎn)通信。400MHz的DMR數字集群無(wú)線(xiàn)通信系統主要功能是實(shí)現移動(dòng)人員間點(diǎn)對點(diǎn)對講功能，以及移動(dòng)終端與固定終端或移動(dòng)終端與移動(dòng)終端間的點(diǎn)對點(diǎn)低速率數據信息傳送。站場(chǎng)所有業(yè)務(wù)采用400MHz集群無(wú)線(xiàn)通信，其無(wú)線(xiàn)設備可以集中設置、減少設備數量、并能集中維護和管理，最適用于解決站場(chǎng)平面調車(chē)業(yè)務(wù)和無(wú)線(xiàn)對講業(yè)務(wù)，以及綜合自動(dòng)化SAM系統車(chē)地信息傳送。但是，不適應高速率、高帶寬的車(chē)地數據信息業(yè)務(wù)傳送，頻點(diǎn)也受限于國家規定給鐵路的400MHz頻點(diǎn)，系統能提供的業(yè)務(wù)容量有限。
1.3GSM-R移動(dòng)通信技術(shù)應用
GSM-R數字移動(dòng)通信技術(shù)作為中國鐵路列車(chē)無(wú)線(xiàn)通信主要采用的技術(shù)，鐵路總公司已建立了一整套相關(guān)標準和規定。在中國高速鐵路、客運專(zhuān)線(xiàn)、重載鐵路、城際鐵路或部分普速鐵路均選擇GSM-R數字移動(dòng)通信技術(shù)構建鐵路無(wú)線(xiàn)通信系統，主要用于列車(chē)無(wú)線(xiàn)調度語(yǔ)音通信，以及調度命令、車(chē)次號校核、列控信息、機車(chē)同步操控等數據信息傳送。GSM-R系統包括移動(dòng)交換子系統（SSS）、移動(dòng)智能網(wǎng)子系統（IN）、通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)子系統（GPRS）、無(wú)線(xiàn)子系統（BSS）、無(wú)線(xiàn)終端、運營(yíng)與支撐子系統（OSS）等部分。其中，移動(dòng)智能網(wǎng)子系統（IN）由鐵路總公司統一設置2套，互為冗余，作為全路GSM-R系統共用。在鐵路總公司各鐵路局設置移動(dòng)交換子系統（SSS）、通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)子系統（GPRS）、運營(yíng)與支撐子系統（OSS）各1套設備，根據用戶(hù)需求在鐵路沿線(xiàn)、車(chē)站、樞紐設置無(wú)線(xiàn)子系統（BSS），配置相應的無(wú)線(xiàn)終端設備。雖然，GSM-R數字移動(dòng)通信系統可以實(shí)現鐵路沿線(xiàn)和車(chē)站統一的綜合無(wú)線(xiàn)通信系統平臺，提供列車(chē)無(wú)線(xiàn)調度通信、站場(chǎng)常規無(wú)線(xiàn)通信語(yǔ)音和低速數據信息傳送，設備能集中維護和管理。但是，由于GSM-R數字移動(dòng)通信系統的頻點(diǎn)有限，站場(chǎng)所有業(yè)務(wù)采用GSM-R的系統實(shí)現會(huì )造成信道占用很大，現有的頻點(diǎn)不夠使用，當站場(chǎng)靠近正線(xiàn)鐵路或通過(guò)正線(xiàn)列車(chē)時(shí)，會(huì )對列車(chē)調度指揮系統產(chǎn)生影響。因此，GSM-R數字移動(dòng)通信系統未被全面應用于站場(chǎng)常規無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)。目前，只能適用于解決站場(chǎng)部分語(yǔ)音業(yè)務(wù)，以及低速率、時(shí)延要求不高的數據信息傳送。
1.4WLAN無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)應用
WLAN無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是指利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在一定的局部范圍內建立的網(wǎng)絡(luò )，屬于計算機網(wǎng)絡(luò )與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相結合的產(chǎn)物。WLAN無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)使用戶(hù)擺脫各種線(xiàn)路的束縛，可以隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò )。WLAN（Wi-Fi）無(wú)線(xiàn)通信可采用2.4GHz或者5.8GHz通信頻段。在鐵路領(lǐng)域，WLAN無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)主要應用在編組站綜合自動(dòng)化車(chē)地數據信息無(wú)線(xiàn)傳送。采用2.4GHz頻段和IEEE802.11g、IEEE802.11n標準的設備進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現綜合自動(dòng)化CIPS調機業(yè)務(wù)等信息傳送需求。綜合自動(dòng)化WLAN無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)系統主要由WLAN終端設備、接入點(diǎn)設備（AP）、接入控制點(diǎn)設備（AC）、PORTAL服務(wù)器、RADIUS認證服務(wù)器、用戶(hù)認證信息數據庫、業(yè)務(wù)運營(yíng)支撐系統等組成。由于WLAN無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)頻點(diǎn)是公眾頻點(diǎn)，將會(huì )受到外界終端設備的干擾，列車(chē)遮擋物影響，以及缺乏站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)對講業(yè)務(wù)、無(wú)線(xiàn)調車(chē)等業(yè)務(wù)的終端設備支持。因此，WLAN無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)不適用于涉及行車(chē)安全的鐵路調車(chē)業(yè)務(wù)，不適應未來(lái)站場(chǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展需求。
1.5LTE移動(dòng)通信技術(shù)應用
LTE移動(dòng)通信技術(shù)是鐵路下一代寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展方向，比較適用于寬帶數據信息無(wú)線(xiàn)傳輸。LTE有TD-LTE與FD-LTE兩種不同的制式，雖然總體上都滿(mǎn)足大帶寬的數據通信需求，但也存在很多不同。FD-LTE是在分離的兩個(gè)對稱(chēng)頻率信道上進(jìn)行接收和發(fā)送，依靠頻率來(lái)區分上下行鏈路。TD-LTE是用時(shí)間來(lái)分離接收和發(fā)送信道，接收和發(fā)送使用同一頻率載波的不同時(shí)隙作為信道的承載，可以根據上下行的數據大小動(dòng)態(tài)進(jìn)行分配，對于頻率信道的利用率更好。未來(lái)鐵路移動(dòng)通信采用TD-LTE的概率較大。目前，在朔黃鐵路已引入TD-LTE集群技術(shù)應用于列車(chē)同步操控、列車(chē)無(wú)線(xiàn)調度通信系統構成；在部分鐵路局站引入TD-LTE集群技術(shù)應用于站場(chǎng)貨檢、車(chē)號等無(wú)線(xiàn)對講和作業(yè)信息傳送；在鄭州地鐵引入TD-LTE集群技術(shù)用于車(chē)地間PIS信息和視頻監控圖像傳送。工信部根據《中華人民共和國無(wú)線(xiàn)電頻率劃分規定》及我國頻譜使用情況，確定使用1447～1467MHz頻段建設時(shí)分雙工（TDD）工作方式的寬帶數字集群專(zhuān)網(wǎng)系統。而1785～1805MHz頻段，則主要用于本地公眾網(wǎng)接入，對確有需要的本地專(zhuān)網(wǎng)也可用于無(wú)線(xiàn)接入，具體頻率指配和無(wú)線(xiàn)電臺站管理工作，由各省、自治區、直轄市無(wú)線(xiàn)電管理機構負責。在同一地區給一具有無(wú)線(xiàn)接入業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)權的公眾網(wǎng)運營(yíng)商或專(zhuān)網(wǎng)單位指配的頻率寬帶一般不超過(guò)5MHz。未來(lái)，在鐵路領(lǐng)域，可以考慮申請使用1785～1805MHz頻段的5MHz帶寬用于站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)。TD-LTE支持1.8G/1.4G/400M專(zhuān)用頻段，覆蓋增強算法、高增益定向天線(xiàn)、高終端發(fā)射功率，多方式天線(xiàn)組網(wǎng)。TD-LTE移動(dòng)通信系統移動(dòng)性好，支持350km/h，具有完善的QoS業(yè)務(wù)保障，可二次開(kāi)發(fā)定制終端、調度臺、無(wú)線(xiàn)通信模塊等；可提供調度通信語(yǔ)音業(yè)務(wù)、低速率或高速率數據信息傳送業(yè)務(wù)，是一個(gè)比較完善的綜合無(wú)線(xiàn)通信系統解決方案。LTE移動(dòng)通信技術(shù)在鐵路調度通信業(yè)務(wù)中的應用正在研究開(kāi)發(fā)階段，在站場(chǎng)或編組站中的無(wú)線(xiàn)調車(chē)、無(wú)線(xiàn)對講、綜合自動(dòng)化信息無(wú)線(xiàn)傳送系統中尚未被應用開(kāi)發(fā)。
2未來(lái)站場(chǎng)綜合無(wú)線(xiàn)通信系統技術(shù)選擇
站場(chǎng)或編組站作業(yè)范圍比較獨立，技術(shù)作業(yè)業(yè)務(wù)較多，綜合上述幾種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應用介紹，以及應用于站場(chǎng)多種業(yè)務(wù)情況下的可適用性進(jìn)行分析，結合無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展，選擇TD-LTE移動(dòng)通信技術(shù)作為未來(lái)站場(chǎng)綜合無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。TD-LTE移動(dòng)通信技術(shù)已在鐵路和地鐵領(lǐng)域獲得應用，具有技術(shù)實(shí)用性和先進(jìn)性，系統安全可靠，具備集中監測和維護管理，能滿(mǎn)足站場(chǎng)各類(lèi)業(yè)務(wù)綜合承載能力和未來(lái)各業(yè)務(wù)信息化、智能化發(fā)展需求。鐵路局可以申請使用1785～1805MHz頻段的5MHz帶寬合法頻點(diǎn)用于站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)。站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信使用TD-LTE數字集群系統，可將公網(wǎng)MME、HSS、S-GW以及P-GW等多個(gè)網(wǎng)元合并為一個(gè)網(wǎng)元eCN，使其小型化，降低核心網(wǎng)成本，可以有效的節約近期工程投資，為將來(lái)鐵路正線(xiàn)引入LTE移動(dòng)通信系統應用預留互聯(lián)互通條件。TD-LTE數字集群通信系統主要由核心網(wǎng)節點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)子系統和無(wú)線(xiàn)終端組成。其中，核心網(wǎng)節點(diǎn)設置TD-LTE核心網(wǎng)設備，核心網(wǎng)設備通過(guò)交換機等設備與各種業(yè)務(wù)應用服務(wù)器相連；無(wú)線(xiàn)子系統根據站場(chǎng)覆蓋和業(yè)務(wù)需求在鐵路站場(chǎng)內設置，無(wú)線(xiàn)子系統設備包括LTE基站設備BBU（BasebandUnit）和RRU（RadioRemoteUnit）設備；根據需要配置相應的無(wú)線(xiàn)終端。TD-LTE系統組網(wǎng)方案結構。
3結束語(yǔ)
TD-LTE數字集群技術(shù)可以滿(mǎn)足站場(chǎng)各類(lèi)業(yè)務(wù)需求，可承載大部分站場(chǎng)業(yè)務(wù)。但是，TD-LTE網(wǎng)1.8G頻點(diǎn)需要申請，各鐵路局能否申請到TD-LTE網(wǎng)1.8G頻點(diǎn)是該技術(shù)應用于鐵路站場(chǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，采用TD-LTE數字集群通信系統實(shí)現站場(chǎng)無(wú)線(xiàn)調車(chē)業(yè)務(wù)和編組站綜合自動(dòng)化業(yè)務(wù)，沒(méi)有成熟的應用服務(wù)器設備、調車(chē)終端設備和機車(chē)臺設備支持，有待研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品和終端設備，對調度通信功能、信息傳送時(shí)延等是否滿(mǎn)足站場(chǎng)業(yè)務(wù)需求，需要結合實(shí)際應用和終端設備有待進(jìn)一步試驗測試驗證。
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