铁路新一代移动通信的挑战与思考9篇

铁路新一代移动通信的挑战与思考9篇铁路新一代移动通信的挑战与思考　文章编号：　１００９４５３９（２０２１）　０３００２９０５收稿日期：　２０２０１２２３基金项目：　中铁第五勘察设计院集团有限公司科技研下面是小编为大家整理的铁路新一代移动通信的挑战与思考9篇,供大家参考。

篇一：铁路新一代移动通信的挑战与思考

编号：

　１００９ ４５３９ （ ２０２１ ）

　０３ ００２９ ０５收稿日期：

　２０２０ １２ ２３基金项目：

　中铁第五勘察设计院集团有限公司科技研发计划项目（ Ｔ５Ｙ２０２０Ｂ１０ ）作者简介：

　王子渊（ １９８１ —），男，湖北武汉人，高级工程师，主要从事铁路通信、信息技术研究； Ｅｍａｉｌ ：

　２４８８４３４３１＠ ｑｑ． ｃｏｍ５Ｇ 移动通信在智能铁路中的方案分析王子渊（中铁第五勘察设计院集团有限公司 　 北京 　 １０２６００ ）摘 　 要：面对铁路智能化和未来演进，现有的移动通信技术不能满足智能铁路大容量数据传输，铁路亟需新一代移动通信支撑。

　５Ｇ 技术可全面推进铁路通信技术换代升级，但对于数量庞大、高速移动用户，时速 ３５０ ｋｍ 上行多普勒频偏高于 ２ ｋＨｚ ，如不能有效预估并补偿，系统解调性能会严重恶化。针对 ５Ｇ 移动通信在智能铁路的应用中面临的问题，分析其业务指标；提出了智能铁路 ５Ｇ 移动通信整体架构；并对区间、隧道、室内覆盖组网进行了规划，描述了多普勒频偏原理并给出了频偏补偿方法，这可为实现智能铁路提供技术支持。关键词：智能铁路 　 ５Ｇ 移动通信 　 多普勒频偏 　 频偏补偿 　 业务指标中图分类号：

　Ｕ２８５ ； ＴＮ９２９．５　 　 文献标识码：

　Ａ　 　 ＤＯＩ ：

　１０． ３９６９／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００９４５３９． ２０２１． ０３． ００８Ｓｃｈｅｍｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ５Ｇ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ＲａｉｌｗａｙＷＡＮＧ Ｚｉｙｕａｎ（ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｆｉｆｔｈ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ． Ｌｔｄ． ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２６００ ， Ｃｈｉｎａ ）Ａｂｓｔｒａｃｔ ：

　Ｉｎ ｔｈｅ ｆａｃｅ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ， ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｒａｉｌｗａｙ ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ ｎｅｅｄｓ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ． ５Ｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ ， ｆｏｒ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｍｏｂｉｌｅ ｕｓｅｒｓ ， ｔｈｅ ｕｐｌｉｎｋｉｎｇ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｆｓｅｔ ａｔ ａ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ３５０ ｋｍ／ ｈ ｉｓｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ２ ｋＨｚ． Ｉｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ， ｔｈｅ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ． Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｆａｃｅｄ ｂｙ ５Ｇ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｒａｉｌｗａｙ ， ｉｔｓ ＫＰＩ （ Ｋｅｙ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ）

　ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ５Ｇ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｒａｉｌｗａｙ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ， ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｉｎｔｅｒｖａｌ ， ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｉｎｄｏｏｒ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｉｓ ｐｌａｎｎｅｄ． Ａ ｂｒｉｅｆ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｏｆｓｏｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｉｎ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｈｉｆｔ ａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｒａｉｌｗａｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ：

　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｒａｉｌｗａｙ ； ５ｔｈＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ ； Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｈｉｆｔ ； ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｆｓｅｔ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ； ＫＰＩ１　 引言移动通信深刻地改善了铁路业务交互方式，其核心为泛在智能基础设施与实体经济深度融合、新旧动能转换、助力高质量发展打下了坚实基础。

　５Ｇ 网络在频谱、空口和网络架构上制订了跨代的全新标准，为铁路进一步与“ ５Ｇ ”信息时代融合做好了准备。智能高铁已成为当前世界高速铁路发展的重要方向 ［１ ］ ，５Ｇ 移动通信则是需要优先满足的基础需求，智能铁路主要利用增强型移动宽带（ ｅＭＢＢ ）提升铁路旅客服务业务；大规模机器类通信（ ｍＭＴＣ ）提升线路沿线传感器接入数量和能效；高可靠低时延通信（ ｕＲＬＬＣ ）则体现在设计建造过程中，以及远程监控及人车交互方面应用。铁路迈入 ５Ｇ 时代，带来的是智能化、数字化的飞速发展 ［２ ］ 。研究满足铁路业务的大带宽、全覆盖需求，９ ２ 铁道建筑技术 　 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　 ２０２１ （ ０３ ）

　王子渊：

　５Ｇ 移动通信在智能铁路中的方案分析进一步提升铁路移动通信系统性能是十分必要的。２　 智能铁路 ５Ｇ 移动通信面临的问题截止到七月底，有 ７ 万 ｋｍ 货运既有线仍然在使用老旧的 ４５０ ＭＨｚ 模拟无线列调通信系统，频段即将被国家收回。全球第二代 ＧＳＭ 连接数迅速降低，总连接数将由 １９ 亿降至 ４ 亿，不足 ＬＴＥ 的十分之一。

　２／３ Ｇ 网络已逐步退网，终端芯片、基站芯片逐渐减少， ＧＳＭＲ （ ９００ ＭＨｚ ）产品生命周期也进入末期。移动业务与通信网络是相互促进的，铁路现有的移动通信技术面对大规模设备终端接入开始显现不足：干扰问题、容量受限、无法承载多媒体等新业务，不能满足智能铁路大容量数据传输。铁路的发展是一个动态的过程，它需要贴合时代的脉搏及时更新服务的质量，上一代通信网络吞吐量显然无法实现“万物互联”［ ３ －４ ］ 。用户终端（ＵＥ ）数量激增，铁路场景又是个相对复杂的带状场景，加之行车速快等特点，多普勒频偏更大、切换更频繁，导致ＯＦＤＭ 符号内和符号间干扰，接收方无法解调出发送方数据，最严重可造成 ＵＥ 无法接入网络，影响边缘用户的感知，高速铁路的 ５Ｇ 覆盖面临严峻挑战。３　 智能铁路 ５Ｇ 移动通信的业务指标分析５Ｇ 的覆盖应统筹考虑现有频率资源和站址资源 ［５ ］ ，智能铁路对大容量实时通信传输数据、边缘计算吞吐量以及网络性能指标有着更高要求。３．１　 业务吞吐量吞吐率使用传输块大小（ ＴＢＳ ）来计算。传输块大小是指在每个传输时间间隔（ ＴＴＩ ）内，一个子帧所传输比特数。

　ＴＢＳ 由分配给用户设备的资源块数量，以及所使用的调制和编码方案（ ＭＣＳ ）决定。本文结合某线路实际数据吞吐量并补充其他业务作量为分析样本。按列车追踪间隔 １０ ｍｉｎ 、时速 ８０ ｋｍ计算，则列车最小间隔距离为 １３ ｋｍ 。该线路考虑未来预留按列车双向对开设计。以小区覆盖半径４ ｋｍ 计算，则双线铁路一个区间基站覆盖范围内最多同时有两列通过列车，每列由四个机车和一个列尾组成，可得各业务用户数。计算边缘吞吐量为上、下行 ≥１９０ ｋＢ／ ｓ ；未来本业务需求可计算边缘吞吐量为上、下行 ≥６ ６００ ｋＢ／ ｓ 。其货运、客运业务吞吐量见表 １ 。表 １　 业务吞吐量序号业务名称分项上行带宽 ／（ ｋＢ · ｓ －１ ）下行带宽 ／（ ｋＢ · ｓ －１ ）用户数合计上行带宽合计 ／（ ｋＢ · ｓ －１ ）下行带宽合计 ／（ ｋＢ · ｓ －１ ）备注１ 调度通信 ３２ ３２ ２ ６４ ６４２ 调度命令 ２ ４ ２ ４ ８３ 车次号校核 ４ ０ ２ ８ ０４机车同步操控２０ ２０ ８ １６０ １６０５货物可控列车列尾系统信息传送１６ １６ ２ ３２ ３２小计 １８８ １８４货运６ 调度通信 １２８ １２８ ４ ２５６ ２５６７ 调度命令 ６４ ６４ ２ １２８ １２８８ 车次号校核 ３２ ０ ２ ６４ １２８９机车同步操控６０ ６０ ８ ３６０ ３６０１０ ＰＩＳ 系统 １ ０２４ １ ０２４ ５２０ ５ １２０ ５ １２０１１列尾系统信息传送２５６ ２５６ ２ ５１２ ５１２小计 ６ ４４０ ６ ５０４客运　 　 考虑到未来智能化发展，无线通信系统还需承载列车安全防护报警、视频上车、电务车载设备综合监测、 ＬＫＪ 监测系统、 ６ Ａ 监测数据、多媒体调度等辅助业务，平均吞吐量按满足铁路无线通信中未来部分实时性数据的业务的需求。可计算平均吞吐量为：上、下行 ≥６０ Ｍｂｉｔ／ ｓ 。峰值吞吐量按货运作业区存在视频数据传送计算，可估算峰值吞吐量为：上行 ≥１５ Ｍｂｉｔ／ ｓ ，下行 ≥１５ Ｍｂｉｔ／ ｓ 。按客运作业区存在 ＰＩＳ 、视频数据传送计算，可估算峰值吞吐量为：下行边缘速率 ２０ Ｍｂｐｓ ，上行边缘速率 ３０ Ｍｂｐｓ 。５Ｇ 支持下行链路和上行链路中使用载波聚合技术，子载波数量多达 ８ 个，每个分量载波的吞吐率可达 ６６３． ９２ Ｍｂｐｓ 。如使用 ８ 个分量载波，则每个用户设备的吞吐量为 ６３３． ９２ Ｍｂｐｓ ×８ ＝５． ３ Ｇｂｐｓ ，网络边缘速率至少达 １００ Ｍｂｐｓ 以上，完全满足新增业务容量指标。３．２　 网络性能５Ｇ 移动通信高频段的频谱资源将被应用得更为广泛多点、多天线、多用户相互协作，虽然会受到无线电波穿透能力限制，但不影响无线组网、有线与无线宽带技术的融合。采取多 ＲＲＵ 共小区覆盖，可提高关键性能指标 ＫＰＩ ，见表 ２ 。０ ３ 铁道建筑技术 　 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　 ２０２１ （ ０３ ）

　王子渊：

　５Ｇ 移动通信在智能铁路中的方案分析表 ２　 性能指标 ＫＰＩ业务名称 ＫＰＩ网络覆盖指标ＲＳＲＰ ＞ －１０５ ｄＢｍＲＳＳＩＮＲ ≥ ０ ｄＢ （ ９５％ ）网络注册时延≤１０ ｓ （ ９５％ ）≤１２ ｓ （ １００％ ）移动台发起的连接建立时延 ＜２００ ｍｓ （ ９５％ ）连接建立失败率 ＜１％最大端到端传输时延 ＜１００ ｍｓ （ ９９％ ）连接丢失率 ≤１０－２ ／ ｈ越区切换成功率 ≥９９． ５％吞吐量峰值：

　≥１５ ｂｉｔ／ ｓ （上行 ＋ 下行）均值：

　≥５ Ｍｂｉｔ／ ｓ （上行 ＋ 下行）边缘 ≥１５ Ｍｂｉｔ／ ｓ （上行）边缘 ≥２０ Ｍｂｉｔ／ ｓ （下行）丢包率 ０． １％４　 智能铁路 ５Ｇ 移动通信方案及措施由于现有移动网络架构规划瓶颈，造成了深度覆盖不足，加剧了边缘效应，需要细化分析实现优化覆盖。４．１　 系统整体架构设计的系统总体结构由核心网（ ５ＧＣ ）、无线接入网（ ＲＡＮ ）、运行维护与其他系统支撑及应用业务系统等构成，如图 １ 所示。４．２　 无线覆盖方案及措施４．２．１　 区间覆盖沿线基站为保证通话和网络连接不间断，通信系统需每隔 ６ ｓ 自动切换一次 ［６ ］ ，如果高铁覆盖的切换带宽或参数设置不合理，将导致掉线等网络问题。图 １　 ５Ｇ 专网移动通信系统架构　　 图 ２　 终端通过　 ｅＮｏｄｅＢ 正负变化　 　 高速适应性：时速 ３５０ ｋｍ 高铁，上行多普勒频偏高于 ２ ｋＨｚ ， ５Ｇ 采用更高频段，多普勒频偏随之加大。多普勒频偏随车速变化规律见表 ３ 。车载终端和基站接收端信号频率发生变化如图２ 所示。表 ３　 上行最大多普勒频偏 Ｈｚ时速 ／ ｋｍ ９００ Ｍ ２．１ Ｇ ２．６ Ｇ ３．５ Ｇ１２０ ２００ ４６７ ５７８ ７７８１６０ ２６７ ６２２ ７７１ １ ０３７２００ ３３３ ７７８ ９６３ １ ２９７２５０ ４１７ ９７２ １ ２０４ １ ６２１３００ ５８３ １ ３６１ １ ６８６ ２ ２６９３５０ １ １６７ １ ６８５ ２ ３３３１ ３ 铁道建筑技术 　 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　 ２０２１ （ ０３ ）

　王子渊：

　５Ｇ 移动通信在智能铁路中的方案分析　 　 ｆ ｄ ＝ ｆ ０ ｃｏｓ θ × ｖ／ ｃ （ １ ）式中， θ 为车载移动端相对沿线基站移动方向与基站入射波方向角度； ｖ 为移动设备平移速度（ ｋｍ／ ｈ ）；ｆ ０ 为基站发射功率；光速 ｃ ＝３ ×１０ ８ ｍ／ ｓ 。列车移动方向和 ｃ 传播方向相同时，多普勒频偏为正；列车终端远离基站方向移动时，频率为负。根据式（ １ ）频偏约等于 ６４８ ｃｏｓ θ Ｈｚ ，所以车载终端相对线位一侧基站运行的速度越快，频偏也就越大，导致下行信号接收性能下降 ［７ ］ 。采用５Ｇ ＮＲ不仅支持小于 ３ ＧＨｚ 的频段，而且支持毫米波频段，很好地解决了 ＤＣ 子载波受干扰和本地晶振偏差，可使用 ＤＣ 子载波用户数据或者控制信号传输，但仍需容忍在高速移动场合下性能的下降。切换频繁：多普勒频偏是影响高铁覆盖链路性能的主要因素。铁路通信系统中采用 ＯＦＤＭ 多为多载波系统，虽然可以最大限度地利用频谱资源，但易受频偏的影响发射和接收的频率不一致，导致子载波之间正交性遭到破坏，使整个通信系统性能恶化严重 ［８ ］ ，切换频繁吞吐量下降明显。链路损耗严重：带状长距离移动通信中，从基站到车载终端的链路损耗体现在空间传播损耗和车体穿透损耗，见式（ ２ ）。［ Ｌ ｆｓ ］ ＝３２． ４４ ＋２０ｌｇ ｆ ＋２０ｌｇ ｄ （ ２ ）式中， ｆ 为载波频率； ｄ 为基站与车载终端距离； Ｌ ｆｓ为直射波损耗，距离越远，功率衰减越大。目前 ４ Ｇ 郊区部署密度约 １． ５ ｋｍ／ 座，空旷地带５ ｋｍ／ 座。

　５Ｇ 基站覆盖市区区域则大概需要 ３００ ｍ／座，市郊大概 ０． ５ ～ １ ｋｍ／ 座，空旷地带需要 １． ５ ～２ ５ ｋｍ／ 座。高频段将产生更高损耗 ［９ ］ ，由于频率平方与传播损耗成反比关系， ５Ｇ 频率更高，衰减较 ＬＴＥ 更为严重，不同频段链路损耗差异如图 ３ 所示。图 ３　 频谱划分比较　　 　 频偏若不能有效预估并补偿，系统解调性能会严重恶化。为了兼顾车载设备分辨度和节约频谱资源，往往需要选取一个调制指数来确定原始信号和频率偏移之间的关系。通过降低载波频偏带来的影响，可利用分段取绝对值，将数据辅助的同步算法中互相关运算分成 ｘ 段，在 ｉ ＝０ 时，则度量为：Ｍ ａｂｓ （ ０ ）

　＝ ∑ｘ－１ｊ－１∑Ｉ／ ｘ－１ｉ ＝０ｓ （ ｉ ）

　２ ｅｋ２πεｉＩ＋ Ｗｉｘ＝２ｘ ∑ｉｘ－１ｉ ＝０ｃｏｓ （２ｉπεＩ）

　＋ Ｗｉｘ≈ βＩ ＋ Ｗ″ （ ３ ）　 　 式（ ３ ）中，在 ε／ ｘ ＜ ０． ５ 时，展开近似为频偏衰减系数 β ＝１ － π ２ ε ２ ／６ｘ ２ 。频偏随着 ｘ 的数量增加而减小。物理措施则采取链式小区连续覆盖；采用 ＢＢＵ ＋ＲＲＵ 或 ＣＵ ＋ ＤＵ ＋ ＲＵ 分布式基站，单抱杆双 ＲＲＵ背靠背方式：每个抱杆上放置两个 ４ 通道 ／８ 通道的ＲＲＵ ，每个 ＲＲＵ 连接一个双极化的定向高增益天线。基站 ｅＮｏｄｅＢ 采用分布式基带处理单元（ ＢＢＵ室内）

　＋ 射频拉远单元（ ＲＲＵ ）的环型组网方式。无线覆盖方式可采用冗余覆盖方式和普通单网覆盖方式两种。本研究 ＲＡＮ 推荐采用冗余覆盖方式，区间 ＣＵ＋ ＤＵ ＋ ＲＲＵ 组网方式。

　ＣＵ 部署于车站，区间部署ＤＵ 和 ＲＲＵ 。

　ＣＵ 、 ＤＵ 可以采取分离或合设的方式，不同实体之间的连接来实现前传、中传、回传，单 ＣＵ可带不少于 ４ 个 ＤＵ ，单 ＤＵ 可带不少于 ４８ 个 ＲＲＵ ；ＣＵ 与 ＤＵ 间光纤拉远距离不宜超过 １００ ｋｍ ； ＤＵ 与ＲＲＵ 间光纤拉远距离不宜超过 １５ ｋｍ 。根据铁路带状小区特点，冗余机制：（ １ ）

　ＣＵ 采用云化部署，可同站址或异站址冗余；（ ２ ）

　ＣＵ 与 ＤＵ 间采用星型连接；（ ３ ）

　ＤＵ 与 ＲＲＵ 采用星型、链型或环型组网；（ ４ ）

　ＤＵ和 ＲＲＵ 支持板卡冗余或整机冗余。５Ｇ 大规模 ＭＩＭＯ 技术需要采用大量的、甚至多达上百个天线阵子单元，需要提供有较大的天线安装空间 ［１０ ］ ，因此采用分布式协作ＭＩＭＯ ：站间距 １．５ ｋｍ ，实现交织冗余。多径增益，消除多径干扰，如图 ４所示。２ ３ 铁道建筑技术 　 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　 ２０２１ （ ０３ ）

　王子渊：

　５Ｇ 移动通信在智能铁路中的方案分析图 ４　 区间覆盖　子载波间隔越小，对应的 ＣＰ 长度就越大，支持的小区覆盖半径也就越大。基站与车载无线路由终端（ ＣＰＥ ）均采用 ８Ｔ８Ｒ （对应 Ｎ７８ 、 Ｎ４１ 频段），结合 ５Ｇ 特色信道及波束扫描等技术增强覆盖，相较２Ｔ２Ｒ 覆盖提升 ３０％ ；基站发射功率 ８ × ４０ Ｗ ， ＣＰＥ总发射功率 ８ Ｗ ，覆盖距离可达 １． ５ ｋｍ （基站天线高 ３５ ｍ ， ３ ＧＰＰ 郊区模型）。非列控区段的站间距３ ｋｍ 覆盖重叠区大于 ５００ ｍ ，可满足切换要求。如图 ５ 所示。图 ５　 基站与车载无线路由终端　利用 ５Ｇ 大带宽高速率实现系统驾驶舱与列车行驶视频画面精准可视，提升重点运输定位与追踪的精准度 ［１１ ］ ，有利于行车安全超视距。如图６ 所示。图 ６　 视频上车　将视距外的路况通过 ５Ｇ 网络实时回传到司机室，为司机提供“千里眼”。同时将前方的安全告警视频实时上车，并给出预视提示，便于司机及时做出应急决策和处理措施。４．２．２　 隧道覆盖铁路隧道场景是移动通信网络部署中的重要一环，其结构封闭并且高度、宽度、洞体材料及车体穿透损耗等方面存在巨大差异，长隧道无法布放天线，采用在高于车顶天线位置布放漏缆，隧道出口处增加洞顶天线 ／ 场坪天线，解决隧道口处电平突变问题；短隧道，采用定向天线。由于频段范围进一步提高，传统的漏缆难以支撑 ３． ５ ＧＨｚ ５Ｇ 系统的需求，这也给 ５Ｇ 隧道覆盖带来了巨大的挑战。

　３ ＧＨｚ 频段下 ５Ｇ 网络需要新建一套支持新频段的 ５／４＂ 泄漏电缆和新型 ８Ｔ８Ｒ 贴壁天线系统，但能否沿用每洞室布置一套 ５ＧＲＲＵ 设备方式，仍需要进行相应测算 ［１２ ］ 。根据《高速铁路设计规范》（ ＴＢ １０６２１ — ２０１４ ）

　８． ４． ４ 条规定，隧道长度大于 ５００ ｍ 时，应在洞内设置余长电缆腔。余长电缆腔应沿隧道两侧交错布置，如图 ７ 所示。每侧间距宜为 ５００ ｍ 。余长电缆腔可与专用洞室结合设置。短隧道采用 ＲＲＵ ＋ 天线； ＲＲＵ 支持环型、星型以及链型组网方式。图 ７　 隧道覆盖　４．２．３　 室内覆盖站房内终端数量多，容量需求成指数级增长，可在 ５Ｇ 网络内部署多个 Ｓｍａｌｌｃｅｌｌｓ 来解决网络容量需求，通过在站房合理布设多 ＲＲＵ ，使用协同技术组成分布 ＭＩＭＯ ；小型车站则可用 ８ 通道 ＲＲＵ 进行覆盖，避免出现在 ＲＲＵ 共小区的边缘，即尽量保障小型车站在共小区的中部。利用室内环境易于部署的优势，可部署多个微功率、少量天线的 ｐＲＲＵ ，形成分布式 ＭＩＭＯ （如 ８Ｔ８ＲＲＲＵ 或更高），提升容量，服务更多用户，如图 ８ 所示。图 ８　 室内覆盖（下转第 ４３ 页）３ ３ 铁道建筑技术 　 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　 ２０２１ （ ０３ ）

　李建军：地铁车站综合支吊架结构设计要点（ ６ ）

　１５０ ｍｍ 厚轨顶风道平板下挂支吊架时结构设计需注意的要点：采用自攻锚栓，充分考虑到负风压等动力荷载，对轨顶风道相关构件及节点进行验算。参考文献［ １ ］ 　 朱丹 ． 城市轨道交通工程概论［ Ｍ ］ ． 北京：人民交通出版社， ２０１２ ：

　４ －５．［ ２ ］ 　 王琦，梅棋，张世勇，等 ． 北京地铁 １０ 号线一期工程车站管线综合吊架设计与应用［ Ｊ ］ ． 铁道标准设计， ２００８（ １２ ）：

　５２ －５４．［ ３ ］ 　 杨彦 ． 地铁管线综合吊架优化设计及安装技术［ Ｊ ］ ． 铁道建筑技术， ２０１３ （ Ｓ１ ）：

　２５３ －２５６．［ ４ ］ 　 冯强 ． 综合支吊架系统在轨道交通车站工程中的应用［ Ｊ ］ ． 建筑施工， ２０１３ （ ６ ）：

　５４３ －５４４．［ ５ ］ 　 冯成刚 ． 浅谈综合支吊架在大型机电工程中的应用［ Ｊ ］ ． 信息系统工程， ２０１４ （ ４ ）：

　８４ －８５．［ ６ ］ 　 祝强文 ． 地铁车站管线综合设计优化［ Ｊ ］ ． 有色冶金设计与研究， ２０１５ ， ３６ （ ６ ）：

　５５ －５６ ， ６３．［ ７ ］ 　 李虎军 ． 地铁车站机电工程综合支吊架系统现状问题分析［ Ｊ ］ ． 现代城市轨道交通， ２０１８ （ ５ ）：

　４５ －４７．［ ８ ］ 　 卢炯平 ． 基于 ＢＩＭ 的地铁车站管线综合支吊架施工技术［ Ｊ ］ ． 城市住宅， ２０１９ （ ７ ）：

　２８ －３０．［ ９ ］ 　 薛成林 ． 基于施工问题谈桥架...

篇二：铁路新一代移动通信的挑战与思考

3 NEW BUSlNESS WEEKLYTheoretical exploration

　 理论探索浅析 4G 移动通信在铁路信息传输中的应用文 / 叶建军，广西壮族自治区通信产业服务有限公司贵港分公司文章摘要：最近几年，我国的移动通信技术飞速发展，间接促进了我国铁路的移动通讯信息应用，铁路的信息传输速度正在不断加快，铁路的通信安全得到了保障，服务质量也在稳步提升。在当前 4G 移动通信被广泛应用，大量普及的时代，我们如何才能将这一技术快速安全的运用到铁路的信息传输系统中。本文将围绕这一主题，简单进行了分析。关键词：4G 移动通信技术；铁路信息传输；应用探索移动通信已经覆盖了所有的行政区块，构建了一个非常庞大的无线通信网络，走在哪里几乎都可以接受到无线信号，另一方面，因为数据传输极其快速，被誉为机器之间的“高速对话”，这为铁路信息传输的应用提供了良好的基础。1 4G 移动通信技术1.1 4G 移动通信技术的现状我国移动通信经历了相当长一段时间的 2G 时代，很快又度过了 3G 稳定在了 4G 通信时代。直至现在，4G 移动通信技术应经被广泛的应用起来，是现今传输速度最快的移动通信技术。4G 移动通信技术又称为 TD － LTE 技术，是在 TD － SCDMA 的基础上提出来的，传输数据、高质量音频、图像、视频时都非常的快速，能够适应移动数据、计算及多媒体数据传输高速的需要。1.2 4G 移动通信技术的优点1.2.1 4G 移动通信技术在传输速度上，可以达到百兆，比目前的家用宽带快 25 倍，进一步的在移动计算、云计算、分布式计算方面为智能手机的进步做出了发展，方便人们的生活、学习和工作。1.2.2 4G 移动通信技术能够大幅度的降低峰均比，降低终端的发射功率，从而延长智能产品的使用寿命，节约资源。1.2.3 4G 移动通信技术能够更好地实现数据的融合，降低系统的设计难度，保持与国外信息传输制式的一致。1.2.4 4G 移动通信技术能够保证数据传输的性能，具有很强的适用性，在不同的功率之间自由的切换，减少各个通信区块的干扰。2 4G 移动通信的应用2.1 铁路系统的管理2.1.1 铁路专网。近几年来，中国铁路更新换代的速度正在加快，由此而来的是消费者对铁路服务提出的更高的标准。这要求了我们必须要保证铁路信息传输的实时性、准确性和安全性，因此，构建铁路专网势在必行。铁路信息传输引入移动 4G 通信，利用高速的无线网络的传输技术构建铁路专网，借助无处不在的 4G 无线网络信号，将乘客需要的信息及时上传，发布，让用户了解到第一手的铁路运行的数据，帮助乘客做出及时地选择。2.1.2 集群通信技术。为了保证铁路调度指挥、应急抢险场合能够顺利进行，不因为通信频率分配是否合理而耽误险情，相关的技术人员研发了一种具有群呼、组呼、强插、强拆特点的专业移动通信系统，它主要是由通信技术与微处理机技术、程控交换技术、计算机网络技术结合产生。备受专业运营管理部门的青睐，并且被确定为现行铁路移动通讯的首选。但是它现在还有不少的缺点，如因为是动态频率，保密性不能够保证，列车与调度之间的双向的数据信息传递有是真的情况，总体来说，不适合要求较高的数据通信场合。2.1.3 铁路专用通信系统。GSM － R 技术是基于无线移动技术开发出来的专门用于调度、站内、施工养路、应急、公安、战备、数据业务集一体的铁路专用系统。由一个主系统并四个子系统串联起来。通过无线通信技术以及直放站相结合的方式使铁路的各个部门可以实现信息共享。2.2 乘客的通信需求随着现代经济的发展，人们对于网络的需求越发强烈，在列车上，在火车上，人们时时刻刻都离不开移动通信网络。列车具有高速移动，密闭的特点，因此移动信号处于一个高速切换的状态，因此，在铁路信息传输的过程中，如果要满足乘客的通信需求，需要有以下几大条件：2.2.1 车厢独立天馈覆盖4G 移动通信网络，采用同时分工，上下传输的数据传输方式，这样不但可以降低天馈的成本，提高使用寿命，还可以缩小安装空间。上行、下行的数据传输链路天馈包含两种方式，共用和独立。共用天馈时，数据传输是在一种线路上上下传输，独立天馈传输时，上下行数据链路就会将数据传输网络隔离成不同的空间。各个空间互不影响，不但提高了数据的传输速度，也有效地提升了数据传输的抗干扰的能力，因此铁路上多采用独立的天馈覆盖模式。2.2.2 封闭环境定向覆盖一般而言，在考虑到造价、环境影响、是否有实施可能等因素时，站台、铁路运营层等铁路公共场所，多采用吸顶天线设备接收以及发送无线信号。因为隧道地方狭长密闭，当铁路穿过是常规的无线辐射信号覆盖较弱，因此常采用定向天线的覆盖形式，提高 4G移动信号的传输能力，也会选择在隧道壁上安装同轴电缆，这样安装，提供的信号就是比较均匀的、密集的。确保乘客在使用的过程中数据传输能够顺畅。2.2.3 公共环境分区覆盖 铁路的范围较大，环境密闭，为了 4G 移动通信信号能够在传输的过程中安全可靠，我们经常采取分区式的无线信号覆盖的方法。把临近的范围划区覆盖，尽量的减少信号切换的频率，式信号传输的速度更快，也更加安全。一般来说，一个停靠站基本上就是一个区，越远离停靠站，信号较弱，信息传输越不安全。3 结束语在当下，铁路是相对最为方便的交通工具，高速、高效是它的特点，因而对于在铁路上应用 4G 移动通信网络，是一个技术性的问题。但是随着市场的需求加大，为乘客提供更好的用网体验，我们的技术人员将更加努力。【参考文献】[1] 彭登科 .4G 移动通信在铁路信息传输中的应用 [J]. 数字通信世界 ,2016(12).[2] 田向东 , 王涛 . 对 4G 移动通信技术应用与发展探讨 [J]. 通讯世界 ,2017(5):91-92. [3] 张玉龙 , 李志峰 , 赵勋 . 对 4G 移动通信技术应用与发展的展望 [J]. 信息通信 ,2013(1):226-226.[4] 孙梅 , 石志磊 . 移动信息化在铁路行业生产管理的设计与实现 [J]. 内蒙古科技与经济 ,2013(1):64-65.万方数据

篇三：铁路新一代移动通信的挑战与思考

移动通信在铁路通信系统中的应用 探讨移动通信在铁路通信系统中的应用

　 【摘要】

　地域间进行的经济交流、 人员运输都离不开铁路， 它在交通运输整个系统中拥有重要的地位， 而对于铁路列车来说， 具有高速、 高效的特性， 因而对于移动通信这样的通信网建设来说， 如何将移动通信在铁路通信中得到良好的应用是一大问题。

　本篇文章主要是将结合我国的铁路通信系统的建设， 根据铁路通信行业中的移动通信的发展现状， 通过对铁路移动通信的整体把握分析， 架构适合建设发展的铁路移动通信体系， 提出相应的建设策略， 让铁路通信的调控变得更加灵活方便， 为今后的铁路通信的快速发展奠定坚实的基础。

　【关键词】

　铁路通信移动通信应用发展

　近些年来， 对全世界的铁路运输进行不断地整合， 与此同时还不断地将新技术运用于实际中的铁路通信系统中来， 移动通信的操作来说， 逐渐意识到它在铁路通信系统在必要时的重要性， 人们必须只有在平时建立完善铁路通信系统体系， 灵活应用安全、 畅通的移动通信，使铁路通信更加安全， 更加有助于保障铁路运输的通畅， 这样不仅仅是有效的保证了铁路通信基本要求， 还能在紧急关头发挥铁路通畅无阻的作用， 有效的提升了公共事件的处理能力， 降低人民生命和财产的损失量。

　对着现代化的铁路建设发展， 铁路的通信系统有一次得到了更高的发展要求。

　由于现行的移动通讯具有数据通信部分， 可以由无线进行系统调控， 集群的移动通信系统仅进行区间通信， 并留有调度电话进入的余地和接入公用通信网的功能。

　对于铁路移动通信与铁路运输来说， 这是契机更是一种铁路通信系统的良好升级， 这与二者密不可分， 随着铁路发展的不断完善， 让移动通信的发展成为铁路现代化通信发展的重要支撑点， 为铁路安全运转提供重要保证， 更好地为铁路提供服务， 更好的为铁路通信保障工作做出贡献。

　 一、 铁路通信的现状分析

　由于现有的铁路通信系统来说， 大部分简单而又常规， 仅仅只限

　于对讲系统， 工务维修、 电务维修和公安等部门等等， 在铁路通信商建立了自己的对讲系统。

　而对于目前来说全路最普及的是无线列调，在全部铁路来说无线列调的装备率已达到 100%。

　就目前而言无线列调是实现车机联合控制， 这是铁路通信调度系统中不可缺少的安全保证设施， 但对于这些良好的通信的设备来说让有很多不足， 大多列车的设备简陋， 不具有一定的可抗性， 所以对此我们需要根据铁路通信的发展， 根据发展情况对铁路通信系统的现状进行分析。

　 1. 1 频率利用率不高

　对于铁路通信来说通信网络的建立是我国建设时间最长、 目前最完善的专用通信网络。

　就目前的铁路通信的建设来说， 铁路的主要网络方式已经实现了光纤化的设备整治， 其沿线所有车站已经具备了2M 网络的接收能力。

　虽对于 2M 网络来说， 网络的通信方式已大大加快， 但对于一些比较偏一点的车站来说， 支线通信网络建设比较缓慢，这就使得移动通信的建立， 但对于日益增长的好需求量来说， 移动信号的频率资源是有限的， 但是铁路通信系统的频点却是短缺， 对于三个部门（铁路工务维修、 电务维修和公安）

　的通信系统来说， 都有自己的一套移动通信设施， 这就使得频率资源并没有得到有效的利用，造成了极大的浪费， 而且对于一些不同地区的同频信号来说， 同频干扰较为严重。

　 1. 2 对移动通信系统缺乏建设性规划

　由于铁路通信业务的发展需要， 对于铁路各部门需要建立起自己的移动通信系统， 原则上讲求功能简单， 但由于实际中投资分散和缺少维护， 对于这样的通信系统来说， 往往会造成高成本低产出， 产生巨大的浪费， 在这样情况下， 移动通信系统就会缺乏建设性规划， 仅仅是短期有效， 对于长期来说铁路移动通信系统的建设没有统一规划，缺乏统一规划、 统一标准和统一的管理， 根据现有的铁路通信的现状来说， 我们需要有行之有效的通信现场传输通道的优良环境， 又需要的是及时建立较高水准的通信要求， 将通信中的有线、 无线等多种接入方式相结合， 将多路通信数据进行整合。

　对于目前铁路通信来说，将移动通信在铁路通信系统进行整合， 建立适合自身发展的铁路通信的系统， 要使其设备适用于国情的铁路通信需求， 但这尚需要一个较

　长的开发时间， 使得将移动通信发挥真正的作用。

　 二、 铁路移动通信建立的应用对策

　2. 1 构建集群性通信体系

　首先我们应该针对自身的发展来确定应急通信的调节控制体系，认清自身的所发展的铁路发展的重要性， 其次根据国情建立自己的专业的应急通信的体系。

　这种集群移动通信系统来说， 它的特点具有专业的专用移动通信系统功能。

　其中包含了通信与微处理机技术、 程控交换技术、 计算机网络技术， 将这三者有机的结合起来， 将交换、 控制、 通信集于一体。

　由于这种移动通信方式具有一定的群呼等等的效应， 对于适合调度指挥人员来说， 铁路事故中的应急、 抢险等通信场合， 能够很好地解决通信频率分布不均的问题。

　通过这样的集群性移动通信方式， 用无线拨号把信号进行自动优化， 将其最优的分送给系统用户， 有效的将通信中频率的转换进行最大限度地整合利用， 将地区资源与系统资源进行有机的结合， 大大降低系统自身内部的损耗，有效的提升了服务质量。

　但由于长期实践证明， 这一系统也存在着一定的缺点， 当系统采用到动态的频率分配时， 并没有考虑到当地周围公用网的融合问题， 无法进行合理的选择， 进而造成建立相应的移动通信时没有考虑到铁路通信系统的信息丢失， 进而使得铁路通信系统保密性大大降低， 容易受干扰现象的发生。

　这就使得我们在较高数据通信误码时， 没有办法的通信的建立， 这就需要优化卫星通信在移动通信技术的应用。

　 2. 2 优化卫星通信在移动通信技术的应用

　对于铁路沿线的外界环境来说， 由于存在的障碍物较多， 所以在遇到突发事件或者是严重的自然灾害时， 其他的通信手段都会失效，这就造成了事故无人知晓， 无人报道， 轻者只是造成一些外部铁路设施的损坏， 严重的话就会造成较大程度上的人员伤亡， 国家经济受到致命的打击。

　而对于这种情况来说需要建立卫星通信这样的移动通信设备， 及时将应急现场信息发送至指挥中心， 进行总调度， 这是一条很有效更很快捷的途径， 对于卫星系统来说可以分为车载型和便携型，这就需要工作人员根据当地的情况来进行配置。

　由于其卫星通信通道的质量要求与宽带无线接入方式一致， 所以在根据这样的专业人员的

　指导， 当发生铁路通信受损的情况下可以使用卫星地面接收方式来进行事故汇报。

　首先是要将地面总以及分接收站都设在铁道部通信中心，再通过地面有线网络进行传输， 这样的方式会有效的利用手头上现有的网络传输资源； 其二就是将地面接收站设置在各分路局， 再通过地面的有线传输将现场情况汇报到铁道部总指挥中心， 对于这种方案的来说其最大的优点就是对各路局的事故指挥的最新状况得到快速掌握。

　最后就是将两种方式都进行有效的结合， 对于两者来说都可以设置成卫星地面接收站， 能很好的解决掉灾害对有限网络的传输损害，那么可以通过卫星连接将各路以及总指挥处都能实时了解到现场情况， 这就使得移动通信更加快捷， 更加方便。

　 三、 结论

　通过现有的移动通信技术对现有的铁路通信系统进行改革， 将铁路的行车安全列入到铁路运输常态化管理中来， 是各部门的工作质量以及工作状态进行整合和有效的管理。

　而对于铁路通信系统的建立来说顺应当今通信技术的革新潮流以及市场需求， 发展多种接入方式，根据不同的工作要求和工作环境， 将此应急网络通信进行多位管理，多位建设， 形成与传统的通信方式相结合方式， 这就使得铁路的本身所有的通信系统得到新鲜的血液， 有效提升了铁路通信的保障力， 是保证行车安全、 提高运输效率的有力工具。

　 参考文献

　[1]朱锦， 刘林， 范平志. 铁路移动通信的现状与问题分析[J].铁道通信信号. 1999.

　 [2] 钟章队. 铁路 GSMR 数字移动通信系统[M]. 中国铁道出版社. 2007.

　 [3]胡保民， 刘德明， 黄德修. 下一代宽带光接入网[J]. 光通信研究.

　2002.

篇四：铁路新一代移动通信的挑战与思考

科技期刊数据库（引文版）工程技术 2019 年 7 月 01 期 ·99·

　浅谈铁路信号新技术的发展趋势

　王 涛 中国铁路北京局集团有限公司天津电务段，天津 300140

　 摘要：近几年随着我国交通运输业的不断发展，常规的运输方式如铁路、公路、航空公司之间的竞争变得日趋激烈，铁路运输相对其它运输方式，虽然有很多优势，但要想持续生存下去，就要在原有基础之上适应市场发展的需要，从而全面提高技术装备、人员素质和服务水平。特别是为了提速、高速、重载运输，为此铁路积极引进新技术，这样以来就大大提高了现代通信和信号设备的技术水平，在设备层面，新的技术体系在行业内正在不断更新。

　关键词：铁路信号；新技术；发展趋势 中图分类号：U284

　文献标识码：A

　近年来随着国内交通运输业的发展，铁路、公路和航空公司之间的竞争日趋激烈。铁路运输业要生存，必须适应市场发展的需要。就要全面提高技术装备、人员素质和服务水平，特别是为了提速、高速、重载运输，铁路就要积极引进新技术，极大地提高了现代通信和电信的水平，以下是笔者结合自身多年来的工作经验，对铁路信号工程建设的一些意见，仅供参考。

　1 计算机联锁设备的发展

　在计算机联锁技术、微电子技术和新材料的快速发展的今天，计算机技术之中的联锁技术得到了迅速的发展。高可靠性、高安全性的故障-安全核心设备具有不同的结构形式，而且同步方法主要包括软同步和硬同步两种形式。现有的公司都相继都推出了具有硬件同步功能，本身不同类型的安全计算机,故障安全技术得到了有效的提高，与此同时还为铁路信号的发展打下了良好的基础。

　2 数字信号处理新技术的应用

　在速度和重载的发展方向，中国铁路运输在技术上的应用不断的进行了更新，以往传统的基于分立元件，传统模拟信号处理技术在铁路信号设备中的应用，已经不能满足现有铁路运输在安全、实时性、需求上的标准。在此形势和背景下，将计算机科学技术与铁路机械设备相结合，是铁路机车发展的主要道路之一，计算机本身具有高速分析计算的特点，利用计算机的这一特点可以提高机车信号设备的技术水平，而且随着数字信号处理技术的不断更新，如何将计算机科学技术应用在铁路信号信息处理方向上，现已提出了很好的规划、解决方案。这种新方案与模拟信号相处理技术相对比较下，新的数字信号技术在对信息的处理上，本身具有更高、更精准的可靠性、实时性、实用性。但是这两种传统的数字信号处理方法，在对频域分析和时域分析过程中，体现出各有优缺点的现象。在频域分析中主要的优点是精度高，而且抗干扰性能比较好，但缺点是在频域分析过程中，从强干扰提取信号时极容易造成解码倍频的问题出现。

　3 计算机网络技术的发展

　计算机网络技术发展新时代的背景下，各大企业都以利用网络化进行对业务的管理，网络化已成为现代企业管理中不可缺少的硬件条件之一，相对来讲铁路信号系统网络，更是铁路运输中起到综合调度指挥作用中的基础，它运行的原理是以网络为基础，在整个过程中实现对铁路整体工作的信息化、集中化、智能化管理。而现代铁路对信号系统的要求，已不再是各种信号设备简单的组合和应用，而是在此基础之一要求功能更加完善、层次更加分明的综合控制系统，在系统的整体设置当中各功能单元要具有独立工作的能力，在此基础之上还要相互作用，进行信息交换，最终形成复杂的综合网络结构，这样的系统可以使指挥员，在各种信息的准确提供下充分的了解辖区内机车存在的各种情况，然后灵活的配置系统资源，确保整个铁路系统在运行时的安全高效性。信息化技术、网络化技术是带动铁路工业现代化发展的必然趋势，信息的准确、全面的获取，更是高速列车安全运行的有效保证。所以在现代铁路信号系统应用中，更多的采用各种先进的通信技术和设备，比如光纤通信技术、无线通信技术、卫星通信技术和定位技术。

　4 通信技术与控制技术相结合

　在铁路整体发展中在计算机技术、通信技术和控制技术的快速发展下，以往传统的以轨道电路，原使用信息传输媒介的列车运行控制系统，在现今时代受到了新技术和新需求的挑战，现今计算机、通信、控制技术的飞速发展，已在铁路机车作业时的应用，代替了原轨道机车的电路技术，在新技术的背景下逐渐形成了新的列车控制系统、新的技术。这种技术的核心是以计算机、通信、控制技术取代轨道电路为中心的通信技术应用，而且更先进的是计算机技术和控制技术，在新设备设计的背景下，已经成功渗透到列车的控制系统中，这个技术被称为基于通信列车的控制。它是利用通信技术与控制技术相结合的原理，对铁路信号系统的结构和组成进行了重新的设计，最终为列车运行控制，带来了未来发展的新领域、新天地。

　5 通信信号一体化

　随着现代铁路的发展，铁路通信信号技术发生了巨大的变化。车站、区间、列控一体化、铁路通信信号技术一体化、列调指挥自动化，突破了传统的功能单一、控制分散、通信信号相对独立的技术理念，推进数字化。铁路通信信号技术的智能化和网络化，网络化和集成化的发展，从铁路信号系统的纵向发展来看，德国已经形成了从 lzb、fzb 到 ertms的发展趋势。LZB 利用轨道电缆回路传输列车运行控制系统的列车运行指令和速度指令信号，取消地面闭塞信号，保留闭塞分区，列车以固定闭塞方式（FAS）运行。fzb 是一种无线列车运行控制系统，是新一代移动自动闭塞系统（mas），其目的是实现一个低成本、高性能的列车运行控制系统并已加入 etcs，ertms/etcs（欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统）是欧盟支持的统一列车控制系统，GSM-R 作为传输系统的成功应用，将进一步推动铁路通信信号的技术进步，加快实现铁路通信信号一体化的进程。

　6 电务跨越式发展的七大任务

　以提速、扩容、安全为核心，以加快铁路信息化、列车运行自动化、运输调度现代化为目标，利用先进信息改造传统通信信号，是铁路通信跨越式发展的总体思路和技术。要逐步升级调整技术结构，更新主要设备，实现从限制性技术向适应性技术、从模拟技术向数字技术的转变，从计划维修向状态维修过渡，将实现铁路通信的跨越式发展。公路通信跨越式发展的七大任务是：

　6.1 加快以行车自动化为目标的铁路运输调度指挥现代化的建设

　以 DMIS 为平台同时利用新一代 CTC 技术，以自动化为目标从而建设我国现代化铁路指挥部，全面推进铁路改造和重大体制改革。新一代调度集中系统解决了以往调车问题、电力频繁变化、按图自动交路问题、综合系统问题和无人车站问题。

　6.2 加快以适应提速需求为目标的列车运行控制系统的建设

　列车运行控制系统的建设有以下两部分内容：一是实现机车信号主体，二是列车超防。机车信号主体化是一项复杂的系统工程，它由四个子工程组成，即：一是利用 ZPW-2000 （下转第 102 页）

　水利工程 ·102·

　营起到至关重要作用。所以，必须大力弘扬团结奋进和相互协作的拼搏精神，不断取得进步。同时，党委领导成员必须加强在自身带头表率作用，引领企业不断团结奋斗，锐意进取。

　2.4

　以企业 发展 为指引， 抓 好 党建 和精神文明建设

　落实企业发展战略，对于路桥施工企业来说，是党建工作长期围绕的导向指引。当前路桥建设市场的竞争环境非常严峻，必须牢牢抓住市场发展动向，以市场需求来拉动企业内部体制机制改革。路桥施工企业的党委必须把党建工作放在首位，扎根路桥建设市场的各个运营环节，强化管理制度和运营效果。党建和精神文明建设要深入指导企业生产施工，即使发展突出矛盾问题，为企业的健康稳定发展保驾护航。以习近平新时代中国特色社会主义精神为指导，谋求潜在机遇，为路桥施工企业长远稳定健康发展不断努力。

　3 3

　结束语

　综上所述，路桥施工企业党建和精神文明建设不仅仅停留在表面功夫，更不能只有一部分人员专职负责推进该项工作，而应当按照高质量发展要求，路桥施工企业全体在职员工一起群策群力，这是当前艰苦奋斗而又必须持续有效推进的长远任务。对于路桥施工企业来说，要时刻保持积极进取的奋斗状态，必须打造完善团结合作、共同进步的企业文化氛围，让每一位企业员工深入学习并适应企业创新文化的要求，从而在党的政治素养和生产经营工作中不断取得新突破，为企业和国家的路桥事业做出贡献。

　参考文献

　[1]刘冬.新形势下公路桥梁施工企业如何开展党建精神文明建设[J].现代企业文化,2017(20):541. [2]陈巧梅.新形势下路桥施工企业党务管理难点研究[J].改革与开放,2017(14):11. [3]王婷立.新常态下做好企业党建和精神文明建设工作探讨[J].现代经济信息,2019(14):54. （上接第 99 页）

　统一自动闭塞系统，是机车所有人信号和超限的基础；二是统一低频信息编码；三是完成新一代编码；四是配备故障安全车辆信号设备。

　6.3 加快车站计算机联锁

　驼峰自动化技术在新时代铁路发展下也再快速的发展，几大干线 CTC 也需要大发展,每个车站的联锁设备，同时也要进行同步大面积设备改造,最终实现设备更新。

　6.4 积极推进综合移动通信技术的发展

　该系统以 GSM-R 为载体，集调度指挥、公务运行、列车控制、信息传输等功能于一体，实现了既有大型线路的调度与改造同步。因此，发展 GSM-R 是电信跨越式发展中的一件非常重要的事情，也是技术结构的一次重大调整。

　6.5 加快铁路运输通信基础网的完善发展

　基础网络目前是铁路运行的基础，但铁路运输通信基础网络，在未来发展中仍然是制约铁路信息化发展的瓶颈之一，应急通信在功能和实践上，还是不能满足运输突发状况。

　6.6 研发和推广应用电务安全技术

　主要围绕运输安全这一主题,进行发挥电务技术舒展优势。

　6.7 推动电务生产布局的调整

　电子设备维修中心是以局为单位的，对新技术和电子设备，进行专业化集中维修和日常维护。

　7 总结与讨论

　DMIS、CTC、CTCS、ZPW-2000、GSM-R 这些系统可能比较熟悉，但在长期接触这些新技术和设备后，我们现在能做的就是进行积极的学习这些新技术，然后在施工过程中多多积累经验，为铁路通信技术长远革命做好软硬件的充分准备。

　参考文献

　[1]颉康.铁路信号集中监测系统分析与运用[J].科技创新与应用,2015(30):82. [2]梁莉霞,刘宁,何志平,等.新技术标准下的信号集中监测系统[J].科技传播,2015(21):79-80. [3]李萍.铁路信号集中监测系统[M].北京:中国铁道出版社,2012. [4]赵志熙.TB/T2496-2000 信号微机监测系统技术条件[S].北京:中国铁路通信信号总公司研究设计院,2000. （上接第 100 页）

　5 5

　中国高速铁路运营管理展望

　随着我国经济的快速发展和信息技术的更新换代，高速铁路建设进入了一个快速发展的时代。因此，我国的高速铁路管理工作进入了一个新的阶段。高速铁路管理工作进入智能化方向。随着我国城市化进程的推进，我国工业发展步伐逐步加快。所以，从技术的角度来看，需要从管理模式上寻找一种更加科学合理的管理方法，使之适应我国高速铁路的发展，采用智能检测和控制手段，利用计算机化管理方法和机械化管理方法，结合相应的维修检测系统，有效地保证了铁路道岔设备设施的质量，为我国高速铁路的发展提供了可靠的保障。

　6 6

　结语

　总之，铁路道岔设备的设施和运营质量直接影响铁路运营的有效性和安全性。在实施岔点维修的过程中，必须考虑轨道的拐点、连接件的连接问题、岔点和钢轨的磨损。该方法保证了相关工程的修缮工作，从而有效地保证了铁路分公司产品的服务质量，保证了铁路分公司工作的顺利实施。铁路道口的高效施工直接影响到铁路的功能和安全性能，不断改进施工工艺与施工方案，严格按照施工工艺进行施工，保证了我国铁路施工质量的效率。针对施工中出现的问题，制定相应的解决方案，为今后铁路建设打下良好的基础。

　参考文献

　[1]王镜鉴,陈天然.高速铁路道岔设备维修的探索与思考[J].四川水泥,2016(04):9. [2]刘印宏.高速铁路道岔故障诊断方法研究[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2016(04):56-57. [3] 王 树 国 . 我 国 铁 路 道 岔 现 状 与 发 展 [J]. 铁 道 建筑,2015(10):42-46. [4]渐秀麒.高速铁路道岔设备维修的探索与思考[J].科技展望,2015(05):36. [5] 隋 慧 君 . 高 速 铁 路 道 岔 维 修 与 养 护 [J]. 河 南 科技,2015(02):114-115.

篇五：铁路新一代移动通信的挑战与思考

移动通信技术面临的挑战及应对策略

　 【摘 要】

　随着我国科学技术的高速发展， 移动通信已成为当代通信领域内发展潜力最大且市场前景最广的热门技术之一。

　然而， 在原本的 3G移动通信技术之上， 研究者们又把目光聚焦在开发 4G 技术的科学领域中，4G 的通信技术本成为热点技术。

　因此， 4G 技术越来越受到广大科技研究者的青睐与重视， 并得到了广泛的研发。

　本文笔者对未来移动通信技术研究中的热门课题进行探讨， 简要介绍 4G 移动通信系统的主要特点和 4G 系统中采用的关键技术， 同时指出它们所面临的挑战及一些可行的应对方案.

　【关键词】

　移动通信 4G 高速高效通信 存在问题 解决措施

　移动通信技术有着一段不俗的发展历程， 第一代移动通信技术完成于20 世纪 90 年代初， 其特点是业务量小、 速度低且没有加密。

　第二代移动通信技术起源于 90 年代初， 也就是我们俗称的 2G， 其后又逐渐引入智能天线技术、 双频段、 GPRS 等技术手段。

　随着科技的不断发展， 第三代移动通信（3G）

　正在走向成熟， 其发展应用前景毋庸置疑， 因此， 未来移动通信领域的研究越来越受到重视， 并逐步形

　成研究热潮。

　随着 3G 在我国的普遍应用， 广大用户在视频通话以及使用手机电视等诸多方面， 出现了视频通话效果不佳、 信号不稳定等一系列问题。

　为了解决这些问题， 人们越来越期望可以有新的解决措施， 在这样的情况下， 4G 移动通信被创建出来并逐渐成为通信领域的发展大趋势。

　一、 4G 通信技术的特点分析

　（一）

　4G 通信技术的特点

　4G 移动通信技术是通过接入多种技术而成的综合系统， 在一个公共平台之下， 实现各种通信技术的无缝对接。

　4G 移动通信可以提供更大的宽带及容量和更高的数据速率， 这便使得 4G 比 3G 更加与个人通信接近， 并且在技术上 4G 移动通信比 3G 更加完善， 且系统容量是 3G 系统的 lO 倍以上，是集各种功能与应用业务于一身的移动通信技术。

　 （二）

　4G 技术的领先优势

　未来的 4G 通信提供给人们真正的沟通自由， 甚至将改变人们的生活方式。

　4G 通信具有下面的特征有：

　首先， 通信速度快。

　无线蜂窝制式 2G 标准下的 GSM、 3G 标准下的 CDMA2000、 TD-SCDMA、 WCDMA 下行速率分别为384Kbps、 3. 1Mbps、 2. 8Mbps 和 14. 4Mbps，

　上行速率分别为 118Kbps、1. 8Mbps、 2. 2Mbps 和 5. 76Mbps， 而 4G 通信的 TD-LTE 和 FDD-LTE 的下行速率分别为 100Mbps 和 150Mbps； 上行速率分别为 50Mbps 和 40Mbsp。与 2G、 3G 相比， 相差悬殊， 显而易见。

　其次， 网络频谱宽。

　估计每个 4G 信道会占有 100MHz 的频谱， 相当于 W-CDMA 3G 网络的 20 倍。

　再次， 通信灵活。

　高速传输多媒体数据， 实现多业务融合。

　最后， 智能性能高且兼容性好。

　考虑到现有通信的基础上， 让更多的现有通信用户能很轻易地过渡到 4G 通信。

　 （三）

　对 4G 技术的综合性分析

　4G 移动通信系统针对各类业务的接入系统， 借助于多媒体在基于口的核心网中连接接入。

　以 I P 技术为基础的网络结构能够使用户在固定网、

　W L A N、 3G、 4G 之间的无缝漫游实现。

　从总体上来看， 可以将 4G 网络结构划分成为应用网络层、 中间环境层以及物理网络层。

　其中， 物理网络层所提供的主要是路南选择功能和接入功能， 而中间环境曾则具备着完全性管理、 地质变换和网络服务质量映射等功能。

　中间环境层与物理网络层及其应用环境之间为开放的接口， 这便使得新服务的提供及其发展变得更加容易， 可以提供高数据率无缝的无线服务， 同时在多个频带运行， 该服务能够与多模终端及多个无线标准相适应， 在多个服务商和运营商之间跨越， 进而将范围更大的服务予以提供。

　 二、 4G 技术的发展现状及挑战

　（一）

　4G 技术的发展现状

　发展 4G 技术的最终目的是提高移动电话和其他手持终端无线网络的速度， 因此， 4G 技术给人印象最深的莫过于它更快的数据传输速率。

　从目前我们了 解到的数据来看， 4G 最大的传输率为 100Mbps， 这个速率大约是当前 3G 网络的 50 倍， 回望第一代模拟手机只能提供语音服务， 2G 网络时代， 手机的网络传输速率最高是 32Kbps， 而 3G 也不过只有 2Mbps， 与“前辈” 相比， 4G 传输速率可以用“磁悬浮” 来进行比喻。

　 （二）

　高效高速传输的技术瓶颈

　4G 移动通信成为大势所趋， 但目前来看我国 4G 通信发展速度虽快但同时也存在一些隐忧。

　对于 4G 领跑者中国移动来说， 即便牌照 2013 年内发放， 参照 3G 的发展速度， 全面商业化 TD-LTE 的时间也要 1 年多， 期间及以后投入的增加将影响其近几年净利润的增长。

　对于研发者来说， 更愿意继续完善现有 3G 网络， 自然演进到 FDD-LTE， 若采用 TD- LTE 标准，

　会增加很多投入， 是否仍会有 3G 时代的竞争力， 如何做好流量经营、 更好的化解 OTT （Over The Top）

　在 4G 时代给电信运营商带来的更大冲击成为迫在眉睫的课题。

　 三、 4G 通信技术发展战略讨论

　作为 4G 通信标准的 FDD-LTE 和 TD-LTE， 两者都是 LTE 的 TDD 模式。按照双工方式， FDD-LTE 是宽带码分多址的演进和发展； TD-LTE 是时分同步码分多址系统的演进和发展， 两者有其自身存在的不同优势。

　对于我国采用哪项标准， 引起了研究者的热议。

　首先要考虑到让我国主导的 TD-LTE价值得到充分利用， 同时， 还要兼顾已有资源不浪费， 且有利于技术竞争和通信科技进步。

　 四、 结束语

　4G 移动通信关键技术在目前来说还仅仅是一个雏形， 虽已推出但仍然有更宽广的上升空间， 同时， 在其专业技术领域中扔存在着一些问题， 其定义尚且有待明确， 但是 4G 移动通信关键技术作为现代化的新型移动通信技术， 其发展前景是不可估量的， 它将实现人类高速、 高效的个性化通信之梦。

　 参考文献：

　 [1] 胡智海. 中国移动胜出 3G 竞争的四点建议叨. 通信世界， 2009，（20）

　.

　 [2] 郝冉. 当前移动通信技术研究的探讨[J]. 中国新通信， 2013， 15（1）

　 [3] 吴再， 农高海. 新升地方本科院校通信工程专业《移动通信技术》

　课程教改探析[J]. 中国科技博览， 2013（2）

篇六：铁路新一代移动通信的挑战与思考

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　 No. 4441 发展铁路新一代移动通信的背景及意义从2016 年开始，中国铁路进入高质量发展阶段。截至2020年底，铁路新一代移动通信的挑战与思考Challenges and Perspective of New Generation of Railway Mobile Communications钟章队 /ZHONG Zhangdui 1,2,3 ，官科 /GUAN Ke 1,2,3 ，陈为 /CHEN Wei 1,2,3 ，艾渤 /AI Bo 1,2,3（1. 北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，中国 北京 100044；2. 北京交通大学 宽带移动信息通信铁路行业重点实验室，中国 北京 100044；3. 智慧高铁系统前沿科学中心，中国 北京 100044）(1. State Key Laboratory of Rail Traffic Control and Safety, Beijing Jiaotong University,

　Beijing 100044, China;2. Key Laboratory of Railway Industry of Broadband Mobile Information Communications, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;3. Frontiers Science Center for Smart High-Speed Railway System, Beijing 100044, China)摘要：铁路新一代移动通信将面向铁路全场景、全业务、全链接、强安全，不仅有望完全取代既有系统，还能为列车自动驾驶、列车安全视频监控等业务提供高速信息传输服务，是铁路物联网的信息承载平台和高速铁路运行安全保障的基础。感知 - 通信 - 计算一体化、数智融合、新型阵列理论、新材料物理电磁特性为铁路新一代移动通信发展提供前沿应用基础理论支撑；“大智移云物”技术群、区块链技术、高精度无线网络规划与优化、建筑信息模型（BIM）与增强现实（AR）融合技术以及数字孪生将为铁路新一代移动通信发展提供技术保障。在当前和未来的落地应用中，铁路新一代移动通信系统需要树立“可管、可控、可信、可视、可靠、可测”的六大设计理念，需要解决频率资源有限和新需求不断涌现之间的矛盾，高速移动性与可靠性问题，以及综合轨道交通枢纽集群与场景独特性带来的挑战，需要厘清在技术体制、公专共存、异构网络协同等方面存在的开放性问题。关键词：高速铁路；5G；新一代信息通信技术Abstract: The new generation of railway mobile communications will be oriented to all railway scenarios, all services, all links, and strong security. It is expected to completely replace the existing system, and can provide high-data rate mobile channels enabling automatic train driving, train safety video monitoring, etc. Moreover, the new generation of railway mobile communications will be the information platform of the railway Internet of Things and the basis for the safety of high-speed railway operations. The integrated sensing, communication and computing, the digital intelligence fusion, the new array theory, and physical electromagnetic properties of new materials provide frontier applied basic theoretical support for the development of new generation of railway mobile communications; the technical group of “big data, artificial intelligence, mobile communication, and cloud computing”, the blockchain technology, the high-precision wireless network planning and optimization, as well as the fusion of building information model (BIM) and augmented reality (AR) will provide technical support for the development of the new generation of railway mobile communications. In the current and future implementation of the new generation of railway mobile communication systems, it is necessary to establish six design concepts of “manageability, controllability, credibility, visibility, reliability, and measurability”, and to address the challenges resulting from the contradiction between limited frequency resources and the continuous emergence of new demands, the high-speed mobility and reliability, as well as the comprehensive rail transit hub clusters and the uniqueness of scenarios. Last but not least, it is of importance to explore the open questions such as selection of technical systems, co-existence of public and dedicated networks, and heterogeneous network collaboration.Keywords: high-speed railway; 5G; new generation of information and communication technologyDOI：10.12142/ZTETJ.202104009网 络 出 版 地 址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1228.TN.20210722.1617.012.html网络出版日期：2021-07-23收稿日期：2021-06-24中国高铁运营里程达 3.79×10 4

　km，稳居世界第一。城市轨道交通也成为国家大力发展的“新型基础设施建设”的重要领域。2019 年国务院发布《交通强国建设纲要》，要求到 2035 年基本形成现代化综合交通体系；2020 年中国国家铁路集团有限公司发布《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，提出到 2035 年形成 7×10 4

　km 的现代化高速铁路网，率先建成智能高铁，加快实现智慧铁路。与此同时，世界各国也纷纷提出铁路数字化与智能化发展的战略规划。通过采用新一代信息通信技术来大幅提升铁路运输组织效率效益，优化客货运输服务品质，提高铁路运输安全水平，已成为各国铁路新一代移动通信的挑战与思考 钟章队 等基金项目：中央高校基本科研业务费（智慧高铁系统前沿科学中心）（2020JBZD005）；国家自然科学基金（U1834210、61771036）。

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　 No. 445铁路发展的必由之路。铁路智能化已经成为世界铁路未来发展的重要方向。移动通信系统是列车行车安全、运营维护和旅客信息服务的中枢神经。目前，列车调度指挥、中国列车运行控制系统第 3 级（CTCS-3）列车运行控制信息、列车调度命令、无线车次号校核信息、信号设备动态监测信息等应用业务，都是由铁路窄带移动通信系统（GSM-R）来承载的。然而，GSM-R 存在承载能力不足、频段干扰严重、生命周期正走向终结等问题；铁路宽带移动通信系统（LTE-R）在京沈高速铁路的实测显示，在 450 MHz 频段、5 MHz 带宽和350 km/h 的速度运行状态下小区边缘的传输速率仅为 10 Mbit/s，无法满足未来智能高铁所需的全面态势感知、泛在互联以及智能快速决策的需求。智能高铁的行车和运营维护应用中的铁路多媒体调度通信、车载及轨旁高清视频监控、增强现实（AR）/ 虚拟现实（VR）远程检测及诊断、大规模传感器应用等，催生了新的列车运行控制及铁路安全相关业务、大带宽业务、铁路物联网业务，对铁路新一代移动通信系统的可靠性、频谱利用率、能量效率、带宽等均提出更高的要求[1] 。1.1 国际相关情况铁路新一代移动通信技术得到业界的密切关注。国际铁路联盟（UIC）倡导铁路数字化转型，提出创建未来铁路移动通信系统（FRMCS），并且明确了针对铁路用户的六大类应用的通信需求，包括通信对象、带宽、时延、可靠性、速度等。除中国外的其他国家相关铁路实验室对铁路新一代移动通信保持开放的态度，虽未披露建设和发展规划，但已开始理论研究、技术论证和工程试验。2019 年 9 月，德国联邦铁路公司（DB）的 5G 列车移动实验室首次使用基于 5G 技术的设备对无人驾驶的列车进行远程控制测试，并在同年 11月，开始研究从 GSM-R 向 FRMCS 的演进，并在汉堡市郊铁路进行 5G 铁路运营网试验，包括承载列车控制信息传输和自动驾驶试验；2019 年 11月，法国国家铁路公司（SNCF）与诺基亚公司签订合作伙伴协议，旨在共同创建 5G 铁路实验室，在实验室以及铁路环境中对 FRMCS 的性能进行全方位的评估，以便为铁路通信系统向更新、更高性能的无线通信标准过渡做准备；2020 年 3 月，瑞士联邦铁路（SBB）在智能铁路 4.0 项目框架下，建立 FRMCS 的频段试点，旨在定义 FRMCS 的技术标准，并计划 在 2025 年 用 FRMCS 取 代 当 前 的GSM-R，以大幅提高铁路基础设施的安全性、可用性和生产效率；2019年，在西班牙巴塞罗那 5G 实验室（5G Barcelona）、加泰隆尼亚铁路（FGC）、加泰罗尼亚政府、巴塞罗那世界移动通信基金会（MWCapital）和沃达丰公司的共同合作下，西班牙建立 5G 铁路实验室，对铁路 5G 关键技术和应用进行研究和挖掘；2020 年 11 月，由欧盟“地平线 2020 计划”资助的5GRAIL 项目正式启动，旨在通过开发和测试用于轨旁基础设施和车载设备的 FRMCS 原型，验证首个 FRMCS 规范；2020 年 12 月，日本移动通信公司（NTT Docomo）和 JR 东日本铁路公司，利用新干线 ALFA-X 试验车，成功实施 360 km/h 高速移动条件下的 5G 通信试验；2020 年 1 月，韩国铁路研究所（KRRI）与 SK 电信（SK Telecom）签署技术合作协议以开发全球首个使用 5G 通信的智能列车控制系统，并在 2020 年底宣布基于 5G 列车自动控制技术的测试取得成功。1.2 中国相关情况当前，随着京张智能高铁、京雄智能高铁的开通，中国铁路正快速迈入智能化、智慧化阶段。在国家“交通强国”和“新基建”战略下，铁路信息通信技术融合发展成为趋势。2019 年 9 月，中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，提出到2035 年，基本建成交通强国，到 21 世纪中叶，全面建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国。作为《交通强国建设纲要》的细化和实化，2021 年，中共中央、国务院印发了《国家综合立体交通网规划纲要》，提出到 2035年基本建成规模约为 70×10 4

　km 的现代化高质量国家综合立体交通网，其中，铁路约为 2×10 5

　km，是国家综合立体交通网的主干。交通运输部发布《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》（2020 年 8 月，交 规 划 发〔2020〕75 号）， 提 出 到2035 年，交通运输领域新型基础设施建设取得显著成效，泛在感知设施、先进传输网络、北斗时空信息服务在交通运输行业深度覆盖，行业数据中心和网络安全体系基本建立，智能列车、自动驾驶汽车、智能船舶等逐步应用。国铁集团发布《新时代交通强国铁路先行规划纲要》（2020 年 8 月，国铁集团〔2020〕129 号），提出到2035 年，中国将率先建成服务安全优质、保障坚强有力、实力国际领先的现代化铁路强国；发布《国铁集团关于加快推进 5G 技术铁路应用发展的实施意见》（2020 年 8 月，国铁集团 铁发改〔2020〕144 号），以推进铁路5G-R 专网建设和 5G 公网应用；发布《智能高速铁路体系架构 1.0》（2020年 9 月，国铁集团 铁科信〔2020〕159号），从顶层设计出发制定智能高速铁路体系架构；发布《铁路 5G 技术应用科技攻关三年行动计划》（2020 年铁路新一代移动通信的挑战与思考 钟章队 等。

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　 No. 44612月，国铁集团 铁科信〔2020〕222号），提出到 2023 年完成铁路 5G 专网关键技术攻关和主要专用设备研制，开展安全保障、出行服务等领域急需业务试验验证和试用考核，完成 5G 专网主要技术标准制定，为开展铁路 5G 专网建设和业务应用奠定基础。在国家各项政策引领下，新一代铁路信息通信系统的各类新应用对移动通信系统的带宽、时延、可靠性、安全性提出更高要求，大量应用对彼此之间的信息共享、专业互动提出新的要求，对建设统一信息通信平台提出新的需求。此外，铁路专用移动通信系统在承载业务、性能指标方面对可靠性和安全性要求较高，不同的业务需要灵活、动态的定制化设计和协同优化。针对有限的铁路专网频率资源，以及高速移动性对频谱效率与可靠性的影响，需要加快通信网络技术的跃迁，开展面向铁路全场景、全业务、全链接、强安全的铁路新一代移动通信技术研究。2 铁路新一代移动通信技术国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）在 2017 年 6 月发布的技术报告中，梳理了目前全球针对铁路新一代移动通信系统的研究工作。未来，如果要解决铁路高清晰度视频监控、基础设施安全隐患识别、运营控制系统的智能化等铁路安全运营的核心问题，铁路新一代移动通信系统不仅要满足传统的增强移动宽带（eMBB）需求，还要满足海量机器类通信（mMTC）和超可靠低时延通信（URLLC）需求。按照当前的发展趋势来看，以 5G 为代表的新兴无线通信技术无疑为铁路新一代移动通信系统的发展提供了全新动力。以 5G 为依托，铁路新一代移动通信系统可以在移动通信质量、接入设备数目、高数据速率可靠传输方面得到进一步改进。除此之外，5G 的出现与应用，可以帮助铁路新一代移动通信系统在获取卫星辅助数据、实时监测列车运行状态等方面取得进一步提升。铁路新一代移动通信系统的建设可实现高速移动场景下信息高效可靠传输，创建新型网络智能协同计算与信息分发体系，构建融合铁路物联网在内的全链接铁路信息通信网络，支持大容量数据传输及海量铁路设备接入，全面提升铁路信息通信系统的性能。接下来，我们将从应用基础理论前沿、技术应用前沿、工程前沿 3 个层面介绍铁路新一代移动通信系统面临的机遇与挑战。2.1 应用基础理论前沿（1）感知 - 通信 - 计算一...

篇七：铁路新一代移动通信的挑战与思考

ＧＳＭ —Ｒ 系统向铁路下一代移动通信系统演进的思考刘立海：

　中铁第四勘察设计院集团有限公司通信信号设计研究处， 高级工程师， 湖北武汉， ４ ３０ ０ ６５摘要：

　分析我国Ｇ Ｓ Ｍ － Ｅ 系统向铁路下一代移动通信系统演进需考虑的因素， 如标准成熟度、 业务需求推力、 频率申请、 设备成熟度、 试验周期、 设备维修改造及产品周期等， 对演进时间和各阶段的主要任务提出建议。

　根据我国实际情况， 对我国铁路选择Ｔ Ｄ Ｄ 还是Ｆ Ｄ Ｄ 制式的Ｌ Ｔ Ｅ 和频率申请进行分析， 可供相关部门决策时参考。关键词：

　Ｇ Ｓ Ｍ － － Ｅ 系统； 下一代移动通信；Ｌ Ｔ Ｅ ； 技术演进１概述Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统是国际铁路专用移动通信系统， 根据铁路的应用需求， 我国在国际Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 标准的基础上增加了一些特殊应用， 如利用通用分组无线业务（ Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ ）网络实现调度命令和车次号无线传送等业务， 与有线调度通信系统互联， 实现有线、 无线通信相统一的调度通信等、 ｌｋ务¨ 。

　３１。． ４ ２．高速铁路及其应用的发展对铁路移动通信提出了巨大需求， 如高速率（ 大带宽）、 高可靠性、 短时延的要求。

　国际铁路联盟（ Ｕ ＩＣ ）的Ｅ —Ｔ ｒ ａ ｉｎ 项目调研了铁路公司与列车运营商的需求及现状后， 发现未来的高速铁路移动通信系统需要提供超过２０ ０ 种信息服务。

　现有Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ ／Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 网络属于第二代移动通信技术， 采用的关键技术相对落后， 频谱效率低， Ｑ ｏ Ｓ 保障体系有待进一步完善， 非全ＩＰ 化结构不方便与其他网络衔接。

　目前已明显感觉到容量和带宽不足， 许多业务， 如图像和多媒体信息无法通过Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 网络传送， 无法满足应急通信、 编组站等站场内的调车及多种应用业务的移动通信需求。公众移动通信系统从Ｇ Ｓ Ｍ ／Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 开始， 经历了Ｒ ９ ９ ／Ｒ ４ 、 Ｈ Ｓ Ｄ Ｐ Ａ （ Ｒ ５）、 Ｈ Ｓ Ｕ Ｐ Ａ 、 Ｈ Ｓ Ｄ Ｐ Ａ ＋ 等阶段， 已经演进到长期演进（ Ｌ Ｔ Ｅ ）等阶段， 全球许多地区已经部万方数据

　署Ｌ Ｔ Ｅ 商用局， 公众Ｇ Ｓ Ｍ 网络和产品正逐步被淘汰。

　铁路Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统应用进程相对公网Ｇ Ｓ Ｍ 晚近１０ 年， 全球正在大范围部署Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 网络。

　Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 设备厂商宣布对Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 设备的升级和维护将会支持至１１２０ ２５年左右， 届时Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 网络将无法获得升级等技术保障服务。

　在此之前必须有新的铁路移动通信系统取代Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统。Ｕ ＩＣ 进行了需求征集和技术讨论， 提出和确定将Ｌ Ｔ Ｅ作为铁路宽带移动通信系统的技术标准。

　２０ ０ ８ 年启动了相关的标准化研究， ２０ ０ ９ 年５月 提出基于Ｌ Ｔ Ｅ 的技术草案， 并计划于２０ １５年形成技术标准。因此， Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统下一代宽带移动系统演进是必然的， 通过分析我国铁路Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统向前演进中必须考虑的因素， 提出演进路线建议。２演进需考虑的因素利用通用移动通信技术的研究成果和产业链成为专网发展的趋势， 产品的市场容量决定参与厂家的多少和单件设备的成本。

　由于专用通信网络市场小， 无线通信系统研究和开发成本高， 技术演进和淘汰快， 只有利用通用技术， 专网行业才能获得先进的技术和丰富的产品， 建设和使用成本才能降低。

　Ｕ ＩＣ 和Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 供应商均认为Ｌ Ｔ Ｅ 最有可能成为铁路下一代无线通信制式， 并以此为目标开始努力。

　我国也选用Ｌ Ｔ Ｅ 作为铁路下一代无线通信系统， 无论从经济角度还是技术风险角度考虑均是最合适的。

　文献［ ４ 】

　指出铁路下一代移动通信受很多因素影响（ 见图１）， 我国铁路也是如此。图１影响铁路下一代移动通信网络的因素Ｃ ｈ ｜Ｎ Ｅ Ｓ ＥＲ Ａ ／／＿ Ｗ Ａ Ｙ ｓ ２ ０ １３， ０ ５￡ ：

　妻ｊ｝ｌ琶ｅ结合我国铁路的实际情况， 分析在制订我国Ｇ Ｓ Ｍ － Ｒ系统向下一代铁路移动通信系统演进的路线及时间需要考虑的因素。２． １标准成熟度国际上最早在２０ １５年左右稳定铁路宽带无线通信系统标准， 我国标准不可能太早或太晚。

　铁路下一代移动通信系统标准需要根据各种铁路应用的Ｑ ｏ Ｓ 要求确定对Ｌ Ｔ Ｅ 的功能需求和系统需求。

　根据需求制定Ｌ Ｔ Ｅ 的解决方案， 如有必要， 需将有关技术建议加入３Ｇ Ｐ Ｐ 相关规范， 形成下一代铁路移动通信系统标准。２． ２业务需求推力众所周知， 我国３Ｇ 发展了许多年， 但是我国真正大力发展还是在２０ １ １年。

　这比国际３Ｇ 晚了５年以上， 主要是跟需求有关。

　铁路对无线带宽的需求也是推动铁路下一代无线通信系统部署的关键因素。２． ３频率申请频率资源的获取一直是移动通信需要重点考虑的问题， 不同频段的传播特性不同， 对建网成本会产生较大影响， 不同频段范围可能影响制式选择和速率确定。在基本技术体制选定后， 我国铁路需要开展这方面的工作。２． ４ 设备成熟度商用设备发布一般比标准晚一年左右。

　铁路通信可参照此时间， 但与厂家的开发力度和商用需求有关。２． ５试验周期公网的经验：

　标准成熟到产品至少需要一年左右时间。

　考虑铁路通信的可靠性和安全性要求， 包括互联互通测试， 需要较长的试验周期， 国际上估计２０ １８ 年左右开展试验线， 我国不可能晚， 参照国际和国内Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 试验周期， 试验网约需要三年。２． ６ 设备维修改造周期Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统建设的巨大投资不能浪费， 当Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ系统大修期限来临时将是下一代铁路无线通信系统大量部署的最佳时机。

　我国铁路２０ ０ ９ 年开始批量投入使用Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统， 按１５年左右的大修周期估计， 在２０ ２４ 年将陆续进入大修。

　在这之前下一代铁路移动通信系统要做好上线使用的准备。２． ７Ｇ Ｓ Ｍ —Ｆ Ｉ产品周期如果厂家不再进行技术支持， 备件得不到供应，． ． ４３． ．万方数据

　Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统将无法继续运营， 这在铁路通信产品中已经比较常见。３演进路线图建议为保护铁路既有投资和充分利用Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统既有资源， 初步预计我国铁路在２０ ２０ 年开始部署下一代铁路移动通信系统， 但不排除局部地区提前部署类似系统作为现有无线通信系统的补充。

　Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统向下一代铁路移动通信系统演进阶段、 时间建议及路线预测见图２。图２ Ｇ Ｓ Ｍ － Ｒ 系统向下一代演进建议路线３． １标准制订或技术准备阶段现在至２０ １６ 年， 跟踪和研究国际下一代铁路移动通信系统标准， 研究其关键技术， 着手制订我国下一代移动通信技术体制和相关规范。

　特别是技术体制， 如选择频分双工（ Ｆ Ｄ Ｄ ）制式还是时分双工（ Ｔ Ｄ Ｄ ）制式，频率申请， 主要技术、 网络Ｑ ｏ Ｓ 指标、 编号方案等， 还要着手应用技术规范制定策划。

　此阶段可开展实验室测试。３． ２试验、 测试或设备准备阶段２０ １６ —２０ ２０ 年， Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 网络为主＋ 下一代移动通信试验网。

　跟踪国内和国际试验进展， 实时启动我国小范围独立的铁路Ｌ Ｔ Ｅ 系统建设试验， 包括主要业务承载试验及指标验证， 开展与Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 网络业务互联互通试验。预计我国铁路在２０ １７ 年左右开始建设试验网， 开展各类业务应用试验； 开始编制应用技术规范， 确定相关业务应用技术指标， 大量应用性科研及试验在此阶段完成；各类网络系统产品和终端产品在此阶段开始研制及成熟。３． ３下一代铁路移动通信系统商用开始阶段２０ ２０ － － ２０ ２５年， Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统和下一代移动通信系统． ４ ４ ．并存。

　下一代铁路移动通信系统（ 新系统）逐渐成熟，大力建设新系统。

　原则上不再新建Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 网络， 铁路建设新系统， 既有线改造考虑Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统和新系统混合组网， 重要业务仍Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统承担， 新业务和宽带业务由新系统承担， 减轻Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 网络负担。３． ４ 下一代铁路移动系统商用成熟阶段２０ ２５年以后， 逐渐淘汰Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统、 仅建设新系统阶段， 既有Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 设备全面进入大修期， Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 产品逐渐淘汰。４ 制式选择和频率申请在讨论铁路Ｌ Ｔ Ｅ 选择Ｆ Ｄ Ｄ 制式还是Ｔ Ｄ Ｄ 制式之前，首先要分析Ｆ Ｄ Ｄ 和Ｔ Ｄ Ｄ 制式的优缺点。（ １）Ｆ Ｄ Ｄ 制式必须使用成对的频率。

　在支持非对称数据业务时， 频谱利用率大为降低。

　而Ｔ Ｄ Ｄ 制式不需要成对的频率， 通信网络可根据实际情况灵活变换信道上下行的切换点， 有效提高了系统传输不对称业务的频谱利用率， 而且Ｔ Ｄ Ｄ 制式不需要使用成对频率这一特点也为频率申请提供了方便。（ ２ ）Ｆ Ｄ Ｄ 制式的系统支持最高移动速度可达５ ０ ０ｋ ｍ ／ｈ ， 而采用Ｔ Ｄ Ｄ 制式时移动速度在２０ ０ｋ ｍ ／ｈ 以上会有较为严重的恶化。

　两者相比， Ｔ Ｄ Ｄ 制式明显稍逊一筹。

　但目前通过研究和改进， Ｔ Ｄ Ｄ 制式在高速环境下的性能有所提高。（ ３）Ｔ Ｄ Ｄ 制式上、 下行工作于同一频率， 上、 下行电波传输的互易性使其很容易采用自适应波束赋形、预处理技术等， 提高了系统性能。

　由于高速移动信道时变特性， 使得利用信道互易性获得的增益在高速铁路环境下有所下降。（ ４ ）Ｔ Ｄ Ｄ 制式上、 下行需要转换时间， 增加了时间上的开销， 降低了频谱效率； Ｔ Ｄ Ｄ 制式中基站需要严格同步； Ｔ Ｄ Ｄ 制式的协议相｝＝ ｔＦ Ｄ Ｄ 制式更为复杂。（ ５）Ｔ Ｄ Ｄ Ｎ 式的干扰问题较Ｆ Ｄ Ｄ 制式更为复杂。Ｆ Ｄ Ｄ 制式中除邻近蜂窝区基站和本区基站之间的干扰，还存在邻区基站对本区移动机的干扰及邻区移动机对本区基站的干扰。

　在Ｔ Ｄ Ｄ 制式中存在邻区基站对本区基站、 邻区基站对本区移动机、 邻区移动机对本区基站及邻区移动机对本区移动机４ 项干扰。

　但随着新技术的不断出现， Ｔ Ｄ Ｄ 制式的抗干扰能力将有大幅度提高。万方数据

　（ ６ ）Ｔ Ｄ Ｄ 制式收、 发可以共用一套射频设备， 不需要收发隔离器。

　据测算， Ｔ Ｄ Ｄ 制式的基站设备成本比Ｆ Ｄ Ｄ 制式约低２０ ％～５０ ％。铁路Ｌ Ｔ Ｅ 系统选择Ｔ Ｄ Ｄ 制式还是Ｆ Ｄ Ｄ 制式还需要进一步研究和测试。

　选择Ｌ Ｔ Ｅ 双工制式， 对于我国铁路确实需要认真考虑， 这不仅是一个技术问题。

　因为Ｔ Ｄ Ｄ —Ｌ Ｔ Ｅ 的研究和开发主要从我国发起， 欧洲采用Ｔ Ｄ Ｄ —Ｌ Ｔ Ｅ作为铁路通信基础技术的可能性不大， 从国际发展趋势来看， 欧洲国家主导的Ｕ ＩＣ 倾向采用Ｆ Ｄ Ｄ 制式。

　而Ｔ Ｄ Ｄ制式具有我国自主知识产权， 要推动Ｕ ＩＣ 将Ｔ Ｄ Ｄ 制式纳入Ｌ Ｔ Ｅ —Ｒ 标准， 将Ｔ Ｄ Ｄ ｆ 耘ｔＪ式推向世界， 需要在行业主管部门领导下， 聚合科研院所和设备厂商， 共同开展基于Ｔ Ｄ Ｄ —Ｌ Ｔ Ｅ 制式的研究攻关， 并积极参与Ｕ ＩＣ 的Ｌ Ｔ Ｅ 标准化工作。Ｔ Ｄ Ｄ —Ｌ Ｔ Ｅ 具备使用非对称频段的优点， 如果我国铁路选用Ｔ Ｄ Ｄ —Ｌ Ｔ Ｅ 制式作为铁路下一代移动通信的技术体制， 比较符合我国国情， 容易获得国家政策支持， 申请频率也容易获批。

　但Ｔ Ｄ Ｄ 制式在高速移动环境下的性能还需要进一步验证， 与国际Ｆ Ｄ Ｄ 制式标准不能完全兼容， 需要开展更多的研究和试验工作。

　我国通信厂商在Ｔ Ｄ Ｄ 制式的研究和开发方面已经走在国际通信前列， 行业应用已经开始， 女Ｉ］Ｔ Ｄ Ｄ —Ｌ Ｔ Ｅ 已应用于郑州地铁、 朔黄铁路、 石油行业专网通信、 北京和天津政务网、 应急通信等。在频率申请方面， 由于铁路通信涉及铁路运行安全和运营效率， 建议申请专用频段。

　虽然国家无线电管理部门在多个场合提出， 专网频率利用率较运营商网络低很多， 对紧张的频率资源造成了极大浪费。

　各专用移动通信系统应采用共用基础设施， 建设虚拟专网的频率资源共享模式。

　但这不符合铁路运营需求， 铁路专网通信对可用性（ 网络覆盖的全面性）、 可靠性（ 抗故障能力、 数据传送的无错性）、 实时性方面均高于普通网络， 因此铁路无线通信应走专用网络的道路。

　从Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ系统建设和应用实践来看， 铁路频率专用十分必要。５结束语Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统向下一代铁路移动通信系统过渡是必然的发展趋势， Ｌ Ｔ Ｅ 成为最有可能的制式。

　对于我国铁路来说， 当初在Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统的研究方面相当滞后， 而欧洲开展了大量的研究工作， 制定了比较完善的Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统规范， 并开展了试验线的建设和测试。

　这些成果大多被我国铁路直接采用， 使我国省去了大量的研究工作和时间， 但存在明显不足， 不掌握一些规范和规定形成的深层次原因， 对一些关键参数的定义和参考值的选择， 无法知道其确切原因。

　我国通信企业参与Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统标准和产品开发也较晚， 导致我国铁路Ｇ Ｓ Ｍ —Ｒ 系统边应用、边完善。

　在下一代铁路标准制订、 试验方面我国与国际的差距不大， 因此我国应及时成立专门的研究机构， 按照路线图制订发展规划并开展工作， 做到研究、 开发、应用相适应。参考文献［ １】

　Ｕ ＩＣＰ ｒｏ ｊｅｃｔ Ｅ ＩＥ Ｅ Ｎ Ｅ ． Ｓ ｙ ｓｔｅ ｍ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ［ Ｓ］，２ ０ １ ０［ ２】

　Ｕ ＩＣ Ｐ ｒｏ ｊｅｃｔ Ｅ ＩＥ Ｅ Ｎ Ｅ ． Ｆ ｕ ｎ ｃ ｔｉｏ ｎ ａ ｌ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ［ Ｓ］，２ ０ １ Ｏ［ ５】

　科技运［ ２０ ０ ６ 】

　１２０ 号Ｇ Ｓ Ｍ － Ｒ 数字移动通信网技术体制（ 暂行）［ Ｓ 】［ ４】

　Ｋ ｌａ ｕ ｓ—Ｄ ｉｅｔｅｒＭ ＆ ｓｕｒ ， Ｄ ａ ｎ Ｍ ａ ｎ ｄ ｏ ｃ ． Ｌ Ｔ Ｅ ／ｓＡ Ｅ —Ｔ ｈ ｅＦ ｕ ｔｕ ｒ ｅ ］动，ｉｌｗ ａ ｙ Ｍ ｏ ｂ ｉｌｅ Ｅ ａ ｄ ｉｏＳ ｙ ｓｔｅｍ ［ Ｅ 】

　． Ｖ ｅｒ０． ４． Ｌ ｏ ｎｇ － － Ｔ ｅｒｍＶ ｉｓｉｏ ｎ ｓｏ ｎＲ ａ ｉｌｗ ａ ｙＭ ｏ ｂ ｉｌｅＲ ａ ｄ ｉｏＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌｏ ｇ ｉｅ ｓＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉｃ ａ ｌＰ ｏ ｅ ｐ ｏ ｒ ｔ， ２ ０ ０ ９责任编辑陈晓云收稿日期２０ １５ － ０ ５ － １ ９． ． ４５． ．万方数据

篇八：铁路新一代移动通信的挑战与思考

通讯及安全 本栏目责任编辑：代 影Computer Knowledge and Technology 电脑知识 与技术 第12卷第21期 (2016年7月)当前高速铁路移动通信系统关键技术的演进及发展探析张仁美（贵州轻工职业技术学院，贵州 贵阳 550002）摘要：高速铁路自诞生之日起，就伴随着对移动通信的承载需求，一部分需求来自高速列车的列车控制与调度系统，这是高速列车的核心；另一部分来自于乘客需求。在过去，GSM-R技术是比较主流的高速铁路移动通信技术，除此之外，国外比较有代表性的还有TGV和ICE等应用的移动通信系统。我国高速铁路移动通信技术的发展并没有经过很长时间，但目前正考虑取代GSM-R技术的移动通信关键技术。未来，随着5G时代的临近，基于5G的高速铁路移动通信技术将成为发展趋势，而高速铁路无线网络接入系统也将在不久的将来投入运营。关键词：高速铁路；移动通信；现状；演进；发展中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2016)21-0063-021 国内外高速铁路移动通信技术发展现状1.1 国外发展现状目前，国外比较先进的高速轮轨交通系统通常采用高速列车移动通信系统，除了为列车提供必要的控制及合理调度之外，还面向旅客，使旅客能够通过此系统接入互联网。最常用的技术为GSM-R（综合专用数字移动通信系统），此外，还有ICE（城际快车）和TGV（高速列车）以及新干线所采用的的移动通信技术也比较具有代表性。目前最主流的移动通信技术还是GSM-R，此技术来自于欧洲先进国家，最开始被部署于北欧及南欧主要国家，目前主要采用此技术的国家和地区除了欧洲主要国家外，还包括中国和印度。1.2 国内发展现状就目前来看，国内仍主要采用GSM-R技术，此技术初期被应用于青藏线、大秦线以及胶济线等线路上，后来又被应用于各大动车和高铁线路和重载线路。除GSM-R技术外，还应用了LTE-R（长期演进移动通信系统）技术，此技术主要被应用在朔黄重载铁路线上，也就是承载列车级车同步操控数据的列车控制业务传输。至于中国台湾地区则主要采用WiMax（全球微波互联接入）技术，但此技术已经不符合当前主流，因此正考虑采取LTE-R技术取代WiMax技术。2 高速铁路移动通信技术的演进2.1 专用移动通信系统的发展高速铁路专用移动通信系统是为适应当前铁路提速潮流而生的通信系统，不可否认的是，GSM-R在曾经很长的一段时间内都起到了至关重要的作用，长期以来，高速铁路移动通信系统都是以商务化的、成熟的GSM-R系统为技术标准，它有效提高了高速铁路的运营管理效率，并节省了大量建设及运营成本。但不管怎么说，此技术毕竟是来自于上世纪末的通信技术，虽然在多年时间里都可以适应高速铁路的通信要求，但随着高速铁路在运行速度方面的显著提升，到如今GSM-R技术已经无法有效应对复杂的高速铁路运行状况，目前，GSM-R技术已经开始暴露出大量的缺陷，并且由于其技术瓶颈无法突破，技术升级也变得不现实。并且，GSM-R已经难以承载高速铁路将来智能调度和视频监控等高数据速率业务 [1] 。为了解决这一现状，各厂商已经开始部署未来几年内GSM-R技术的演进战略，至多在2025年，GSM-R技术相关设备的升级与维护工作将完全停止。2.2 专用移动通信系统关键技术列车控制和列车调度业务是高速铁路移动通信系统的主要业务范围，但高速铁路将来的智能化调度和视频监控等高数据速率业务将成为主要服务内容，并且还将拓展针对旅客的服务。信息安全是将来专用移动通信技术的关键技术之一，如果不能彻底处理好安全问题，那么高速铁路将难以实现面向旅客的服务基础，从而无法实现更大程度的盈利。在GSM-R演进至LTE-R的过程中，有几个关键的技术应用是值得深入探讨的：第一是高速铁路的移动传播信道建模；第二是信道估计与建模、多普勒频移估计与补偿；第三，信道状态信息；第四，移动性管理；第五，干扰抑制以及抗干扰技术；第六，多天线及智能天线技术；第七，QoS（端至端）保证机制。3 高速铁路移动通信技术的发展3.1 基于5G的高速铁路移动通信技术1）基于5G的高速铁路无线信道建模以现在的技术水平来看，高速铁路在运行环境方面，对散射环境的要求并不复杂，并且多径数量也很少，LOS（服务水平）特征性较明显。显著地LOS特征就意味着更小的多径时延扩展或者更宽的想干宽带，也就是说通信环境将更优质。当然，移动速度过快将极大地增强多普勒频移的情况，但LOS依然可以显著降低这一现象。2）基于分布式网络和云的架构收稿日期：2016-07-05作者简介：张仁美（1986—），女，云南昭通人，助教，学士，研究方向：通信技术。E-mail: jslt@dnzs.net.cnhttp://www.dnzs.net.cnTel:+86-551-65690963 65690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识 与技术Vol.12, No.21, July 201663DOI：10.14004/j.cnki.ckt.2016.2862

　网络出版时间：2016-08-31 15:25:07网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1205.TP.20160831.1525.060.html

　本栏目责任编辑：代 影网络通讯及安全Computer Knowledge and Technology 电脑知识 与技术 第12卷第21期 (2016年7月)当前网络基站的实际资源使用率非常低，基站的位置决定了资源的使用状况，在高速铁路的环境中会产生相当显著的潮汐效应。而为了保证铁路在运行状态下的安全性，只能采取较大时间间隔发车的方法，如此一来，在同时段内，同一线路上运行的列车数量就会非常少，浪费资源。采用云无线接入网络架构就能有效解决这一难题，它的主要思想是集中基站间共用的资源到某一基带处理池中，然后集中控制这些资源。3）控制面和用户面分离如图1所示，一般情况下，服务基站和接入用户之间会存在两个平面的连接，也就是控制面和用户面，在这之中，控制面是承载用户与接入网的控制指令的，而用户面则是处理业务数据传输功能的。当控制面的覆盖范围能够满足移动范围时，用户整体的移动性就都得到了保障。所以，在此结构中，用户的控制面会被保留于低频频段，因为次频段具备优质的传输性能，并且覆盖的范围也非常广泛。

　[2] 。可是如果要考虑成本问题，这一频段也可以采取利用LTE-R遗留频段的方法已达到目的，但同时真正的用户面就应被搬离出去。应将数据的承载者放置在高频段处，以此扩大系统的容量。图1 基于控制面和用户面分离的异构高速铁路无线网4）频谱融合的异构网技术就目前来看，可以采用增强频谱效率或扩大系统带宽的方式来提升系统所需的容量，当然，在这两种方法当中，采用扩大系统带宽的方法当然是最简单有效的。当然，合理利用非许可证频段是5G高速铁路移动通信增加带宽并提升系统容量的主要方法。此技术可能会遇到一些比较严重的挑战，例如协调方案受到干扰等，为妥善处理这一问题，建议分为两步进行，第一步，进行信道质量检测，检测应在接收端完成；第二步，对信道进行筛选，选择出满足最低要求的信道。5）多天线及分布式天线技术目前比较可行的方案为：大幅度增添车载台的天线阵列组数量，然后合并信号，此后再将不同组别天线阵列的权重进行适当调整，通过这种方法可以将不同天线阵列之间的关联性作改变。经过这些调整之后，LOS就能在高速铁路的环境下显著提升其系统容量。当前，高速铁路移动通信所要面对的最严重的问题就在于越区切换，如果进行频繁的越区切换不利于列车运行安全，因此，应采取分布式天线的技术，以尽可能减少切换次数。6）多普勒效应及快速切换技术在高速铁路运行时，频繁切换是引起失误的主要原因，为此，高速铁路的移动通信系统应该采用中断时长短的快速切换技术 [3] ，此外，群切换也会存在一定问题，而这一技术应能够一并解决。以当下的情况来看，最好采用基于双播的切换方案。3.2 高速铁路旅客无线网络接入系统将高速铁路移动通信技术面向旅客服务，除了方便和丰富旅客的车上生活以外，还能为该系统创造更大的收益。但是，普通旅客的手机设备是难以处理这样复杂的信号的，并且，即使可以处理，也需要较大功率，而这并不是普通手机所具备的，因此，采用将手机设备直接接入专用移动网络的方法是不可取的。可以重新建立起下车地间宽带数据接入移动数据传输链路，在车内安装WiFi等系统，为旅客提供安全稳定的移动网络服务。4 结语总之，我国在高铁的硬件建设方面虽然领先全球，但对于高速铁路移动通信技术的掌握还不够成熟，因此，我国应具有一定的前瞻性，尽快研发更安全可靠、传输性能更优质的专用移动通信技术。参考文献：[1] 李顺熠. 对中国铁路移动通信系统演进的认识[J]. 电子世界, 2014, 36(4).[2] 方旭明, 崔亚平, 闫莉，等. 高速铁路移动通信系统关键技术的演进与发展[J]. 电子与信息学报, 2015, 37(1).[3] 薛晓勇. 高速铁路移动通信系统关键技术的演进与发展[J].信息通信, 2015, 29(9).64

篇九：铁路新一代移动通信的挑战与思考

技术创新TECHNOLOGICAL

　INNOVATION大秦铁路下一代移动通信系统建设方案探讨王 芳 1 ，任 和 2(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．中国铁路太原局集团有限公司电务部，太原 030013)摘要 ：从必要性、可行性、系统制式、网络架构、互联互通及工作方式等方面探讨大秦铁路下一代移动通信系统建设方案。关键词 ：下一代 ；系统 ；建设中图分类号 ：U285.5

　文献标志码 ：A

　 文章编号 ：1673-4440(2020)10-0037-04Discussion on Construction Scheme of Next Generation Mobile Communication System of Daqin RailwayWang Fang 1 ,

　Ren He 2（1. CRSC Research & Design Institute Group Co., Ltd, Beijing 100070, China）（2. Signal & Telecomm Department, China Railway Taiyuan Group Co., Ltd., Taiyuan 030013, China）Abstract: This paper discusses the construction scheme for the next generation mobile communication system of Datong-Qinhuangdao Railway from the aspects of necessity, feasibility, system, network architecture, interconnection and working mode, etc.Keywords: next generation; system; constructionDOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2020.10.0091　建设必要性大秦线是国内第一条开行重载组合列车的双线电气化铁路，是为西煤东运而修建的运煤专用干线铁路，其运量逐年增长，目前年运量达 4.5 亿 t。大秦铁路专用移动通信系统为重载组合列车机车同步操控提供车地无线通信传输通道，为大秦线运输生产指挥提供有力的通信保障。大秦铁路现有专用移动通信通过铁路数字移动通信系统（GSM-R）实现，其无线子系统采用同站址双基站覆盖方式，机车同步操控业务对无线信道需求量较大，目前的 GSM-R 网络基站间距小，基站载频数量配置较多，且同站址双基站采用相同数量的频率配置，频率利用非常紧凑，没有预留频点，这给大秦线本身及邻近 GSM-R 线路的频率规划和优化带来相当大的难度。大秦线 GSM-R 无线子系统 A、B 网分别于2004 年和 2006 年建设完成，2009 年进行 4 亿 t补强，加密基站，A 网于 2018 年完成了设备更新改造。B 网无线设备已到更新改造年限，探讨更新改造时采用的系统制式及组网方案已提上日程，综合考虑 GSM-R 系统的生命周期及大秦线既有和新业务的需求，B 网适合改造成铁路下一代移动通信基金项目 ：

　中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划系统性重大课题项目（P2018X011）铁路通信信号工程技术(RSCE)

　2020年10月，第17卷第10期

　38T技术创新ECHNOLOGICAL

　INNOVATION系统。2　建设可行性2015 年，中国铁路启动了对铁路下一代移动通信的技术研究，于 2018 年发布了《铁路下一代移动通信业务和功能需求暂行规范》及 LTE-R 系统需求及组网技术要求，并进行了高速铁路线上试验验证，同年，中国国家铁路集团有限公司开始铁路5 G 移动通信应用技术研究，对 5 G 技术在国内外的发展现状和走向，5 G 适用于铁路典型工作场景的切片技术、频谱效率、边缘计算等关键技术及技术指标，5 G 技术适合铁路使用的应用场景等方面开展深入研究。2019 年，开始 2.1 GHz 频段频率的研究及申请工作，计划 2021 年中期发布铁路 5 G业务和功能需求、系统需求及工程建设暂行规范，并争取在 2022 年开始建设试验线。综上，应积极探讨大秦铁路下一代移动通信系统建设方案，为将来的工程实施做好技术准备。3　系统制式考虑到 5 G 技术成熟时间与欧洲铁路通信的规划相适应，欧盟已计划采用 5 G 技术作为下一代移动通信系统的技术演进路线。随着 5G 成为国内“新基建”的重点之一，铁路下一代移动通信系统如采用 5 G 技术，将为铁路带来新的发展契机，并可带动铁路沿线整个 5 G 产业的发展。本论文以 5G系统为例，探讨大秦铁路下一代移动通信系统的建设方案。4　网络架构4.1　系统构成大秦线 5 G 专网系统应包括核心网、无线接入网（RAN）、用户设备（UE）及运营与支撑系统（OSS）4 部分。核心网采用服务化网络架构及软件定义网络 /网络功能虚拟化（SDN/NFV）技术，具有业务虚拟隔离（网络切片）、转发与控制分离、功能分布式部署、基础设施云化等核心特征。RAN 由基站（gNB）构成。UE 由移动设备（ME）和通用用户识别模块（USIM）构成，包括机车综合无线通信设备（CIR）、作业手持台（OPH）、通用手持台（GPH）及其他类型的终端。OSS 由网络管理、信令与业务数据监测、数据及 USIM 卡管理、终端安全管控、其他功能等设备构成。大秦线 5G 专网系统构成如图 1 所示。4.2　系统组网1）核心网考虑中国国家铁路集团有限公司的用户规模和管理体制等因素，全路宜统一建设 5 G 专网核心网。5 G 核心（5GC）原生支持（NFV），因此5GC 网络应采用云化方式部署，实现资源的统一编排、灵活共享。对于核心网组网，可以采用大区集中与按局集团公司部署两种方式。第一，大区集中式组网。核心网控制面功能网元遵循虚拟化、大容量、少局所、集中化原则，集中部署在大区数据中心，全路可设置若干个大区，每个大区负责若干个局集团公司的 5 G 专网业务，局集团公司层面部署用户面功能（UPF）网元，UPF 基于业务应用场景，分层部署在局集团公司、枢纽、站场层面。第二，按局集团公司组网。集中设置全路共用设备，5GC 控制面功能网元部署在各局集团公司。用户面功能（UPF）网元基于业务应用场景，部署在局集团公司、枢纽、站场层面。方案比选 ：大区集中式组网架构的优势在于集约和统一，包括核心控制面功能网元统一部署与管理，信令处理资源共享和全国性业务统一制定发放 ；同时，控制面功能网元高度集中将有助于减少 UE移动过程中接入管理功能 / 会话管理功能（AMF/SMF）重选带来的性能影响。但是，大区集中式组网也存在不足和挑战，首先，控制面高度集中将直接影响控制面时延性能，可能无法满足低时延业务需求 ；其次，控制面功能网元高度集中需要大量的承载网资源 ；最后，对容灾提出了较高的要求。以局集团公司为单位统一建设局核心网，与中国铁路生产组织架构相适应，可以沿用现有运维管理模式及经验，各局可灵活开展业务，但资源利用率相对较低。铁路通信信号工程技术(RSCE) 　2020年10月

　39技术创新TECHNOLOGICAL

　INNOVATION2）无线接入网估算小区边缘吞吐量进行链路预算，并进行空间波和漏缆覆盖预测，可得出理论上的基站间距。对于大秦线来说，如果能利用既有 GSM-R 基站站址进行 5G 专网系统的无线覆盖，无疑是比较理想的，既可以节省投资，又可以加快更新改造进度。大秦线正线 653 km，建有 153 处 GSM-R 基站，平均基站间距为 4.3 km，采用 2.1 GHz 频段、2×10 MHz 系统带宽、频分双工（FDD）制式部署 5 G 基站时，如果完全利用既有 GSM-R 基站站址，不考虑新增站址，在终端发射功率为 200 mW的情况下，需要以牺牲小区边缘速率为代价，即在小区边缘，5G 系统只能承载与行车相关的业务及部分重要的运营及维护应用，可能无法承载相关的视频应用。5G 系统主要采用分布式基站，对于 2.1 GHz频段，目前主要提供基带单元（BBU）+ 射频拉远单元（RRU）+ 传统天线形态的基站设备。大秦线5 G 专网系统无线接入网组网需要考虑诸多因素，既有 GSM-R 无线覆盖采用同站址双基站冗余方式，将 GSM-R 无线子系统 B 网更新改造为 5G 系统后，5 G 系统本身采用冗余组网方式，还是与刚刚更新改造完的 GSM-R 无线子系统 A 网形成冗余覆盖，需要进一步分析论证。如果考虑与既有 GSM-R 系统形成冗余，则 5 G 系统基站配置只要满足“任一单板或模块故障时 gNB 仍能提供服务”的要求，采用非冗余组网即可。非冗余组网可以有两种方式，一种为一套 BBU 带一套 RRU，同址设置，将分布式基站比照宏基站对待进行部署，这种方式需要的BBU 及相应的承载网设备多、投资高，但网络可靠性高 ；另一种方式为一套 BBU 带多套 RRU，RRU分布式部署，BBU 与 RRU 之间环型组网，这种方式需要较少的 BBU 及相应的承载网设备，但 BBU与拉远的 RRU 之间需要较多的光纤资源，投资低，网络可靠性较高。如果考虑 5 G 系统建成以后，既有 GSM-R 无线子系统 A 网逐步退网，则 5 G 无线接入网需要冗余组网。在 2×10 MHz 系统带宽条件下，可以考虑单基站冗余组网或单 RRU 冗余组网，这种组网方式可靠性高 ；也可以考虑跨 BBU 冗余组网，跨BBU 冗余组网可以是比照宏基站部署形式，也可以是分布式部署形式，这种组网方式主、辅 BBU 需要同站址部署，因此可靠性较高。但目前 5 G 系统设备厂家尚不支持跨 BBU 冗余组网方式，需要根据铁路需求定制开发。图�　大秦线�G专网系统构成示意图Fig.1

　Schematic diagram of 5G private network system composition for Datong-Qinhuangdao railway应用业务系统大宽带低时延需求应用业务系统MEC应用业务系统应用业务统一接入平台�G专网系统核心网智能网GSM-R系统调度通信系统公众电信网其他通信系统信令与业务数据监测数据及USIM卡管理运营与支撑�GC(控制面网元/用户面网元）RAN无线接入网网络管理终端安全管控其他功能用户设备说明：图中虚线框设备标识其他系统设备。UENo.10　王　芳，任　和：大秦铁路下一代移动通信系统建设方案探讨

　40T技术创新ECHNOLOGICAL

　INNOVATION5　互联互通新建的 5 G 专网系统需要与既有的铁路有线调度通信系统互联，实现有线、无线统一调度，互联通过核心网设置的网关设备完成，调度交换机侧利用既有类型的接口互联，不需要对既有调度系统进行升级改造。5 G 专网系统需要与既有的 GSM-R 系统互联，实现两个系统用户之间的通信，同样，互联通过核心网设置的网关设备完成，移动交换中心（MSC）侧利用既有类型的接口互联，不需要对既有 GSM-R系统进行升级改造。5 G 专网系统与既有调度集中（CTC）系统的互联，可以通过既有 GPRS 接口服务器（GRIS）设备完成，需要对既有 GRIS 进行硬件改造，同时需对其部分软件和配置数据进行修改。当采用 5 G 专网系统承载机车同步操控及可控列尾业务时，机车同步操控信息传送系统侧理论上可不再设置地面接入节点（AN）设备。当仍考虑设置 AN 时，同一台 AN 设备可同时与 5 G 专网系统及 GSM-R 系统互联，同时处理分别由 5 G 专网系统和 GSM-R 系统承载的机车同步操控及可控列尾业务。对于同一列组合列车的主控和从控机车，当部分由 5 G 承载业务，部分由 GSM-R 承载业务时，能否实现通信，有待试验验证。5 G 专网系统可通过既有 GRIS 设备与 AN 设备互联，也可新设应用业务统一接入平台实现与 AN 及 CTC 设备的互联。大秦线单元列车需要实现双模货物列车尾部安全防护信息传送，双模列尾系统的设备主要包括列尾机车台、列尾主机，以及机车车号确认仪、列尾主机检测台、出入库检测设备等，这些设备都是作为 5 G 专网系统的用户设备在工作，在 5 G 核心网侧不存在与双模列尾系统的互联互通。5 G 专网系统建成以后，可以承载之前 GSM-R系统无法承载的宽带业务，如车载监测信息传送。车载监测信息可以通过车载宽带综合传输平台（WTP）实现，此平台在地面设置监测信息 GPRS接口服务器（M-GRIS），5 G 专网系统的 UPF 设备与 M-GRIS 互联，M-GRIS 与 WTP 系统的地面接入网关互联，地面接入网关与业务系统地面设备互联，进而实现 WTP 通过 5 G 专网系统与业务系统地面设备之间的信息交互。可考虑在湖东、柳村南等编组场设置边缘核心，将 UPF 下沉，并设置移动边缘计算平台（MEC），满足编组场大容量低时延应用业务需求，边缘核心通过 MEC 与编组场的应用业务系统互联。6　工作方式在 5 G 专网系统与 GSM-R 系统共存的情况下，如何实现两个系统正常情况时，其中一个系统满载、检修、升级或故障时应用业务的承载，是需要探讨的问题。要实现 5 G 专网系统与 GSM-R 系统之间的冗余备份，首先，用户设备需要采用双模终端，支持两种系统制式 5 G/GSM-R，双模终端包括手持台、CIR、机车同步操控车载通信单元（OCU）、可控列尾等，对于 WTP，除了支持 5 G/GSM-R，还将支持公网 3 G/4 G/5 G 等通信模式。其次，在核心网侧，应用业务系统地面设备需要同时与 5 G 和GSM-R 两个系统互联。5 G 与 GSM-R 两个系统可以工作于主备方式，即正常情况下，所有应用业务由 5 G 专网系统承载，当 5 G 某一处基站故障，此基站下的手持台、CIR、WTP 等终端正在进行的业务将中断，但随即终端将注册到 GSM-R 系统，在 GSM-R 网络下开展业务，当终端运行到 5 G 系统下一处正常的基站，可通过配置，返回 5 G 系统工作，或继续工作于 GSM-R 系统。对于 OCU 和可控列尾等涉及行车安全的终端，则需要双模同时工作，应用业务系统同时接收来自 5 G 和 GSM-R 系统传送的应用业务信息，并优先使用 5G 系统传送的信息。参考文献[1] 中国铁路总公司 . 铁总工电 [2018]219 号 关于印发《铁路下一代移动通信业务和功能需求暂行规范》的通知 [S]. 北京 ：中国铁路总公司，2018.（下转 47页）铁路通信信号工程技术(RSCE) 　2020年10月

　47技术创新TECHNOLOGICAL

　INNOVATION[3] 刘文红 . 铁路现场作业智能化管理系统 [J]. 中国铁路，2016(5) ：102-105.Liu Wenhong. Intelligent Management System for In-situ Railway Operation[J]. Chinese Railways, 2016(5): 102-105.[4] 张亚强 . 铁路工务系统现场作业安全管理措施探讨 [J]. 铁路技术创新，2017(2) ：96-99.Zhang Yaqiang. On Safety Management Measures for On-Site Operation of Railway Track Maintenance System[J]. Railway Technical Innovati...

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