主頁（http://www.130131.com）：鐵路通信技術(shù)的演進勢在必行 引言 當前，鐵路通信中大量應(yīng)用的是窄帶的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但隨著視頻和寬帶業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，窄帶的應(yīng)用已顯得力不從身，如何在鐵路通信中通過技術(shù)提升來滿足日益發(fā)展的業(yè)務(wù)需求是擺在通信工作者面前光榮而艱巨的任務(wù)。由鐵路通信目前的GSM—R向LTE的演進是適應(yīng)市場需求的一種重大變化，這種變化將對技術(shù)更新、通信產(chǎn)業(yè)升級產(chǎn)生巨大的推動與影響，本文將對LTE在鐵路中的應(yīng)用前景作一些簡短的評論。GSM—R系統(tǒng)是目前廣泛采用的鐵路通信手段，其強大的來自第三代合作伙伴項目（3GPP）的標準通信制式基礎(chǔ)，良好的對鐵路業(yè)務(wù)的適配能力，眾多廠商之間持續(xù)的技術(shù)開發(fā)與協(xié)作，在商業(yè)上的成功應(yīng)用等，都充分說明GSM—R系統(tǒng)的成熟性與可靠性。但隨著鐵路運輸業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，對通信領(lǐng)域的要求從系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、沿途高質(zhì)量無線覆蓋、高速運行中的優(yōu)秀系統(tǒng)性能，系統(tǒng)可擴展、可演進，滿足更高的生產(chǎn)通信需求及旅客的通信需求等，面對這些未來發(fā)展趨勢，GSM—R系統(tǒng)已在很多方面顯示出諸多的局限性。因此，國際鐵路聯(lián)盟（UIC）已基本確認長期演進技術(shù)（LTE）作為下一代鐵路無線通信技術(shù)。 １ 鐵路無線通信技術(shù)向LTE演進的必要性 １）窄帶系統(tǒng)無法滿足寬帶業(yè)務(wù)需求 鐵路通信系統(tǒng)既需要提供目前GSM-R系統(tǒng)所能提供的一切鐵路通信標準功能，同時還應(yīng)該提供獨具的擴展業(yè)務(wù)，如視頻監(jiān)控、信息共享及旅客的無線接入等。 從通信制式方面看，GSM-R立足于二代窄帶技術(shù)，本身數(shù)字承載能力有限：電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(CSD)速率低，為kbps級別，僅能承載流量要求較小的專用列控數(shù)據(jù)；而通用分組無線服務(wù)(GPRS)可供使用的帶寬有限，無法滿足日益增長的上層應(yīng)用需求。目前，車-地間人員只能通過語音交流，地面人員缺少遠程直接了解現(xiàn)場情況的渠道，支撐決策的準確信息采集比較困難。這一缺陷在發(fā)生重特大事故或旅客糾紛等問題時表現(xiàn)得特別突出。若在車廂內(nèi)提供無線寬帶通信服務(wù)，如視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過無線及時傳遞現(xiàn)場視頻信息，促進車一地人員協(xié)同二作；遇到旅客糾紛時，利用視頻監(jiān)控可及時發(fā)現(xiàn)和阻止事態(tài)擴展，也可在事后進行現(xiàn)場回放和回溯。這些都將提升鐵路運營的安全性。 另外，作為常規(guī)化服務(wù)，車廂內(nèi)的寬帶業(yè)務(wù)還應(yīng)包括車載信息系統(tǒng)，向旅客提供實時交通路況、列車時刻和天氣預(yù)報等信息，提升旅行的便捷度。 上述應(yīng)用都是基于視頻傳輸。由語音交流到圖像和視頻交流，對傳輸速率的要求從kb/s級上升到Mb/s級甚至GB0/S級，都是基于二代技術(shù)的GSM—R無法克服的技術(shù)瓶頸。實現(xiàn)這些業(yè)務(wù)需求，需要更先進的數(shù)字寬帶通信制式作為支撐，LTE正是能滿足該要求的更加有效的系統(tǒng)。  圖1 高速列車上的通信遇到了許多新問題 2）LTE系統(tǒng)可為旅客提供無線寬帶 在網(wǎng)絡(luò)的開放性方面，GSM—R作為鐵路專網(wǎng)，使用者是鐵路員工，不能為公眾旅客提供通信服務(wù)。一方面考慮系統(tǒng)安全性，采取封閉的運營管理；另一方面，由于系統(tǒng)自身容量的限制，不能接受過大的業(yè)務(wù)接入量，因此只能優(yōu)先滿足與鐵路運營相關(guān)的工作人員使用。 然而，考慮到運輸?shù)谋憬菪�，與航空相比，高速鐵路的一個重要優(yōu)勢在于旅客可始終保持通信連接，還可遠程處理公務(wù)和進行網(wǎng)絡(luò)娛樂。目前，在途鐵路旅客的通信需求僅能依靠公共通信網(wǎng)絡(luò)，而隨著列車運行速度的增加，公網(wǎng)通信的語音質(zhì)量無法得到保證，更不能為旅客提供高服務(wù)質(zhì)量(QOS)的隨時隨地的寬帶接人服務(wù)。若在沿線鋪設(shè)服務(wù)于鐵路的LTE網(wǎng)絡(luò)，同時對鐵路員工和旅客開放，在提升鐵路運營安全性和高效性的基礎(chǔ)上，還能為旅客提供優(yōu)質(zhì)的語音和多媒體接入、上網(wǎng)娛樂等服務(wù)，提升出行體驗，這必將成為吸引旅客的一個行業(yè)亮點。 ２、LTE系統(tǒng)的性能 LTE是GSM陣營目前最先進的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在設(shè)計上同時考慮了移動性和寬帶性，從1.4M～20M的靈活信道帶寬要求，保證LTE網(wǎng)絡(luò)可提供百兆級別的數(shù)據(jù)傳輸能力。目前，LTE已在公網(wǎng)運營中獲得大量成功經(jīng)驗，是一種成熟的移動通信制式。其上述特點都非常適合于應(yīng)用于未來的鐵路通信。 LTE系統(tǒng)采用ALL-IN-IP組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，從而減少了系統(tǒng)時延，提升系統(tǒng)整體性能，改善用戶體驗。在控制面，從空閑模式到激活模式，用時小于100ms；從休眠模式到激活模式，用時小于50ms。在用戶面，最小時延可達到5ms。 在頻譜效率方面，采用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)，下行20M頻譜帶寬內(nèi)，峰值速率為100MB/S，頻譜效率達到5b/S/HZ。上行20M頻譜帶寬內(nèi)，峰值速率為50MB/S，頻譜效率達到2.5b/s/HZ。若采用多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)，速率更可成倍增長。 在抗干擾方面，由于采用OFDM技術(shù)，在實現(xiàn)高頻譜效率的同時，易于實現(xiàn)對多徑干擾的抑制。同時，小區(qū)問干擾消除(ICIC)技術(shù)的應(yīng)用使干擾信號變?yōu)橛杏眯盘�，可提升增益�?br /> LTE系統(tǒng)的卓越性能為鐵路通信業(yè)務(wù)的上層應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。  圖2 采用LTE后，列車上也可以實現(xiàn)上網(wǎng)沖浪 ３、平滑演進方式 從網(wǎng)絡(luò)長期運營和維護角度出發(fā)，隨著無線技術(shù)的迅猛發(fā)展，曾經(jīng)輝煌的GSM制式正在公眾網(wǎng)絡(luò)通信中漸漸淡出舞臺。以GSM為基礎(chǔ)的GSM-R系統(tǒng)的未來維護問題將日益嚴峻，對新功能需求的響應(yīng)能力也經(jīng)歷著急劇的弱化。因此，著眼于未來，平滑平穩(wěn)地實現(xiàn)過渡是日益迫切的問題。采用應(yīng)用于鐵路的LTE系統(tǒng)，鐵路專用無線通信系統(tǒng)可由GSM技術(shù)向LTE技術(shù)演進，各種業(yè)務(wù)可逐步過渡至LTE,以避免鐵路行業(yè)不得不面對GSM技術(shù)逐漸退出舞臺帶來的產(chǎn)業(yè)鏈萎縮、現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備業(yè)務(wù)難以維護的窘境。 在GSM-R向LTE演進過程中，要充分考慮過渡的平滑性，包括業(yè)務(wù)提供和投資收益的平滑過渡，在此推薦采取分階段進行的演進方案。初期，現(xiàn)有GSM-R系統(tǒng)和LTE系統(tǒng)并行，前者主要負責傳遞和列車運行安全緊密相關(guān)的列控業(yè)務(wù)等,LTE負責非安全數(shù)據(jù)相關(guān)的業(yè)務(wù)；后期，隨著LTE系統(tǒng)在建網(wǎng)和運營中經(jīng)驗的日益豐富，越來越多的業(yè)務(wù)會轉(zhuǎn)由LTE網(wǎng)絡(luò)承擔，直到最后全部業(yè)務(wù)都切換到LTE網(wǎng)絡(luò)。在上述解決方案中，包含先進的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件平臺，提供多模基站，從而保證系統(tǒng)后期演進主要通過軟件升級和模塊添加來完成，以便保護現(xiàn)有投資，完成最高投人產(chǎn)出比的平滑過渡。 ４、應(yīng)用實踐 在某鐵路建設(shè)項目中，已采用1.8G時分長期演進技術(shù)(TD-LTE)解決方案，完成40余公里覆蓋，包含15隧道覆蓋。可提供多機車牽引的同頻數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)度命令發(fā)布和功能號碼檢測等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，語音調(diào)度通信和視頻監(jiān)控信息傳遞業(yè)務(wù)。LTE系統(tǒng)扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、微小的傳輸時延、高帶寬高速率性能，使鐵路運輸充分利用通信系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率。 從GSM-R窄帶通信到LTE寬帶網(wǎng)絡(luò)，信息傳遞將更加準確、及時、全面。不斷發(fā)展的無線通信技術(shù)在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用，必將在優(yōu)化鐵路運能和旅客出行體驗上發(fā)揮更大的作用。 縮略語： GSM：Global System of Mobile communication 全球移動通信系統(tǒng) GSM-R：GSM for Rail 應(yīng)用于鐵路的GSM系統(tǒng) 3GPP：the 3rd Generation Partner Project 第三代合作伙伴項目 LTE：Long Term Evolution 長期演進技術(shù) TD-LTE：Time Division Long Term Evolution 時分長期演進技術(shù) CSD：Circuit Switched Data 電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交頻分復(fù)用技術(shù) ICIC：Inter-Cell Interference Coordination 小區(qū)間干擾消除技術(shù) UIC：國際鐵路聯(lián)盟 (中國集群通信網(wǎng) | 責任編輯：陳曉亮) |
