對中國鐵路移動通信系統(tǒng)演進的認識(全文)

1、對ZG鐵路移動通信系統(tǒng)演進的認識Summry：Withthedevelopmentofhigh-speedrilwy，thetrin-wysidebrodbnddteservicesbsedonpssengersisbecomingtheminprtofhigh-speedrilwybrodbndwirelessccessbusinesses.NowtheLTEtechnologyisnideltechnologyforthetrin-wysidebrodbndwirelesscommuniction.Itnotonlycnprovidethesfendrelibletrin-wysidebr

2、odbndwirelesscommuniction，butlsobethedirectionofthedevelopmentofthetrin-wysidebrodbndwirelesscommuniction.tthesmetime，ittllieswiththegrdultcticsndprocedurefromtheGSM-RtoLTE-RdefinedbytheInterntionlUnionofRilwys.Keyword：ChinRilwy;MobileCommuniction;brodbndwirelessccess;trin-wysidecommuniction;LTE1.概述

3、我國的鐵路事業(yè)正在以高速鐵路的建設(shè)為核心穩(wěn)步向前進展，目前我國的高速鐵路運營里程已經(jīng)居世界首位。根據(jù)調(diào)整后的中長期鐵路XX規(guī)劃，到20XX年，ZG高速鐵路運營里程將達到1.9萬公里，到20XX年，ZG鐵路營業(yè)里程將達到12萬公里以上，快速客運XX基本覆蓋ZG省會及50萬以上人口城市。同時，隨著各種社交XX絡(luò)平臺、移動多媒體技術(shù)的進展，鐵路乘客對于寬帶XX絡(luò)的需求越來越強烈。然而，在高速移動場景下（速度不低于300km/h），移動通信技術(shù)存在未能滿足用戶實際業(yè)務(wù)需求的情況。歸根到底是由于高速鐵路的特點給移動通信所帶來的巨大挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括：（1）由于高速移動帶來的多普勒效應(yīng)，造成接收成功率或

4、TOC o 1-5 h z 吞吐率下降;（2）由于高速列車獨特的車體材料及設(shè)計帶來信號的穿透損耗，接收信號場強大幅下降;（3）用戶多，需要的XX絡(luò)帶寬大，以CRH5型高速16節(jié)編組列車為例，其滿員人數(shù)為1244人，高速移動終端用戶集中分布在車內(nèi)，且隨著列車同步高速運動，用戶的切換、小區(qū)重選等行為都非常集中，無線XX絡(luò)資源的使用呈突發(fā)性;（4）高速移動使用戶經(jīng)過一個小區(qū)的時間往往很短，信令、業(yè)務(wù)時延對用戶在無線XX絡(luò)中的移動性能影響很大;短時間內(nèi)頻繁的小區(qū)間切換、重選等。（5）高速移動用戶呈鏈型帶狀分布。鐵路移動通信進展現(xiàn)狀專用移動通信目前我國的鐵路專用移動通信采納450MHz無線列調(diào)系統(tǒng)，并在

5、逐步向900MHzGSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)過渡。根據(jù)工信部無20XX157號文件要求，450MHz470MHz將作為IMT業(yè)務(wù)未來使用頻段而收回，“對于鐵路、公安、人防等部門及其他有設(shè)臺手續(xù)的用戶，應(yīng)積極引導(dǎo)其使用公眾對講機頻點或其他符合規(guī)劃的對講機頻段”。因此，ZG鐵路移動通信系統(tǒng)將在近期完成向GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)的過渡。目前的GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)能夠完成列車無線調(diào)度通信，區(qū)間、站場、公務(wù)移動通信，應(yīng)急語音通信，機車監(jiān)測等業(yè)務(wù)?；贕SM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)完成的CTCS-3級列控系統(tǒng)功能，實現(xiàn)武廣、鄭西、京滬等高速鐵路的成功開通、運營，鐵路移動通信在鐵路運輸中發(fā)揮著越來越重要

6、的作用。同時，我國在國際GSM-R標準的基礎(chǔ)上增加了一些特別應(yīng)用，如利用通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）XX絡(luò)實現(xiàn)調(diào)度命令和車次號無線傳送等業(yè)務(wù)，與有線調(diào)度通信系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)有線、無線通信相統(tǒng)一的調(diào)度通信等業(yè)務(wù)。但是隨著鐵路運輸?shù)倪M展及高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，對車地寬帶通信也提出更高的要求，而GSM-R作為一種窄帶移動通信，無法滿足鐵路未來進展對鐵路車地寬帶通信的需求，因此，現(xiàn)在的鐵路移動通信還需要進展及演進。公眾移動通信鐵路乘客主要依靠三大運營商的既有無線XX絡(luò)來提供語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)，目前各大運營商已經(jīng)在部分鐵路沿線的公眾移動通信弱場區(qū)設(shè)置了補充覆蓋設(shè)施，如隧道內(nèi)、復(fù)雜地形地區(qū)等。依靠直放站、分

7、布式基站和漏泄電纜、天線等設(shè)備，提高了乘客們的使用便利度。但是不同運營商的XX絡(luò)分布、XX絡(luò)成熟度以及技術(shù)特點不同，對多普勒效應(yīng)的敏感程度不同，故而對高速移動的用戶服務(wù)質(zhì)量有所不同。一般情況下，當列車在250km/h以下速度運行時，受多普勒效應(yīng)的影響較小，XX絡(luò)的通話、短信業(yè)務(wù)不太受影響;當列車在250km/h以上速度運行時，受多普勒效應(yīng)的影響較大，接通率大幅降低，掉話率大幅增加，無線信號質(zhì)量下降，移動終端脫XX情況嚴峻、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)基本不能實現(xiàn)。同時，高速鐵路客車還要面臨頻繁切換、切換區(qū)域不夠以及車體損耗大等影響移動通信XX絡(luò)正常使用的因素。鐵路移動通信系統(tǒng)的演進未來高速鐵路專有業(yè)務(wù)有著巨大的潛

8、在需求，為滿足鐵路應(yīng)用需求的增長，同時鐵路業(yè)務(wù)的通信也有極高的安全性要求。因此，鐵路業(yè)務(wù)不應(yīng)由公XX承載，而應(yīng)建設(shè)鐵路專用的高速寬帶無線通信XX。我國當前使用的GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)已經(jīng)在歐洲等GJ和地區(qū)得到了廣泛使用，但是該系統(tǒng)的傳輸帶寬僅有270kbps左右，受限于無線鏈路速率，車載設(shè)備與地面設(shè)備之間缺乏有效的數(shù)據(jù)溝通媒介，一些車地之間的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)難以開展。因此需要部署更先進的鐵路無線通信XX,提供車載與地面端的可靠寬帶通信通道。目前有4種寬帶無線接入技術(shù)，即WIFI(WirelessFidelity)、WiMX、3G(3rdGenertion)和LTE技術(shù)。WIFI技術(shù)WIFI即無線保

9、真，又稱WLN。WLN標準主要包括802.11、802.11b、802.11g、802.11n等。802.11采納5GHz的頻段，其速率最高達54Mbps，采納OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)，無障礙的接入距離為3050m;802.11b采納2.4GHz的頻段，可支持11Mbps的共享接入速率，覆蓋范圍100m;802.11g其實是一種混合標準，既能適應(yīng)802.11標準，又符合802.11b標準，其速率最高達54Mbps，它比802.11b速率快5倍，并和802.11b兼容。802.11n計劃將WLN的傳輸速率由54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達320Mbps。3.2WiMX技術(shù)W

10、iMX即全球微波互聯(lián)接入。WiMX系統(tǒng)主要有兩個技術(shù)標準，滿足固定寬帶無線接入的WiMX802.16d標準，滿足固定和移動的寬帶無線接入技術(shù)WiMX802.16e標準，可以實現(xiàn)用戶在車速移動狀態(tài)下的寬帶接入并接入IP核心XX，主要面向用戶提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也可以提供語音業(yè)務(wù)。WiMX的技術(shù)特點是能夠?qū)崿F(xiàn)50km的無線信號傳輸距離;能夠提供最高75Mbps接入速度;支持250km/h移動業(yè)務(wù);能夠提供電信級的多媒體通信服務(wù)。3.33G技術(shù)3G第三代移動通信，國際電信聯(lián)盟（ITU）在2000年5月確定的無線接口標準，但是國際鐵路聯(lián)盟（UIC）已經(jīng)明確表示目前的3G技術(shù)不適用于鐵路。3.4LTE技術(shù)

11、LTE長期演進，也被通俗的稱為3.9G，被視作從3G向4G演進的主流技術(shù)。LTE峰值速率下行達到100Mbps，上行50Mbps。改善小區(qū)邊緣用戶的性能;提高小區(qū)容量;降低系統(tǒng)延遲;支持100km半徑的小區(qū)覆蓋;能夠為350km/h高速移動用戶提供大于100kbps的接入服務(wù)。3.5分析比較（1）WIFI技術(shù)頻率資源緊張、移動性差、覆蓋半徑小。（2）WiMX技術(shù)存在很多優(yōu)勢，但是從標準來講WiMx技術(shù)是不能支持用戶在移動過程中無縫切換。WiMX陣營把解決這個問題的希望寄予于未來的802.16m標準上，而16m的進展情況還存在不確定因素。（下轉(zhuǎn)封三）（上接第144頁）（3）3G技術(shù)并不適用于鐵路

12、。（4）LTE技術(shù)是目前比較理想的技術(shù)，既能滿足寬帶無線通信安全性、可靠的要求，又能滿足無線通信的平滑演進策略。UIC認為，已安裝的GSM-R系統(tǒng)可以強化其應(yīng)用，同時鐵路部門也應(yīng)大膽創(chuàng)新，向LTE-R演進是GSM-R進展的必定趨勢。LTE能夠提供簡單、高效、低時延、低造價的XX絡(luò)，同時可以提供安全的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。另外，LTE基于全IP的XX絡(luò)架構(gòu)，同意電信運營商和鐵路運營商共同開發(fā)統(tǒng)一的車地通信系統(tǒng)，并重用已部署的站點和設(shè)備，節(jié)省投資成本。目前，UIC正在積極研究GSM-R向LTE-R的演進標準，確保GSM-R的生命周期隨電信技術(shù)的不斷進展而獲得延長。LTEXX絡(luò)在鐵路上的應(yīng)用有以下幾個方向

13、：(1)LTE宏基站覆蓋依舊沿用現(xiàn)有移動通信覆蓋方案，基站采納傳統(tǒng)建設(shè)方式，鐵路專用移動通信與公眾通信分開建設(shè)治理，與低速場景合為一體統(tǒng)一地由室外宏蜂窩大XX提供覆蓋。對于高速鐵路，此種建設(shè)方式需考慮高速移動的列車所產(chǎn)生的嚴峻多普勒頻移現(xiàn)象，優(yōu)化頻移計算方式，同時還需保證足夠的切換時間，即覆蓋重疊區(qū)長度能夠滿足用戶成功完成切換。對于現(xiàn)有300公里時速的高速列車，需要保證6秒的切換時間及另外6秒備用切換時間，即12秒覆蓋重疊區(qū)，長度約為1000m;對于350公里時速的高速列車，則需要1167m。另外，LTE基站的覆蓋范圍較小，高速移動的列車會導(dǎo)致頻繁的小區(qū)切換，降低用戶的使用便利度，同時，動車組

14、車體的穿透損耗很大，普遍大于25dB，進一步降低了車內(nèi)的信號質(zhì)量。LTE分布式基站覆蓋通過分布式基站拓展小區(qū)的覆蓋區(qū)域，此種建設(shè)方式能夠改善高速鐵路列車的頻繁切換問題，而且能夠保證足夠的覆蓋重疊區(qū)，但是同樣需要面對強烈的多普勒頻移、動車組車體穿透損耗大的問題。同時，為了降低建設(shè)成本及防止重復(fù)建設(shè)，需要合并各大運營商的XX絡(luò)，采納統(tǒng)一的分布式基站覆蓋鐵路沿線，設(shè)備的建設(shè)出資及后期治理需要各大運營商以及鐵路治理方進行溝通確定。（3）車載LTE微基站覆蓋采納車載微基站的方式，通過車地回傳系統(tǒng)，在列車內(nèi)部實現(xiàn)獨立的移動通信XX絡(luò)覆蓋，為旅客提供多種無線XX絡(luò)的覆蓋。在地面端，整合各大運營商以及鐵路專用

15、通信XX絡(luò)制式的基站，建立統(tǒng)一的車地通信基站。在列車端，設(shè)置車載綜合接入系統(tǒng)，整合多制式基站、視頻監(jiān)控、電視轉(zhuǎn)播、WIFI及寬帶接入功能，能夠支持各種無線接入方式和提供車廂內(nèi)各種信息化服務(wù)功能。車地回傳系統(tǒng)主要完成車地之問的無線高速寬帶回傳，還可為行車安全及其它旅客信息化服務(wù)提供車地問的寬帶接入功能。最后，通過地面綜合XX關(guān)將各大運營商、鐵路專用XX絡(luò)及其他XX絡(luò)整合，與列車建立高效的寬帶接入通道。這就解決了高速鐵路場景下多普勒頻偏、移動性治理、XX絡(luò)容量受限及車廂穿透損耗等問題，有效提升高速移動場景下終端用戶的業(yè)務(wù)體驗還可實現(xiàn)資源共建共享、節(jié)約投資、節(jié)約能源。此種建設(shè)方式很好地解決了動車組列車車體損耗大、頻繁的小區(qū)切換、重疊區(qū)的設(shè)計、強烈的多普勒頻移特別場景的XX絡(luò)覆蓋問題，使用專XX覆蓋。但是同樣，設(shè)備的建設(shè)出資及后期治理需要各大運營