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LTE技术将取代GSM-R推动铁路通信发展

2017-01-05    郝小军

经济及科学技术的发展使得现今社会已经成为了信息化的社会,尤其是以4G为代表的移动互联技术使得人们可以在移动的过程中极为方便、快捷的获得所需要的信息及服务。铁路作为我国重要的陆上出行方式,由于无线通信系统建设的制约使得在高铁或是一些区段还仍然无法对客户提供优质的无线通信服务,存在着通话中断、掉线、通话质量差等等一系列的问题,为适应现今发展越来越迅速的信息通信需求,在铁路建设中应加强无线通信系统的应用及运行以便为用户提供优质的通信服务。

一  铁路通信对于无线通信系统所提出的要求

现今的社会是信息化的社会,随着我国铁路信息化及现代化建设的不断加速,对于铁路移动通信系统提出了以下要求:

(1)无线通信系统应当在网络结构、硬件设备以及软件算法等方面满足500km/h速度范围以内的列车通信需求。

(2)无线通信系统要能够实现无线列控方式,以便能够更好的对铁路列车的运行进行调度及高速列车运行中的与地面调度中心之间的庞大的数据信息双向传输。

(3)无线通信系统应当具有沿着铁路沿线的高速越区切换的能力。(4)无线通信系统应当能够将铁路沿线恶劣的自然环境对于铁路无线通信系统的影响降至最低。

(5)无线通信系统的可靠性及稳定性都应当较好以满足故障安全原则,相较于现今所使用的列控系统应当更为安全可靠。

铁路通信对于无线通信系统的需求是巨大的,因此对于无线通信系统在铁路通信中的应用,要求新一代的无线通信系统必须要提供一个综合的无线通信平台,且能够根据铁路各部门的需求提供虚拟的独立的专用的无线通信系统,以确保铁路调度的安全及快速。

二  无线通信系统在铁路通信中的应用及发展

2.1 GSM-R无线通信系统
GSM-R无线通信系统是一种应用于铁路通信中的综合专用数字移动通信系统,其主要以2G无线通信基础设施来实现对于区域内列车的高级语音呼叫服务,并在提供语音通信服务的同时承担了一定的列车调度服务。GSM-R无线通信系统可以在一定程度上成为铁路无线通信的承载体,承载列车调度、信号、集群通信和监控数据等的业务。GSM-R 无线通信系统是现今在铁路无线通信中应用最为广泛的系统,其基础服务能力继承于3GPP标准,其中3GPP标准主要采用的是以GSM核心网为根本的无线通信技术,其在应用之初就瞄准了铁路通信中对于无线通信的巨大需求,并在集合众多产业链并在不断的完善过程中使得3GPP标准成为了一项可靠而成熟的无线通信制式而在铁路通信调度中得到了广泛的应用。

GSM-R 无线通信系统中的基础功能模块主要由交换系统、基站系统、运维系统以及终端系统和智能网络系统等组成。GSM-R无线通信系统在现今的运用中也面临着一些挑战,随着移动通信网络经历了由2G到3G再到4G移动通信网络的巨大变革,从而使得铁路通信面临着巨大的挑战和庞大的先进无线通信的需求。现今铁路通信对于无线通信系统的需求已经从原先最基本的信号稳定、沿途覆盖等功能从而向着能够满足铁路通信系统不断发展的通信需求变化进行转变。在这一过程中,GSM-R无线通信系统也逐渐暴露出来了一些技术的局限性。随着技术的发展目前业界对于今后铁路通信系统中的无线通信系统都形成了统一的共识,认为今后铁路无线通信系统的技术必将向着 4GLTE 的方向发展,长期演进是3GPP系统长期演进的概括描述,通过使用正交频分复用技术和单载波分多址技术来作为发展 4G 无线通信系统的基础。

2.2 LTE 技术
LTE 技术标准主要采用的是ALL-IN-IP的无线组网架构以及扁平化的无线网络结构,从而使得无线通信系统的延时大为降低,从而使得无线通信系统的网络通信性能得到了整体性的提高,从而使得不论是在用户无线通信使用感官体验方面还是在控制层面,使用LTE 技术能够使得无线通信从空闲模式到激活模式这一模式切换的时间控制在100ms的范围以内,而将无线通信从休眠模式向激活模式切换的时间控制在50ms的时间范围以内,在用户的使用体验中最小延时极小,从而使得用户能够在高速行驶的列车中得到较为良好的无线通信服务,用户无线通信使用感官大为提高。LTE 技术在频谱效率方面也有着极大的提高,由于采用的是正交频分复用技术,从而使得无线通信的频谱效率得到了极大的提高,采用多人多出技术后带来速率的成倍数增长。

此外,使用 LTE 技术也使得铁路无线通信的抗干扰的能力有了较大的提高,通过在铁路无线通信中采用OFDM技术,可以使得无线通信在保持高频谱效率的前提下能够更好的实现对于多径干扰进行抑制,并通过使用小区干扰协调技术将原先的干扰信号向有用无线通信信号进行转变。

上述LTE 技术的优秀特性使得 LTE 技术成为了今后铁路无线通信技术的重要的基础也为众多信息化应用提供了良好的保障。LTE技术在铁路无线通信系统的应用中需要满足能够对现今铁路无线通信信息业务的全包容,能够实现对现今所使用的基本的语音沟通直至到满足对于图像和视频流等的传输,其传输速率也将由原先的 kb/s 上升至 Gb/s,而使用传统的GSM-R技术由于基础的限制使得其远远无法满足这一通信需求。通过使用 LTE 技术则可以满足这一通信需求。

通过使用 LTE 技术使得铁路无线通信的信息带宽得到了极大的提高,从而可以实现在列车中提供无线带宽的增值通信服务,比如说 可以在各节车厢中加装列车视频监控并通过使用无线通信来对视频监控的视频进行传输,以使得列车乘务员和地面调度人员都能够对行驶中的列车车厢中的状态进行监控,并通过与地面调度人员的协同工作实现对于列车车厢中的突发状况进行及时的响应,并能够通过现场情况的回溯来进行决策举证,通过无线通信技术的发展提高了铁路无线通信系统对于语音、视频图像的传输能力从而使得铁路运行能够更为安全、高效。

同时,铁路无线通信能力的提升可以使得铁路部门能够为列车中的乘客提供更多的常规化的增值服务,无线通信能力的增加可以使得能够通过车厢内的视频为旅客提供实时交通路况、列车编次以及沿途天气等的一系列的增值信息服务,从而使得铁路旅客能够更为方便的出行。

因此,LTE 技术是未来取代GSM-R技术新一代无线通信技术,同时 LTE 技术还有着更大的潜力能够挖掘,由于其技术在设计中所具有的无线移动切换能力和带宽稳定的特征使得 LTE 技术能够以百兆的带宽来实现对于铁路无线通信的接入,随着技术的不断进步与完善,LTE技术将有着更为广阔的技术应用前景。

三  结束语

铁路是我国重要的陆上交通运输方式,随着技术的发展使得铁路无线通信系统中的技术也得到了极大的提高,传统的GSM-R通信技术在越来越大的数据通信需求面前也显得越来越力不从心,因此,以 LTE 技术为代表的新一代的铁路无线通信技术的应用使得铁路无线通信能力的提高成为可能。本文在分析铁路无线通信技术特点的基础上对现今所使用的GSM-R技术及LTE技术的应用进行了对比。(作者单位:中国神华神朔铁路分公司)

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