周 弘

（中國鐵建電氣化局集團第五工程有限公司，四川 成都 610000）

我國鐵路應用無線電技術較早，鐵路專用移動通信技術主要包括無線調(diào)度通信、站場無線通信、無線對講以及有線通信等技術。為適應未來鐵路發(fā)展趨勢，在列車調(diào)度通信、列車運行自動控制、列車機車同步控制等系統(tǒng)中，應科學運用鐵路專用通信技術，為鐵路各種控制系統(tǒng)提供安全保障。

1 鐵路專用通信技術發(fā)展背景

我國鐵路歷經(jīng)多年發(fā)展，鐵路專用移動通信技術逐漸成熟，移動通信技術與新建鐵路同步建設，在逐年改造普速鐵路移動通信系統(tǒng)的同時，全國鐵路專用移動通信技術應用范圍越來越廣。鐵路專用移動通信技術廣泛應用在列車自動識別、列車尾部風壓檢測、衛(wèi)星導航定位、站場列車調(diào)度通信、編組站自動化、編組列車速度檢測、列車安全防護報警、列車接近預警、道口安全預警、施工防護報警、應急通信等方面。鐵路專用無線電頻率或移動通信網(wǎng)絡，可以大大提高鐵路系統(tǒng)的安全性。目前我國鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，為鐵路專用移動通信技術應用帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。鐵路專用移動通信技術為鐵路不同線路通訊工作提供了技術保障，提高了車輛自動控制系統(tǒng)的應用效果[1]。

2 鐵路移動通信中存在的問題

2.1 頻率資源有限利用率低

在科學技術迅速發(fā)展的背景下，鐵路建設對移動通信技術的需求也在不斷發(fā)展，但鐵路有限的頻率資源利用率較低，存在一些浪費現(xiàn)象。在鐵路建設、線路維修時，不同部門擁有獨立的對講系統(tǒng)，難以最大程度地發(fā)揮頻率資源的價值。一些大型鐵路車站采用的頻點相同，存在嚴重的相同頻點干擾問題，不利于充分發(fā)揮頻率資源價值，甚至影響列車運行。

2.2 無線列調(diào)系統(tǒng)具有局限性

同頻對講系統(tǒng)的無線對講設備通常容量小，可靠性較差，使用功能單一且具有一定的局限性。無線對講設備使用中，同頻干擾問題嚴重，而且較強的信號會抑制其他信號，造成阻塞問題，當發(fā)生緊急情況時，通信阻塞會對列車安全造成嚴重影響。在車機聯(lián)控過程中，車輛人員、機車組等不同部門都擁有手持臺，無線通話的加入缺乏限制條件，同頻干擾問題十分不利于列車管理工作。列車移動終端較多，其調(diào)度頻率也可能影響列車安全行駛。另外，列車無線對講是單信道系統(tǒng)，在列車運行高峰期，不僅要進行機車聯(lián)控調(diào)控，還需要調(diào)度車輛車次、分管運輸?shù)?，頻率干擾影響機車自動控制的安全性和可靠性[2]。

2.3 無法滿足列車運行的數(shù)據(jù)傳輸需求

我國鐵路發(fā)展的趨勢是現(xiàn)代化和智能化，列車運行調(diào)度指揮中需要準確采集列車車次、車輛行駛速度以及運行狀態(tài)等信息，并及時進行處理，以便發(fā)揮移動通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾饔?。但是傳統(tǒng)的鐵路系統(tǒng)無線通信技術沒有數(shù)據(jù)傳輸功能，不能適應鐵路系統(tǒng)未來發(fā)展要求。

3 鐵路專用移動通信技術應用

3.1 鐵路專用移動通信技術應用場景

結合列車運行線路，采用專用移動通信技術可以實現(xiàn)車輛的有效控制，為鐵路運營提供列車調(diào)度和相關預警服務。鐵路專用移動通信技術在火車站的應用場景主要包括貨運中心、客站以及列車調(diào)度等，可以進行語音服務、監(jiān)測檢測以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。在鐵路線路的應用主要是傳遞列車位置、養(yǎng)護、維修、交互等數(shù)據(jù)。

3.2 鐵路業(yè)務方面的應用

在列車專用移動通信系統(tǒng)可以實時監(jiān)測列車運行情況，實現(xiàn)列車運行情況和運行數(shù)據(jù)的高效傳遞，為列車工作人員提供語音服務，為乘客提供便利的出行方式，提升交通行業(yè)的發(fā)展水平和現(xiàn)代化程度。在列車行車過程中，鐵路專用移動通信系統(tǒng)可以為列車運行控制、車輛調(diào)度、安全防護等鐵路業(yè)務提供通信服務；在鐵路運營和維護過程中，鐵路專用移動通信系統(tǒng)為車輛行駛、設備監(jiān)測檢測、車輛運輸、車輛養(yǎng)護等提供數(shù)據(jù)傳輸服務；在為乘客服務過程中，鐵路專用移動通信系統(tǒng)為乘客提供信息查詢服務和安全保障，提高乘客滿意度和鐵路系統(tǒng)服務水平。

3.3 電波和信息傳輸方面的應用

在鐵路電波和信息傳輸時，鐵路專用移動通信系統(tǒng)的高頻率信號傳輸具有資源豐富、承載信號多、傳輸效率高的突出特點。但低頻率信號傳輸路徑損耗較低、承載能力較差，在傳輸距離遠時可能發(fā)生寬帶資源緊張的情況。應結合鐵路實際的業(yè)務要求和業(yè)務特點，確定電波和信息傳輸頻率?；陔姴▊鬏斃碚?，一般情況下選擇1 000 Hz以下的電波傳輸頻率適合目前鐵路系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，在工作實踐中可以越區(qū)轉(zhuǎn)換以確保鐵路通信系統(tǒng)的服務質(zhì)量。建設基站時，控制基站和火車站距離約7 m，確保基站和高鐵距離約3 m。隨著移動通信技術的不斷進步，在5G時代鐵路通信系統(tǒng)將不斷采用更高的傳輸頻率，電波和信息傳輸距離將逐漸變小，同時基站密度會不斷大。但是在鐵路線路的隧道部分，地理環(huán)境特殊，高頻波使用效果較差。根據(jù)電波傳播特性，合理選擇電波頻率，有效控制傳輸路徑的損耗。較遠的傳播距離會增加多普勒頻移，因為高頻率寬帶資源相對豐富，其承載能力較強。頻率較小時，路徑損耗小，可以有效增加信息傳輸距離。

3.4 網(wǎng)絡方面的應用

鐵路調(diào)度中心應結合列車行車要求、通信頻率、鐵路業(yè)務等方面，進行統(tǒng)一的工作規(guī)劃，促進鐵路專用移動通信網(wǎng)絡的規(guī)范化管理，實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)網(wǎng)絡的互聯(lián)互通，為各種車載通信設備提供有效的網(wǎng)絡支持，實現(xiàn)列車跨局指揮和通信網(wǎng)絡服務。由于無線電頻率資源有限，難以同時滿足鐵路各部門的無線通信需求，為有效預防鐵路通信網(wǎng)絡安全問題，可以采用公眾移動通信網(wǎng)絡，以彌補鐵路專用通信網(wǎng)絡的不足。

3.5 技術方面的應用

我國移動通信技術發(fā)展迅速、技術成熟，網(wǎng)絡速度峰值可達1 000 Mbps。5G技術加強和延伸了4G技術，并提高了網(wǎng)絡傳輸速度，加強了列車各部門聯(lián)系。5G技術不僅提高了信號接收速度，還提升了通信系統(tǒng)的容量和效率，但需要增加天線數(shù)量。高效利用密集的無線基站，可以提升資源利用效果。通過高頻和低頻信號的混合，在增加低頻覆蓋率的同時，充分發(fā)揮高頻優(yōu)勢，實現(xiàn)列車、乘客、線路的聯(lián)網(wǎng)互通。在應用過程中，專用移動通信技術加強了鐵路不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效果，注重用戶移動通信體驗，實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)智能化通信。

該技術不僅擴大了鐵路移動通信的覆蓋區(qū)域，還可為熱點區(qū)域和用戶提供更高效便捷的數(shù)據(jù)傳輸服務，具有高效的傳播速度和流量[3]。

4 鐵路專用移動通信技術發(fā)展的創(chuàng)新思路

4.1 堅持自主創(chuàng)新

鐵路專用移動通信技術應符合我國鐵路未來發(fā)展要求，在產(chǎn)品開發(fā)、技術標準等方面持續(xù)保持國際先進水平。在鐵路移動通信技術發(fā)展中堅持自主創(chuàng)新，開展相關通信技術的研究和標準體系建設工作，不斷提高鐵路專用移動通信技術的應用效果，保持我國鐵路系統(tǒng)的整體領先水平，促進鐵路通信技術的不斷提高，擴大我國鐵路裝備的國際市場份額和影響力。

4.2 專用移動通信頻率

我國鐵路運輸線路點多線長，鐵路專用移動通信網(wǎng)絡應完全覆蓋列車行駛線路、火車站以及貨運中心等，以滿足各類鐵路業(yè)務應用要求，支撐鐵路系統(tǒng)的安全運營。科學規(guī)劃鐵路專用移動通信頻率，可以解決列車運行過程的通信需求，滿足旅客服務、貨運等業(yè)務應用要求。結合鐵路移動通信應用場景，確定合理的鐵路專用移動通信頻率，同時應充分考慮我國移動通信系統(tǒng)的頻率，解決無線電系統(tǒng)的頻率兼容和共存問題，預防鐵路專用移動通信頻率干擾現(xiàn)象。

4.3 健全技術標準體系

我國鐵路專用移動通信技術成熟，處于國際先進水平，具有明顯的競爭優(yōu)勢，可以有效控制鐵路通信系統(tǒng)的研發(fā)和應用成本，提高該技術的經(jīng)濟價值。健全鐵路專用移動通信技術標準體系，可為鐵路系統(tǒng)長遠發(fā)展提供技術基礎，保持我國鐵路通信技術的先進性和經(jīng)濟性。在鐵路移動通信系統(tǒng)方案、產(chǎn)品研發(fā)、監(jiān)測檢測、互聯(lián)互通、客貨運輸、工程設計與驗收等方面，完善鐵路專用移動通信技術標準，加強鐵路通信技術標準體系建設。

4.4 創(chuàng)新關鍵技術

結合鐵路專用移動通信系統(tǒng)頻率，確定相關設備，并優(yōu)化和調(diào)整相關技術，同時創(chuàng)新關鍵技術。根據(jù)實際的頻段調(diào)整無線基站射頻濾波器及其相關軟件，提高信號接收質(zhì)量和抗干擾效果，實現(xiàn)不同通信系統(tǒng)的頻率兼容和共存。為滿足鐵路運營要求，優(yōu)化和創(chuàng)新鐵路通信技術，研發(fā)鐵路移動通信新產(chǎn)品。通過優(yōu)化和調(diào)整車載天線技術，開發(fā)鐵路寬帶車載天線新產(chǎn)品，合理控制天線數(shù)量，建設標準化的無線通信平臺。結合鐵路調(diào)度業(yè)務要求，研發(fā)鐵路通信網(wǎng)絡技術裝備，不斷創(chuàng)新關鍵技術以適應大數(shù)據(jù)時代發(fā)展要求，通過工作人員的智能手機終端、App應用等，實現(xiàn)鐵路專用移動通信技術的信息化建設和智能化應用。創(chuàng)新鐵路通信網(wǎng)絡建設方案，完善業(yè)務遷移、強化隧道信號等方案，加強鐵路通信系統(tǒng)規(guī)范化建設，為大規(guī)模技術推廣不斷積累經(jīng)驗[4]。

4.5 構建鐵路專用移動通信綜合平臺

根據(jù)鐵路通信系統(tǒng)建設經(jīng)驗，鐵路專用移動通信技術具有多樣化的應用場景、技術以及頻率等，構建鐵路專用移動通信綜合平臺，可提高鐵路系統(tǒng)運營安全性。傳統(tǒng)鐵路通信系統(tǒng)頻率資源有限、帶寬較小，現(xiàn)階段新老通信系統(tǒng)并存，全面改造難度較高，還需要大量時間和資金投入。通過鐵路專用移動通信技術應用和關鍵技術創(chuàng)新，采用異構技術、同構技術構建新型綜合平臺，整合公眾移動通信網(wǎng)絡和鐵路專用移動通信網(wǎng)絡，安全性要求較低的業(yè)務也可直接利用5G公網(wǎng)承載。綜合平臺融合無線局域網(wǎng)、超寬無線局域網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等不同技術的無線接入形式，形成一體化的鐵路專用移動通信綜合平臺。綜合平臺實現(xiàn)了不同移動通信數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)融合，可以為鐵路多種應用場景和不同業(yè)務提供通信服務。

4.6 營造良好發(fā)展環(huán)境

鐵路專用移動通信技術的科學發(fā)展需要科研單位和制造業(yè)的支持。鐵路專用通信技術發(fā)展需要聯(lián)合相關科研機構和企業(yè)，不斷突破鐵路通信核心技術，開發(fā)更多新裝備，提高鐵路通信技術的信息化水平和自主研發(fā)能力，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；ｈF路和電信部門加強合作，可彌補鐵路專用移動通信資源的不足，不斷豐富無線電頻率。鐵路通信網(wǎng)絡建設應提高異構網(wǎng)絡協(xié)同能力，為列車調(diào)度、應急通信、設備檢測、列車狀態(tài)等業(yè)務應用提供支撐，實現(xiàn)鐵路運行線路的全覆蓋。鐵路無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需要穩(wěn)定的環(huán)境，應做好通信網(wǎng)絡保護工作，確保鐵路運營安全。加強鐵路專用移動通信無線電頻率保護措施，加強無線電干擾監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)和解決無線電干擾問題，營造良好的鐵路通信環(huán)境。相關專家學者對鐵路通信技術理論研究，促進了我國鐵路通信技術的高質(zhì)量發(fā)展，提升了我國鐵路產(chǎn)業(yè)的國際地位，完善相關技術標準體系建設，提高了鐵路專用移動通信技術的可行性[5]。

5 結束語

綜上所述，為實現(xiàn)我國鐵路專用移動通信技術的創(chuàng)新發(fā)展，應基于我國成熟的鐵路通信技術，結合未來鐵路智能化發(fā)展趨勢，不斷優(yōu)化鐵路專用移動通信技術，滿足旅客服務、鐵路業(yè)務和應用場景等通信服務需求，提高鐵路專用通信系統(tǒng)的頻率資源利用率，創(chuàng)新鐵路通信關鍵技術，助力我國鐵路運輸事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?！?/p>