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      LTE技術將取代GSM-R推動鐵路通信發展

      發布時間:2017-01-19 11:41:00 瀏覽次數:

      2017-01-07 EasyDS

      經濟及科學技術的發展使得現今社會已經成為了信息化的社會,尤其是以4G為代表的移動互聯技術使得人們可以在移動的過程中極為方便、快捷的獲得所需要的信息及服務。鐵路作為我國重要的陸上出行方式,由于無線通信系統建設的制約使得在高鐵或是一些區段還仍然無法對客戶提供優質的無線通信服務,存在著通話中斷、掉線、通話質量差等等一系列的問題,為適應現今發展越來越迅速的信息通信需求,在鐵路建設中應加強無線通信系統的應用及運行以便為用戶提供優質的通信服務。

       

      一  鐵路通信對于無線通信系統所提出的要求

       

      現今的社會是信息化的社會,隨著我國鐵路信息化及現代化建設的不斷加速,對于鐵路移動通信系統提出了以下要求:

       

      (1)無線通信系統應當在網絡結構、硬件設備以及軟件算法等方面滿足500km/h速度范圍以內的列車通信需求。

       

      (2)無線通信系統要能夠實現無線列控方式,以便能夠更好的對鐵路列車的運行進行調度及高速列車運行中的與地面調度中心之間的龐大的數據信息雙向傳輸。

       

      (3)無線通信系統應當具有沿著鐵路沿線的高速越區切換的能力。(4)無線通信系統應當能夠將鐵路沿線惡劣的自然環境對于鐵路無線通信系統的影響降至最低。

       

      (5)無線通信系統的可靠性及穩定性都應當較好以滿足故障安全原則,相較于現今所使用的列控系統應當更為安全可靠。

       

      鐵路通信對于無線通信系統的需求是巨大的,因此對于無線通信系統在鐵路通信中的應用,要求新一代的無線通信系統必須要提供一個綜合的無線通信平臺,且能夠根據鐵路各部門的需求提供虛擬的獨立的專用的無線通信系統,以確保鐵路調度的安全及快速。

       

      二  無線通信系統在鐵路通信中的應用及發展

       

      2.1 GSM-R無線通信系統

       

      GSM-R無線通信系統是一種應用于鐵路通信中的綜合專用數字移動通信系統,其主要以2G無線通信基礎設施來實現對于區域內列車的高級語音呼叫服務,并在提供語音通信服務的同時承擔了一定的列車調度服務。GSM-R無線通信系統可以在一定程度上成為鐵路無線通信的承載體,承載列車調度、信號、集群通信和監控數據等的業務。GSM-R 無線通信系統是現今在鐵路無線通信中應用最為廣泛的系統,其基礎服務能力繼承于3GPP標準,其中3GPP標準主要采用的是以GSM核心網為根本的無線通信技術,其在應用之初就瞄準了鐵路通信中對于無線通信的巨大需求,并在集合眾多產業鏈并在不斷的完善過程中使得3GPP標準成為了一項可靠而成熟的無線通信制式而在鐵路通信調度中得到了廣泛的應用。

       

      GSM-R 無線通信系統中的基礎功能模塊主要由交換系統、基站系統、運維系統以及終端系統和智能網絡系統等組成。GSM-R無線通信系統在現今的運用中也面臨著一些挑戰,隨著移動通信網絡經歷了由2G到3G再到4G移動通信網絡的巨大變革,從而使得鐵路通信面臨著巨大的挑戰和龐大的先進無線通信的需求?,F今鐵路通信對于無線通信系統的需求已經從原先最基本的信號穩定、沿途覆蓋等功能從而向著能夠滿足鐵路通信系統不斷發展的通信需求變化進行轉變。在這一過程中,GSM-R無線通信系統也逐漸暴露出來了一些技術的局限性。隨著技術的發展目前業界對于今后鐵路通信系統中的無線通信系統都形成了統一的共識,認為今后鐵路無線通信系統的技術必將向著 4GLTE 的方向發展,長期演進是3GPP系統長期演進的概括描述,通過使用正交頻分復用技術和單載波分多址技術來作為發展 4G 無線通信系統的基礎。


      2.2 LTE 技術

       

      LTE 技術標準主要采用的是ALL-IN-IP的無線組網架構以及扁平化的無線網絡結構,從而使得無線通信系統的延時大為降低,從而使得無線通信系統的網絡通信性能得到了整體性的提高,從而使得不論是在用戶無線通信使用感官體驗方面還是在控制層面,使用LTE 技術能夠使得無線通信從空閑模式到激活模式這一模式切換的時間控制在100ms的范圍以內,而將無線通信從休眠模式向激活模式切換的時間控制在50ms的時間范圍以內,在用戶的使用體驗中最小延時極小,從而使得用戶能夠在高速行駛的列車中得到較為良好的無線通信服務,用戶無線通信使用感官大為提高。LTE 技術在頻譜效率方面也有著極大的提高,由于采用的是正交頻分復用技術,從而使得無線通信的頻譜效率得到了極大的提高,采用多人多出技術后帶來速率的成倍數增長。

       

      此外,使用 LTE 技術也使得鐵路無線通信的抗干擾的能力有了較大的提高,通過在鐵路無線通信中采用OFDM技術,可以使得無線通信在保持高頻譜效率的前提下能夠更好的實現對于多徑干擾進行抑制,并通過使用小區干擾協調技術將原先的干擾信號向有用無線通信信號進行轉變。

       

      上述LTE 技術的優秀特性使得 LTE 技術成為了今后鐵路無線通信技術的重要的基礎也為眾多信息化應用提供了良好的保障。LTE技術在鐵路無線通信系統的應用中需要滿足能夠對現今鐵路無線通信信息業務的全包容,能夠實現對現今所使用的基本的語音溝通直至到滿足對于圖像和視頻流等的傳輸,其傳輸速率也將由原先的 kb/s 上升至 Gb/s,而使用傳統的GSM-R技術由于基礎的限制使得其遠遠無法滿足這一通信需求。通過使用 LTE 技術則可以滿足這一通信需求。

       

      通過使用 LTE 技術使得鐵路無線通信的信息帶寬得到了極大的提高,從而可以實現在列車中提供無線帶寬的增值通信服務,比如說 可以在各節車廂中加裝列車視頻監控并通過使用無線通信來對視頻監控的視頻進行傳輸,以使得列車乘務員和地面調度人員都能夠對行駛中的列車車廂中的狀態進行監控,并通過與地面調度人員的協同工作實現對于列車車廂中的突發狀況進行及時的響應,并能夠通過現場情況的回溯來進行決策舉證,通過無線通信技術的發展提高了鐵路無線通信系統對于語音、視頻圖像的傳輸能力從而使得鐵路運行能夠更為安全、高效。

       

      同時,鐵路無線通信能力的提升可以使得鐵路部門能夠為列車中的乘客提供更多的常規化的增值服務,無線通信能力的增加可以使得能夠通過車廂內的視頻為旅客提供實時交通路況、列車編次以及沿途天氣等的一系列的增值信息服務,從而使得鐵路旅客能夠更為方便的出行。

       

      因此,LTE 技術是未來取代GSM-R技術新一代無線通信技術,同時 LTE 技術還有著更大的潛力能夠挖掘,由于其技術在設計中所具有的無線移動切換能力和帶寬穩定的特征使得 LTE 技術能夠以百兆的帶寬來實現對于鐵路無線通信的接入,隨著技術的不斷進步與完善,LTE技術將有著更為廣闊的技術應用前景。

       

      三  結束語

       

      鐵路是我國重要的陸上交通運輸方式,隨著技術的發展使得鐵路無線通信系統中的技術也得到了極大的提高,傳統的GSM-R通信技術在越來越大的數據通信需求面前也顯得越來越力不從心,因此,以 LTE 技術為代表的新一代的鐵路無線通信技術的應用使得鐵路無線通信能力的提高成為可能。本文在分析鐵路無線通信技術特點的基礎上對現今所使用的GSM-R技術及LTE技術的應用進行了對比。(作者單位:中國神華神朔鐵路分公司)

       

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      ——無線電檢驗檢測專家

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