現(xiàn)代鐵路通信技術研究

王志民

中鐵建電氣化局集團第四工程有限公司，湖南 長沙 410007

現(xiàn)代鐵路通信技術研究

王志民

中鐵建電氣化局集團第四工程有限公司，湖南 長沙 410007

現(xiàn)代通信技術已經(jīng)發(fā)展到計算機技術、數(shù)字技術、微電子技術與光電子技術的有機結合體，它已經(jīng)具備了“個人化”、“高速化”、 “智能化”、“寬帶化”“數(shù)字化”等優(yōu)點。并且，隨著現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，通信技術手段還將徹底克服時間和空間的限制，從而能夠使用戶在任何時間、任何地點并且與任何人進行包括語音交流、數(shù)據(jù)交流和視頻交流等。在通信技術這種發(fā)展趨勢下，會逐步滿足旅客在列車上如同在辦公室中的信息交流的需要，例如和其他人進行圖像語音、傳真、數(shù)據(jù)等信息交流。此外，隨著鐵路列車向高速化與準高速化方向的發(fā)展，為了保證行車的安全，進一步實現(xiàn)有效的人機控制和提高運輸期間的效率，從而要求建立一個功能更加完善的，技術構成更加先進的鐵路通信網(wǎng)絡。

鐵路通信；通信信號；通信系統(tǒng)

隨著鐵路通信技術的飛速發(fā)展，這就要求現(xiàn)代的科技研究人員必須要打破常規(guī)的鐵路通信網(wǎng)的接入方式，需采用更加先進的、現(xiàn)代化的有線和無線通訊的傳輸方式和接入方式，實現(xiàn)鐵路通信的快速升級，以適應現(xiàn)代信息社會的急速發(fā)展，從而使鐵路通信網(wǎng)絡在國民經(jīng)濟中創(chuàng)造更大的社會效益和經(jīng)濟效益。

一、現(xiàn)代通信技術在鐵路中的運用

通常來說，我們將通信網(wǎng)絡分為接入網(wǎng)、局域網(wǎng)和主干網(wǎng)三個部分，所以我們也將鐵路通信網(wǎng)絡按照上述方法劃分。按照鐵路的通信網(wǎng)絡來看，接入網(wǎng)占有非常大的比例，包括有線和無線接入網(wǎng)兩個大的部分[1]。

（1）無線接入網(wǎng)

由于高速運動是鐵路列車具有的特點，所以無線（例如移動通信）接入網(wǎng)在鐵路通信網(wǎng)絡中占有很大的比重。當然，固定位置的單位、車站（場）和各種固定設施之間的通信方式，我們首選方案仍然是采用SDH光同步數(shù)字傳輸設備來進行組建，與此同時應考慮采用數(shù)字環(huán)路載波設備和遠端用戶單元，組網(wǎng)更加方便、靈活。組網(wǎng)的過程中要把效益與投資綜合統(tǒng)籌來進行考慮，可以使系統(tǒng)不僅滿足近幾年內(nèi)鐵路通信的需求，而且還能夠為出行的旅客和地面用戶提供先進的電信業(yè)務。另外，采用網(wǎng)絡IP通信以及ATM交換等先進技術來構成光纖用戶接入網(wǎng)及通信主干網(wǎng)。比如說采用“雙纖單向環(huán)”的接入方式，其不僅具有傳輸質(zhì)量高、安全、高速、價格合理等光纖通信所特有的優(yōu)點外，而且還具有設備備用、路由迂回等優(yōu)點，從而具有自愈合的功能，從而使系統(tǒng)的可靠性大大地提高。

鐵路通信網(wǎng)絡可以為旅客和鐵路公務、行車維修、應急搶險等相關人員提供及時可靠的通信，以提高服務等級和運輸效率，保證列車的安全運行，從而達到高效運營的模式。所以，這是一套集區(qū)間移動作業(yè)通信和列車公務通信為一體的列車移動通信系統(tǒng)。但是考慮到鐵路自身的特點，就決定了此系統(tǒng)與區(qū)域性的專業(yè)移動通信網(wǎng)和公用移動通信網(wǎng)的不同，這是一種屬于線面結合、以線為主的鏈狀網(wǎng)。

（2）集群通信系統(tǒng)

集群通信系統(tǒng)是通信與微處理機技術、計算機網(wǎng)絡技術、程控交換技術緊密結合的產(chǎn)物，是一種功能很強大的專用移動通信系統(tǒng)。它集通信、交換、控制于一體，采用無線撥號的方式把一組信道自動地分配給系統(tǒng)的內(nèi)部用戶，可以最大限度地利用頻率資源和系統(tǒng)資源，提高服務質(zhì)量，降低系統(tǒng)內(nèi)呼損耗。由于它具有強拆、強插、群呼、組呼等功能，特別適合于指揮調(diào)度以及搶險應急等場合，并較好地解決了通信頻率如何合理分配的老大難問題，因此備受專業(yè)運營管理部門的喜愛，是現(xiàn)代移動鐵路通信方式的首選類型[2]。當然這一系統(tǒng)還存在一些不組隊缺點，其中主要包括采用動態(tài)的頻率分配問題，沒有考慮到與周圍公用網(wǎng)絡的有效融合問題，沒有先進的路由合理選擇功能，并且在建立通路和自動過網(wǎng)時存在容易受干擾、信息丟失現(xiàn)象、保密性不強等，雖然此類缺點對于話音通信的影響不是太大，但是會對調(diào)度指揮中心與列車之間的實時雙向數(shù)據(jù)通信造成極大的影響，所以對于數(shù)據(jù)通信要求較高的場合并不適合。

二、通信信號一體化

現(xiàn)代我國各地的鐵路建設的正在有序的進行中, 信號技術更多地向智能化以及網(wǎng)絡化方向發(fā)展, 通信技術不斷地在信號系統(tǒng)中得到廣泛應用, 使信號和通信兩個專業(yè)結合得比以前更加緊密[3]。從傳統(tǒng)的金屬線、光通道到現(xiàn)在應用的獨立光芯和無線數(shù)字通道等,信號系統(tǒng)已經(jīng)逐漸地依賴通信技術進行控制信息的傳輸。考慮到這種情況,由于傳統(tǒng)方式的以通信、信號這兩個相對獨立的專業(yè)進行設計的模式漸漸地顯現(xiàn)出其內(nèi)部所存在的一些弊端,所以有必要采用一種新的計算和設計模式,也就是將通信、信號作為一個整體系統(tǒng)進行統(tǒng)籌研究和設計,這就是通信信號一體化技術。

通信信號一體化技術具有以下的優(yōu)點：

(1)具有靈活性及通用性。系統(tǒng)既不需要新增任何其他設備,自然支持雙向運行,有利于線路故障或特殊需要時的反向運行控制,而且也不因為列車的反方向運行, 而降低系統(tǒng)的性能和安全。

(2)降低生存期成本和工程投資。因為縮短了列車的編組,以及行駛列車的高密度運行,可以縮短站臺的長度和端站尾軌的長度。信息傳輸由以前主要依賴軌道電路,而現(xiàn)在逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵O備主要集中在室內(nèi)和機車上,這樣也就減少了投資。無線機車信號在車站跨越了軌道電路, 擺脫了車站軌道電路電碼化的約束,系統(tǒng)結構從而變得更加簡潔。

(3) 信息傳輸量大。由于傳統(tǒng)的軌道電路是在鐵軌上傳輸信號，因此速度比較慢、數(shù)據(jù)量相對來說比較小。而實際上，隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，列車速度逐漸加快和密度也變得越來越高,列車的控制信號不僅多而且繁瑣。無線通信網(wǎng)有能力提供大量的信息傳輸, 所以能滿足列車控制對信號傳輸?shù)囊蟆?/p>

(4)運輸效率高。無線車載設備系統(tǒng)接收信息具有較高的實時性和準確性。采用無線通信方式傳送鐵路信號能夠?qū)崿F(xiàn)移動自動閉塞, 移動自動閉塞分區(qū)長度可變,而且閉塞分區(qū)隨列車運行而移動, 閉塞分區(qū)已經(jīng)不需要應用地面信號，它而是通過無線車載設備系統(tǒng)接收與前方列車或車站距離等信息來實現(xiàn)列車控制的。

(5)傳輸可靠性高。軌道電路中的信號傳輸是開環(huán)的,也就是說發(fā)送者只負責發(fā)送,并不能確切地知道接收者是否真正接收到信息, 而在CBTC系統(tǒng)中可以做到雙向的通信,并且同時還可以使用多種保證技術(如各類冗余技術、反饋糾錯技術等)來提高其自身的可靠性,從而實現(xiàn)鐵路信號通過無線網(wǎng)絡的安全和實時的傳輸。

可以說鐵路通信與鐵路信號是兩個相關緊密的概念, 兩者相互關聯(lián)而不可分割的, 目前客運專線建設和高速鐵路的研究,也為通信信號一體化技術的發(fā)展提供了新的發(fā)展機遇[4]。通信信號一體化是現(xiàn)代鐵路通信信號的重要發(fā)展趨勢,鐵路通信信號技術發(fā)展所依托的新技術, 如網(wǎng)絡技術,與通信技術的技術標準是一致的,屬于技術發(fā)展前沿科學, 為通信信號一體化提供了理論和技術基礎。

三、鐵路通信技術的發(fā)展趨勢及意義

鐵路通信網(wǎng)未來的發(fā)展趨勢應該是與公用網(wǎng)相融合，最終使鐵路通信網(wǎng)相統(tǒng)一于公用網(wǎng)。要實現(xiàn)這一要求，集群移動通信系統(tǒng)已經(jīng)遠遠不夠，GSM（R）和現(xiàn)行的CDMA技術也不能達到這一要求[5]。從現(xiàn)在的發(fā)展情況看，只有繼續(xù)開發(fā)下一代新的CDMA技術，才能實現(xiàn)這一任務。因此，鐵路通信網(wǎng)的無線接入部分今后的發(fā)展方向也必然是朝著新一代CDMA的方向來發(fā)展，形成具有鐵路通信所特殊要求的公用無線通訊接入網(wǎng)。從而使得客戶無論是在行進中的列車上，還是在鐵路網(wǎng)的覆蓋區(qū)域均能夠通過鐵路通信網(wǎng)進行如同在辦公室一樣方便的信息交流。

四、結論

隨著鐵路建設的不斷發(fā)展, 鐵路通信技術得到了進一步的長遠發(fā)展,鐵路通信技術發(fā)展所依托的新技術, 如網(wǎng)絡技術,與通信技術的技術標準是相一致的,屬于技術發(fā)展前沿科學, 為鐵路通信技術提供了理論和技術基礎。可以說鐵路通信技術是21世紀的一項熱門科學,會得到進一步的廣泛應用, 目前客運專線建設和高速鐵路的研究,也為鐵路通信技術的發(fā)展提供了新的發(fā)展機遇。

[1]黃凱林.淺談現(xiàn)代網(wǎng)絡技術在鐵路通訊中的應用[J].中國信息界.2011,165(1):52～53

[2]陳家斌.當前鐵路通信如何適應高速發(fā)展鐵路的要求[J].工程管理.2010,89(6):170

[3]王永剛.淺談鐵路通信信號一體化[J].工業(yè)技術.2010,125(7):104

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.066