現階段車地通信技術歸納與比較

張學文

摘要：如今公共互聯網落發展相當迅速，已經覆蓋到了鐵路列車上。人們希望可以在高速運行的列車上也享受到快捷的網絡服務。在文中主要就當前所使用的車地通信技術進行歸納與比較。

關鍵詞：車地通信技術，通信方案，對比

鐵路作為國民經濟的大動脈和國家重要的基礎設施，在新時代經濟生產中肩負著重要的歷史使命。截至2017年底，中國鐵路營業里程突破12.7萬公里，其中高鐵運營里程達到1.9萬公里。根據中國鐵路總公司2017年統計公報顯示，國家鐵路旅客發送量完成30.38億人，比上年增長2.56億人，增長9.6%；國家鐵路旅客周轉量完成13396.96億人公里，比上年增加869.09億人公里，增長6.9%[1]。鐵路運輸越來越成為影響國民經濟和國家綜合實力的重要因素，同時，世界各地的城市軌道交通的需求量與建設量也一直在增大。近年來因為全世界范圍內信息網絡技術迅猛發展，公共互聯網絡越來越普及，尤其是無線寬帶接入技術的發展，人們越來越希望無線網絡信號可以覆蓋在生活的每個角落，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網，從而享受網絡供給的各種服務。本文將對現行的一些車地通信方案進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有：專用泄露電纜方案、衛星通信方案、wimax技術方案等。

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體縱長方向，并且是按照一定的間隔和不同的形式將同軸電纜進行開槽。開槽的目的在于讓電信號能量可以從所開槽口向外輻射出來，從而達到向外傳播以及接收外來無線電波的目的。其優缺點如下：

1、泄漏同軸電纜通信的優點：泄漏同軸電纜通信是通過同軸電纜做無線電臺的天線，并以此進行相關通信，它可以在特定的范圍里產生非常均勻的信號場強，并且這種通信不會受到周圍環境的干擾，因此它的通信是比較可靠的，而且不會存在信號盲區，并且接收的電平也會很穩定，較難受到外來信號的干擾，并且泄漏同軸電纜通信系統可以提供多信道服務，滿足部分通信需求。

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

二、衛星通信方案

衛星通信系統是由衛星端、地面端、用戶端三個組織構成。衛星端所起的是中繼站的作用，地面端會發射上來一系列的電磁波并且在衛星端經過放大以后，再返回到用戶端。衛星通信實際上是一種微波通信，可以對地面實現“無縫隙”覆蓋。

1、衛星通信方案優點：該技術是將衛星技術、UMTS以及GPRS UMTS技術與Wifi技術相結合，由衛星和車站所覆蓋的Wifi中繼器結合以此為基礎為列車提供互聯網接入服務。該系統是一種雙向的衛星系統，在衛星不能夠覆蓋到相關列車時，Wifi中繼器便會接管無線信號接入，使上傳與下載的業務不會因失去信號而中斷。

2、衛星通信方案缺點：該方案雖然可以在一定程度上解決高速車地通信問題，但當列車速度達到 300k/h后便無法保證連接的穩定性。列車高速運行運行會產生電磁干擾、并且經由隧道橋梁以及樹枝等的遮擋都可能會較嚴重的干擾衛星信號。并且這種方案目前也未成熟，無法進行大范圍的推廣。

三、Wimax技術

Wimax是一種無線城域網（MAN）技術，它不僅可以向固定的終端設備，而且也可以對半固定的移動設備提供寬帶無線連接，通過該技術還可以連接802.11熱點和因特網，以及在最后1公里寬帶項目接入領域作為Cable或DSL的替代品[3]。Wimax技術是一種新興的寬帶互聯網接入技術，一般Wimax系統由兩部分構成，即發射塔和接收機。Wimax發射塔其概念和手機通訊基站發射塔相似，一臺Wimax發射塔可以覆蓋的面積非常大，可以達到8000平方公里。其接收機和天線可以是任意一張PCmcia卡，或者是一個接收模塊。

1、Wimax技術優點：由于wimax技術有諸如很遠的傳輸距離、高速的寬帶接入、優良的最后一公里網絡接入服務、很好的多媒體服務等優點，Wimax技術己經成為近幾年來各國研究的熱點問題之一。

2、Wimax技術缺點

Wimax技術在列車上的應用仍然處在研究階段，還存在有很多尚沒能解決的問題。因此，Wimax技術優勢也未能在在車地通信應用中完全體現，目前尚不能大范圍推廣。

四、現行的車地通信方案選擇

綜合上文描述，當前國際上還沒有一種能很好的解決車地通信問題的方案，大部分方案也都是在試驗階段。當下國際上比較成熟的已經得到實際應用的技術有以下兩種方案基于無線Mesh網絡的車地通信技術以及基于無線CBTC系統的車地通信技術。

無線Mesh網絡是經典的無線局域網（簡稱WLAN）與移動AdHoc網絡相結合的產物。因為無線Mesh網絡技術同時擁有WLAN網絡和移動AdHoc網絡高吞吐率、快捷接入、自動組網、成本低廉、支持快速切換等的特點。它的實現路徑如下：由車載終端無線節點移動接入沿路布置的無線Mesh網絡，從而通過無線Mesh網絡連接地面調度中心以及公共互聯網絡

CBTC（Communication Based Train Control System）技術，是一類可以在列車運行控制系統中常用的技術。利用高精度得列車定位系統、雙向的大容量車-地數據通信模塊以及車載、地面的安全功能處理器去實現一種連續的自動列車控制系統。基于無線通信的CBTC系統采用無線數據傳輸替代了傳統的軌道電路的地位，實現連續、不間斷雙向數據通信[4]。數字技術的優勢在于其信息量大，可同時實現多重任務的傳輸與交換。

五、總結與展望

展望未來中國鐵路信息化發展歷程，車地通信是其中的重頭戲，優質的車地通信技術滿足的不僅是人們出行的對于移動網絡的需求，而且也會對維護鐵路安全，實時的關鍵性數據傳輸起到很重要的作用。

參考文獻：

[1]中國鐵路總公司.中國鐵路總公司2017年統計公報[R].2016～2017

[2]吳佳.采用泄露電纜實現小區覆蓋[J].電信工程技術與標準化，2010，23（01）：68-70.

[3]謝鷹.WiMAX技術及應用前景分析[J].郵電設計術，2006（11）：7-11.

[4]林海香，董昱.無線CBTC系統車地通信方案研究[J].蘭州交通大學學報，2010，29（06）：124-128.