無線技術在鐵路通信中的應用

摘要：鐵路交通向高速化與標準化方向的邁進，對通信業務支撐體系提出了新的要求，必須采用先進的通信技術，實現鐵路通信網絡的升級。介紹了無線技術在鐵路通信中的應用和未來發展趨勢。

關鍵詞：無線技術鐵路通信應用

進入21世紀，隨著鐵路列車向高速化、標準化方向的邁進，中國鐵路正不斷吸取國外鐵路的先進經驗和成果，努力提升自身的經濟技術結構和規模水平，加快發展步伐，鐵路通信系統也迎來了新的發展機遇。為了保證列車運行安全，實現有效的信息傳遞，就需要組建一個功能更加完善的、技術更加先進的通信網絡。

1 鐵路通信的發展

鐵路通信在最初發展時期，傳輸采用了明線和電纜，交換設備使用的是落后的步進制及后來的縱橫制交換機，鐵路專用通信則以人工臺方式為主，隨著通信技術的發展，鐵路通信也隨之更新換代，到90年代數字光纖通信已經被廣泛的使用，隨著程控及軟交換技術的成熟，電話進行了全面升級，形成基本的長途骨干交換網，鐵路專用分組交換數據網初步建立，行車電話也推廣采用了數字調度設備，在技術先進性、設備穩定性等方面都有了大幅度的提高。

在無線技術的應用方面，由于行業特點鐵路也是較早開始使用的。20世紀50年代，鐵路工作人員開始使用電子管無線通信設備，70年代全部改用晶體管無線通信設備，80年代在站場應用了便于攜帶的150MHz、450MHz的站內無線電臺，同時根據需要又開發出適應其他崗位的無線應用，使業務迅速得到了推廣。隨著科技技術的發展，數字移動通信系統技術日趨成熟，經過長期的推廣和使用，現GSM-R成為鐵路正在使用的專用數字移動系統，成為鐵路通信的重要組成部分。

2 鐵路無線通信的特點

2.1 覆蓋范圍廣 中國地域廣闊，共有31個省市自治區，部分省市之間相距幾千多公里，并且列車在運行過程中要通過多個鐵路局及集團公司的管轄區域，每個單位均有調度指揮及為車輛服務的部門及人員，所以通話對象不固定，這就需要一個統一的呼叫方式及規則，由聯合控制中心根據列車運行區間及位置確定呼叫路由及地址。這也是符合我國鐵路特得點的獨特通信方式。

2.2 需要具備數據的傳輸功能 列車無線電臺設備不僅需要語音傳送，還需要有傳輸數據的能力，應具備多功能的數據接口，可以傳輸列車運行所需的各種數據，交換信息，確保列車通信及監控的實時性和有效性。

2.3 綜合性要求強 鐵路運營所需支撐體系龐大，車務、機務、工務、電務、車輛等單位各司其職，對通信的需求也存在差異，這就要求無線通信設備具備很好的適應性，結合各部門需要開發相應功能。設備要有良好的綜合應用能力，一機多用，即能傳遞語音還能傳送數據，將列車信息根據需求傳遞到不同單位，各取所需，便于部門間聯動，提高統一協調能力。

3 鐵路移動通信系統介紹

GSM-R(GSM for Railway)為鐵路專用數字移動通信系統，和GSM網絡標準相似，是從歐洲引進的鐵路通信專用系統。隨著GSM技術的成熟，使用范圍逐漸擴大且造價不斷降低，歐洲的科技人員在GSM標準上加入了一些適合高速移動環境使用的要素，開發出了適合鐵路使用的移動通信系統，并迅速在歐洲得到了推廣。GSM-R是基于GSM技術平臺，針對鐵路無線通信的特點，專門為鐵路設計的數字移動通信系統，提供特色的附加功能的高效綜合無線通信系統，并增加鐵路移動通信所需業務（組呼、群呼、強插、強拆、優先級別等功能），構成整體的解決方案。GSM-R同時還具備數字集群的功能，滿足列車高速運行時的無線通信要求，可以提供應急通信、無線列調等語音通信功能，安全可靠。GSM-R還是一個信息化的平臺，使得用戶可以在這個信息平臺上輕松開發各種各樣的鐵路應用。GSM-R通信系統主要由基站系統（BSS）、網絡系統（NSS）、管理系統（OSS）三大部分和移動終端設備組成。其中網絡系統包括移動交換系統、移動智能網系統、和分組交換無線業務系統，是GSM-R系統的核心組成部分，實現了與其他網絡的有機結合。隨著鐵路運輸事業的不斷發展，信息化建設需求越來越多，使得無線通信系統在鐵路有著廣闊的發展前景，GSM-R技術利用其固有的網絡特性，很好的順應了科技的發展，利用其先進的通信手段實現了鐵路移動設施和固定設施的無縫隙連接，確保列車安全、平穩的運行，為鐵路自動化和信息化發展奠定了良好的基礎。

4 GSM－R技術的應用

GSM－R系統不僅可以提供語音業務，還可以提供數據業務、智能業務。針對鐵路通信需求，GSM－R系統還提供了組呼叫、尋址、廣播呼叫、緊急呼叫等特殊方面的要求。

4.1 調度命令傳送：TDCS根據調度命令中的機車編號查找對應的目的IP地址，將命令從無線列調車站臺發出，經過GSM－R網絡組成的數據鏈路傳送到車載無線通信設備，機車就能接收到調度下發的命令。調度命令是各級調度指揮人員向列車司機下達的書面指令，是列車運行指揮系統的重要組成部分。

4.2 列車調度指揮：調度與司機之間的通話是行車通信系統的重要組成，負責指揮各種車輛的運行，保證機車司機、車站值班員、列車調度員之間以及車站值班員、機車司機、運轉車長之間的通信暢通，確保安全。

4.3 機車同步控制：有時列車需要多個機車牽引，在運行過程中，兩臺機車之間包括加速、減速和制動等一系列行為必需同步操縱，利用本業務可實現機車間信息的傳遞和交換。

4.4 列車自動控制：通過GSM－R提供車地之間雙向安全數據傳輸通道，接收由GPS或其他的定位工具提供的位置信息，控制列車運行，可代替以前的信號燈指示，保證列車運行安全。

4.5 機車信號和監控信息傳送：實現車載設備和地面間的數據傳輸，提供機車信號和監控信息傳輸，儲存調車模式的相關信息，構成站場通信系統重要組成部分。

4.6 列車停穩信息傳送:利用數據采集傳輸應用系統，可傳送列車是否停穩信息，提高車輛運行的安全性。

4.7 車次號傳輸：車次號傳送是實現車輛調度指揮的重要一環，通過對列車車次號的自動跟蹤，實現調度中心對車輛運輸業務的監控機辦理。

4.8 列車尾部監控數據傳輸：在列車行進當中，司機應當準時了解列車性能變化。列車監控系統可以提供車尾風壓數值，電池電壓情況，主風管風壓情況等等，實現對車輛狀態進行實時監控。

4.9 區間無線通信：在區間作業可以使用GS M－R作業手持終端，包括機務、車務、工務、電務、公安等單位可根據需要進行內部的業務聯系，在有特殊情況時可與列車調度人員或其他用戶聯系，在遇到突發狀況時，還可通過無線終端直接與司機通話。

4.10 旅客業務信息收集：每輛客車都與控制中心保持一條實時雙向數據傳輸通道，作為數據通信業務使用，與旅客相關的所有移動信息通過此通道進行傳輸，為旅客提供各種信息，增加旅客的便利性，提供各種人性化服務。

5 鐵路無線通信技術的發展方向

鐵路無線通信技術隨著科技的進步不斷發展，既有其普遍性又存在特殊性，未來發展應該向公眾網絡融合的邁進，向固網的三網融合一樣達到與公眾網絡的統一，使用戶通過專用通信網實現與公眾網同樣的應用功能，滿足各種信息交流的需要，使用戶在任何地方都可以獲得無差別服務，實現寬帶的無線接入。對于無線寬帶業務發展需求，現有鐵路無線通信系統已經遠遠不夠，GSM-R由于技術的限制不足以支撐前進的步伐。

由于3G無線通信技術使用的頻點高，設備及組建網絡投資大，不符合無線網絡廣泛覆蓋的目標，且3G技術與2G技術在語音通信業務上并沒有本質區別。因此，未來鐵路無線通信發展會越過3G，直接向“準4G”的LTE-R技術邁進，國際鐵路聯盟（UIC）也已表示了對LTE-R技術的支持。

LTE采用新的網絡結構，與2G的GSM、3G的UMTS相比，LTE具有更高的速率、更高的頻譜效率、更靈活的載波帶寬及更好的系統兼容性等特點，能夠提供安全的話音和數據業務，組網形式簡單、高效、低時延、低造價，充分滿足寬帶無線接入的需求，真正實現了固定網和移動網的融合，提高了3G在新興的寬帶無線接入市場的競爭力。LTE采用了基于IP技術的網絡架構，可以利用已部署的站點和設備，節省成本投資。

隨著LTE在公眾運營網的引入，在強化GSM-R系統應用的同時，鐵路部門也應大膽創新，向LTE-R演進是GSM-R發展的必然趨勢，越早地適應新技術，就可以更靈活地應對內部及外部的通信需求，為未來的運營發展做好準備。

目前，國際鐵路聯盟（UIC）正在積極研究GSM-R向LTE-R的行業演進標準，確保GSM-R技術隨電信科技的不斷發展，使用的生命周期可以獲得延長。從發展情況看，無線技術在鐵路專用通信中擁有廣大的發展前景，有了GSM-R的成功運營及研發經驗，我們必將開發出新一代的適合國內實際的鐵路移動通信系統，為鐵路安全運營提供有力保障。