高铁无线,通信发展(一)
基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用
基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用 摘 要:目前随着高速铁路不断向智能信息化进行发展，那么铁路信号系统就会在无线通信技术领域提出比较严格的要求同时无线通信不仅能够减少高速铁路信号系统的成本，还可以确保高速铁路的安全。文中首先分析了利用无线通信技术在高速铁路信号系统中的特点以及问题所在，然后重点分析了无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用。
关键词：无线通信、高速铁路、信号系统
在整个高速铁路工程中，虽然信号系统的投资总额所占比率较小，但其起到的作用十分关键。由于轨道电路传输环境较差、传输信息的速率较低、设备更新维护费用高，所以基于轨道电路的列车控制系统己经不能满足高速铁路的快速发展要求。在80年代，国外开始研究基于无线通信的铁路信号系TBS( Transmission Based Signaling)，希望通过无线通信技术的应用来提高铁路的管理职能、缩短列车间隔时间、节约能源、降低系统的成本。1995年在关于TBs的国际会议中，会议代表分析了无线通信技术在铁路信号系统应用的可行性，并指出了无线通信技术可能给铁路信号系统带来的积极影响，表明了TBS将会成为未来铁路信号系统的发展方向。
一、 国外下TBS的发展情况
1. 北美TBS的发展情况
1983年，美国铁道协会和加拿大铁道协会共同最早提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要是通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的精确位置和速度等信息，并对列车进行安全控制。ATCS的运用不仅避免了很多地面信号设备的安装，节省了系统成本，还消除信号盲区，增强了列车的安全系数。ATCS是由中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路旁设备和线路维护人员移动终端五个子控制系统构成的。它的系统结构设计和功能模块的划分为以后基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展，在ATCS之后北美又出现了很多基于无线通信的铁路信号系统，其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段，在很大程度上降低了人为操作失误造成的错误，使列车行驶更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也是比较著名
的。
2. 欧洲TBS的发展情况
3. 日本TBS的发展情况
二、 TBS的特点和问题
1. TBS的特点
1) 在TBS中，主控中心可以根据列车的运行状态和操作状态通过车载计算机来
调整列车的运行，加大了高速铁路信号系统的管理职能，保证了列车的安全，提高了铁路线路的通行能力。
2) （2）在无线通信信号系统控制下，列车和地面的可靠信息量增大，列车运
行变得更加稳定，且避免了不必要的加速和制动，节约了能源，也让旅客乘车变得更加舒适。
3) 无线通信技术的运用，省掉了大量的地面信号装备，大大减少了设备的安装、
维护、修整费用。
4) 无线通信信号系统的适应能力极强，通过软件上的调整就可以使列车的运行
速度提高，且能够自动调整运行图，大大的提高了铁路运输管理能力。
5) 无线通信信号系统还可以通过车地间的双向信息通道实现列车的闭锁控。
2. TBS的问题
1) 高铁信号系统使用轨道电路只能使用较低的信息发送频率，传输环境恶劣，
很难让电码的传送速率满足高速铁路的运行速度要求。
2) TBS通过环线设备和应答器件接受数据信息，列车进行操作可能会有时间上
的延迟，可能会给列车的运行造成不良的影响。
3) 轨道间的电缆电线作为车地之间的双向信息通道，虽然传输信息量大，抗干
扰能力强，但设备费用较高，且防盗能力很差，一旦丢失，后果严重。
三、 无线通信在高铁信号系统中的实际应用
1) 自动实现通话组之间的变动。由于经过工作站来实现通话组之间的变动，所
以在移动台中的通话组变换可以自动完成目前，当高速铁路中的一些列车台属于列车运行的范围内时，会管理这个列车范围段，但是如果它处于正规的
路线范围内时，就应该作为高速铁路列车的调度管理范围，所以高铁列车中的通话组列车台就能够实现变换。
2) 中继器。首先将无线基站设置在所有的高速铁路中，这样就能够增多成本，
还有这样一点意义也不存在，所以最后可以运用中继器来实现基站能够管理一些路线及车站。其中基站不仅能够管理该基站区域里面的场强，而且能够经过中继器可以将一些射频的信号送到管理的站区，反之也可以实现。
3) 经过移动的终端把在维修处的一些系统中用到维修部与防护部，在重要的控
制系统中把一些数据存储在高速铁路的列车上面。只有在高速铁路中的列车与这些点比较相近的时候，他们经过一些地面上的系统，将重要的一些报警信息传入移动的终端。
4) 在高速铁路中的列车定位中涉及到了无线通信技术，比如应答器、GPS 以及
雷达等实现定位的方法。
5) 自动实现高速铁路中列车次号的改变。要想完成通过通知高铁列车来改变车
次号，该系统必须有车次号及其机号的情况，将这些情况传送到集群系统。之后该系统能够依据以前保存的车次号及其机号的情况，因此这些就可以自动完成车次号及车机号交换，这些使得客户的呼叫有了很大的好处。
6) 实现集中的调度。在系统的调度之中，仅仅依据一段区域中的闭塞分区以及
高铁列车车站的使用状况，多数情况下要了解高铁列车的运作状况。但是在无线通信技的重要控制系统中能够比较准确的了解所有高速铁路列车的速度及其位置，根据线路的信号系统情况，能够与所有的高铁列车实现双向的数据通信，并且传送一些控制指令，从而能够控制着高速铁路的列车速度，且能够实时的来掌握高铁中的列车情形，也确保了高铁列车能够在最短的时间间隔内实现安全、稳定且快速地来运作。
7) 实现微机的联锁。通过一些接口单元来接收全部从重要的控制系统中发来的
操作执令，首先约束着道岔以及一些在信号机中的行为，然后再把获得的道岔和信号机的情况传递给重要的控制系统。再经过无线的信道、装备与电缆之间的连接以及控制系统中的关系，这样就能够约束一些具有辅助作用的系统。其中无线通信技术能够用到微机的联锁中，首先在正在使用的装备处必须要安置无线的接收以及发送设备，而且这样就会加大资金投入，然后由于
大型高速铁路列车车站内的信号机及道岔的数量比较繁多，而且还具有很多的障碍物和干扰物，因此这些对于无线控制方面十分不利。
8) 为了提高平交道口的防护能力和和通过效率，防止由于无线设备故障造成不
必要的损失，主控中心按照时间间隔不断的查询道口的运行状态，并将查询信息及时反馈给接近道口的列车。另外主控中心通过接收的列车位置、速度信息，可以计算列车通过道口的时间，并根据实际情况设定列车的最大允许速度和列车运行线路参考。这样，列车通过平交道口就有了安全保障，而且还大大提高了道口的通过效率。
四、 总结
随着高速铁路的不断发展，要确保列车的安全，先进的信号系统成了高速铁路运行的重中之重。在高速铁路信息系统中，无线通信的运用仍处于初期阶段，在具体的TBS规划时应充分考虑其与全路运输管理系统的接口，使无线通信技术更充分的运用在高速铁路的发展当中。
高铁无线,通信发展(二)
基于lte高铁无线通信方案
基于LTE技术的高铁无线通信方案
1 引言
我国铁路经过几次大幅度的提速后，列车运行速度越来越快。目前正在运行的高速铁路，包括武广高铁、郑西高铁以及即将开通的京沪高铁，列车速度已经达到并超过了350km/h，这标志着我国高速铁路已经达到了世界先进水平。列车速度的提升和新型车厢的出现带来了高效和舒适，同时对高速环境下通信服务的种类和质量的要求也越来越高，这无疑对铁路无线通信提出了更为苛刻的要求。【高铁无线,通信发展】
高速铁路的无线通信环境包罗万象，除了城市和平原，还有高山、丘陵、戈壁、沙漠、桥梁和隧道。可以说涵盖了几乎所有的无线通信场景。所以，如何在高速移动环境下保持好的网络覆盖和通信质量，是对LTE技术的挑战。
2 关键技术
对于移动通信系统而言， 当移动终端速度达到350km/h以后，则需要考虑以下关键技术。第一：高速列车使用的传播模型；第二：列车的高速使得多普勒频移效应明显；第三：列车的高速使得终端频繁的切换；第四：高速列车强度的加大使得电波的穿透损耗也进一步增加；第五：高铁覆盖网络和公网之间的相互影响关系。
(1) 传播模型
在无线网络规划中，通常使用经验的传播模型预测路径损耗中值，目的是得到规划区域的无线传播特性。高铁使用的传播模型，在整个网络规划中具有非常重要的作用。传播模型在具体应用时，必须对模型中各系数进行必要的修正，它的准确度直接影响无线网络规划的规模、
覆盖预测的准确度，以及基站的布局情况。
(2) 多普勒频移效应
高速覆盖场景对LTE系统性能影响最大的效应是多普勒效应。当电磁波发射源与接收器发生相对运动的时候，会导致所接收到的传播频率发生改变。当运动速度达到一定阀值时，将会引起传输频率的明显改变，这称之为多普勒频移。多普勒频移将使接收机和发射机之间产生频率偏差，而且多普勒频移会影响上行接入成功率、切换成功率，还会对系统的容量和覆盖产生影响。
(3) 小区切换
对于高速移动的终端而言，高速移动会造成终端在小区之间的快速切换。而高速移动的终端频繁的切换会对系统的性能产生较大的影响，因此必须解决在高铁通信建设中的小区切换问题。为保证用户无缝移动性及QoS要求，最基本的要求就是需要保证用户通过切换区域的时间一定要大于切换的处理时间，否则切换流程无法完成，会造成用户因切换不及时而导致掉话，影响用户的正常使用。
(4) 穿透损耗
高速铁路列车采用密闭箱体设计， 车体对无线信号的穿透损耗较高。不同车型的火车车厢穿透损耗差异很大，全封闭的新型列车比普通列车穿透损耗大5～10dB。高铁覆盖链路预算的取值应按未来可能采用的车体类型的损耗考虑，以满足、兼容对全系列高速列车的覆盖要求。
(5) 公网和高铁覆盖【高铁无线,通信发展】
若在现网上采用小区分裂方式来覆盖高铁，则资源利用率较高，成本相对较低，但是现网很难兼顾一般场景和高速场景的通信需求，对于网优网规来说，优化难度非常大。而当使用专网覆盖高速铁路时，有利于切换链的设计，可以很好提高通信质量；有利于应用专用于高速场景的无线资源管理算法、切换和重选策略和网络参数值，从而更好地提高整个网络的质量。但专网和大网的融合问题是必须解决的难题。
3 高铁覆盖分析
(1) 无线传播模型分析
高速覆盖的传播模型以COST231-Hata经验模型为基，可用于150-2 000MHz的无线电波传播损耗预测，如表1，作为无线网络规划的传播模型工具，具有较好的准
确性和实用性。数学表达形式是：
在无线网络规划中，不同的传播模型可应用于不同的无线场景。在这些模型中，影响电波传播的一些主要因素，如收发天线距离、天线相对高度和地型地貌因子等，都作为路径损耗预测公式的变量或函数。
(2) 多普勒效应
高速覆盖场景对LTE系统性能影响最大的效应是多普勒效应。接收到的信号的波长因为信号源和接收机的相对运动而产生变化，称作多普勒效应。在移动通信系统中，特别是高速场景下，这种效应尤其明显，多普勒效应所引起的附加频移称为多普勒频偏，如图1可用(2)式表示：
式(2)中：θ为终端移动方向和信号传播方向的角度；v是终端运动速度；C为电磁波传播速度；f为载波频率。基站接收受到的最大多普勒频率偏移与UE运动速度成正比，速度越高则频偏越大。
(3) 小区切换
对于高速移动物体而言，高速的移动会造成小区之间的快速切换。350km/h的最大列车运行速度就是每秒移动97m，以目前高铁沿线的基站密度来说，高速列车经过途几百米覆盖范围的小区就只有短短数秒。在这种高速场景下，容易出现脱网、小区选择失败等网络问题。主要原因是：
①UE移动速度越大，在一个小区中驻留的时间越短，造成UE驻留小区时间小于小区选择过程；
②UE移动速度越快，在相同小区重选时延情况下，小区间需要设置越长的重叠区；
③UE移动速度越快，相同切换时延情况下，小区间需要设置越长的切换重叠区小区切换带的设置主要和列车运行速度、小区重选与小区切换时间有关。两个相邻小区之间必须保证足够的重叠覆盖区域，以满足终端在高速移动过程中对切换的时间要求。【高铁无线,通信发展】
(4) 穿透损耗
高速列车采用密闭式厢体设计，车体对无线信号的穿透损耗较高。各种类型的CRH列车具有不同的穿透损耗。全封闭的新型CRH列车比普通列车穿透损耗大5～10dB，穿透损耗最高可达24dB，因此专网设计中，高铁覆盖链路预算的取值应按未来可能采用的车体类型的损耗考虑，以满足、兼容对全系列高速列车的覆盖要求。假如要求车厢内提供用户通信的电平值要达到-85dB以上，则列车车厢外的覆盖电平需达到-60dB。
4 高速覆盖解决方案
(1) 自适应频偏校正算法
从前面描述可知，对于高速移动的用户，多普勒频偏往往非常大，对于基站接收机来说，估计和发射机之间的频率误差并完成频率误差校正是接收机必须完成的功能，否则将对链路性能造成很大影响，另外，基站接收机还需要应对频偏快速变化的问题，即保证能够迅速跟上频偏变化速度并进行有效的补偿。适应频偏校正算法，能在基带层面实时地检测出当前子帧频率偏移的相关信息，然后对频偏造成的基带信号相位偏移予以校正，提升基带性解调能。 具体实现方法是基站根据接收到的上行信号的频偏，调整收信机接收频率，抵消多普勒效应导致的上行频率偏移；同时对下行发信频率置相同的偏移量，保证同手机的正常通信。
高铁无线,通信发展(三)
高铁无线通信系统中LTE技术的应用探讨
高铁无线通信系统中LTE技术的应用探讨
[摘 要]lte技术对高速铁路的通信发展意义重大，对移动性提出了更高的要求。基于lte技术能够满足高速的宽带无线传输，致辞多种高铁机车内旅客的需求业务，可实现高铁宽带无线通信平台，有助于提升我国高铁的国际竞争力。本文着重研究分析了lte技术在高铁无线通信系统中的应用。
[关键词]高速铁路；无线通信；lte技术
中图分类号：tn929.5文献标识码：a文章编号：1009-914x（2013）21-0319-01
作为一种新型的高效交通运输方式，高速铁路已经在世界各国获得了较好的发展。我国经过多年的发展，高速铁路已经达到世界先进水平行列，出现了各种新型车厢，列车的速度也得到了较大的提升，在这种环境下，旅客对高速铁路的通信服务质量及种类提出了更高的要求。由于高铁无线通信覆盖的范围较广，多种无线通信场景都有涉及，因此确保在列车高速移动的同时还存在较好的网络覆盖、通信质量，是目前研究的一个重点问题。
一、lte技术
lte项目是3g的演进，属于3g技术和4g技术之间的一个过渡，也被称为3. 9g[1]。将3g的空中接入技术进行了改进，无线网络演进的唯一标准即为mimo和ofdm。基于20mhz频谱的宽带条件下，可以提供上行和下行分别为326mbit/s和86mbit/s的峰值速率
[2]。可有效将小区边缘的用户性能进行改进，进一步降低系统延
高铁无线,通信发展(四)
无线通信技术发展现状与趋势
【摘 要】改革开放以来，国家的经济不断发展，科学技术得到了很大的进步与提高，无线通信技术也开始步入飞速发展阶段。随着互联网的不断普及与发展，人们在生活、工作方面对无线网络通信技术不断提出更新的要求，为了满足人们工作、生活的需要。无线通信技术开始不断的更新换代。本文通过对无线通信技术发展状况的分析，对其未来发展趋势进行了总结与展望。 【关键词】科学技术；无线通信技术；互联网；发展趋势
一、前言
无线网络是一种可移动的通讯网络，能够随时随地的为客户提供其所需要的通信服务。无需预先架设好线路，能够将有线网络所覆盖不到的地方轻易的覆盖，这些优势是有线网络不能相比的。在近几年，无线网络得到了飞速发展，不仅在商业上被广泛的应用，在军事应用上也得到了巨大的发展。随着网络提供的服务内容愈渐丰富，通信终端信息处理能力也随之加强，移动办公、手机购物等服务也最终由幻想变为现实。商用无线网络迎来了第三代、后三代的数字通信时代，满足了人们对工作、生活与娱乐的需求。军用虚线网络也由模拟通信发展成为数字通信，通信设备逐步完善并实现了数字语音、传真、图像、数据等业务的传输。各类通信设备能力都得到了提高。
二、无线通信技术的定义与特点
（一）无线通信技术的定义
无线通信利用电磁波型号能够在自由空间内进行传播这一特点实现了空间中的信息交换。近年来，无线通信技术得到了飞速的发展，所应用的领域也得到了不断地拓宽。无线通信一班有两种通信模式。一是卫星通信，利用作为中继站的通信卫星来实现与地面上不同的通信体建立微波通信联系的，具有通信距离远的优点。二是微波通信，他的优点是通信容量大、频带宽。缺点是传送距离短。
（二）特点
1.世界各地的移动通信发展不均衡
很多发达国家和地区的移动通信普及率已经达到很高的水准，新增移动用户的数量逐渐减少。而很多发展中国家和地区才刚刚开始发展移动通信技术，移动用户数量迅猛增长。但发达国家的移动用户创造的ARPU值要远远高于发展中国家。日韩等国家成为全球移动通信发展的新热点，数据新业务发展十分迅速。
2.技术不断升级，发展迅速
随着移动通信的不断发展与普及，全球宽带无线方面的技术研究与应用也开始成为热门，各种宽带无线接入技术走进市场，例如WLAN技术、宽带固定无线接入技术、UWB技术等等，为无线通信产业的发展增加了新的活力。
三、无线通信技术的发展现状
（一）3G技术发展不断成熟
我们常说的3G就是第三代移动通信，随着3G技术的不断成熟，WCDMA、TD-SCDMA、cdma2000这三中3G技术已然成为目前世界上的主流。这三种主流技术中，TD-SCDMA技术是由我国自主研发的，它达到了国际标准，具有自主知识产权。这三种主要技术各有所长，堪称3G技术应用的主流。3G网络的覆盖面广，能够同时支持数据信号与语音。而且能够实现不同蜂窝数据直接的信号切换，支持移动环境数据的服务。
（二）宽带固定无线接入技术发展迅速
宽带固定无线接入技术有着建设速度快、灵活的接入方式、带宽高等优点。受到了无线通信业的广泛关注与重视。但是宽带固定无线接入技术并不完美。3.5GHz DDMS技术在我国的带宽不足，高频段26GHz的LMDS技术受天气影响较为严重等缺陷在一定程度上制约了其发展。因此，在实际的应用中，需要根据本身的实际情况进行选择，充分发挥自有的优势，扬长避短。
（三）超宽带无线接入技术--UWB
UWB具有低成本、低功耗、高效率的特征，是一种时域通讯技术，具有超高速的无线接入技术。UWB调制方法是采用超短周期脉冲，而不是先前无线通信网络所采用的载波。它将信号按照0或者1发送出去，脉冲调制所产生的的信号是谱密度极低的超宽带信号，信号中心频率在650MHz至5GHz之间，具有很强的抗干扰能力和多途径能力，有很多可利用信道。与cdma系统比起来，时域通信系统的成本低，结构简单。
（四）宽带无线技术的新产物--wimax
Wimax技术具有覆盖广、宽高带等特点，越来越受到人们的关注，是无线业界的新焦点。Wimax在解决无线城域网方面的优势尤为突出。它能够将信号传送至31达英里之外，有着每秒七十兆的网络连接速度。因此，有很多专家认为，wimax凭借其广阔的覆盖范围与较快的传输速度会对3G构成威胁。Wimax在成本、传输速度与覆盖范围方面的各个优势让其很有可能打破产业格局。
（五）新兴的短距离无线通信技术--蓝牙技术
除了放眼于发展远距离的无线通信技术外，近距离无线通信技术也越来越受到人们的关注，发展速度也逐步加快。近年来，各种各样的近距离便携式的无线通信设备主要是利用红外线链路进行连接。IRDA虽然能够免去使用电缆电线的连接，但是使用起来并不方面，蓝牙技术的出现成功的解决了这些问题，成为在短距离内能够为商业用户与公众提供服务的无线网络。语音与数据的接入点替代了电缆与电线。蓝牙技术实现了软件、硬件与相互操作的需求的一种无固定的中心站的网络等三方面短距离的无线连接。蓝牙技术主要应用在因特网桥、数字相机中的图像无线传输、三合一电话、交互性会议、各种家用的遥控设备等等。
（六）4G网络不断发展并推广使用
4G网络，即第四代移动通信技术，其下载速度是3G网络的三至五倍，目前在我国已有相当一部分企业与单位开展了对4G网络的研究与开发，使互联网得到了质的突破，现有的研发技术已经能完成了对文字、语音、视频等多方面的快速传输。为很多工作与业务提供了便利条件。我国的发展速度与其他发达国家相比差距并明显，因此，需要更大力广泛的实现对4G技术的应用。实现4G良性循环发展。
四、无线通信技术发展的未来趋势 （一）无线网络通信技术逐步走向融合
1.无线宽带接入技术与移动通信技术的融合
随着移动通信技术的不断成功法则，随着宽带业务的逐年增加，多种多样的宽带接入技术也逐渐产生并成熟，WLAN技术的发展成功促进了移动通信技术的业务增强与技术发展。因此，无线宽带接入技术需要与移动通信技术进行互补与竞争，在4G时代最终获得二者有机融合。
2.蜂窝网技术与无线技术的融合
短距离的无线通信技术一直是电子产品领域的宠儿，其原因是它能够实现检测与计费的功能。随着近年来无线通信技术的不断发展，短距离无线接入技术层出不穷，实现了蜂窝网技术与短距离无线技术的有效融合。
3.视频等多媒体技术与无线通信技术的融合
为了刺激视频等多媒体业务与数字电视广播技术的需求，地面数字系统得到了更多的利用。这就是视频等多媒体技术与无线通信技术有机融合的一个重要表现。
（二）无线通信技术日益显现出互补性
由于不同的无线通信技术有着不同的特点，各有优势与劣势。例如WLAN比较适合中距离的高速数据传输，3G能够满足覆盖率广与漫游性强的移动性需求。UWB技术则比较适合近距离的超高速无线数据接入。因此，在未来无线网络通信技术发展中，需要促进无线通信技术的多元化发展，根据不同用户的不同要求，为其选择较为合适其要求的无线通信技术，解决好移动通信发展不均衡的问题。
无线宽带接入技术领域的发展有着高带宽、覆盖广的趋势。无线宽带接入技术领域还会出现更多丰富多样的技术。目前的无线宽带接入技术主要依靠与在古代环境下进行高速接入，在移动性与话音支持功能方面都十分欠缺，因此，我们需要放眼于全局，充分利用好无线宽带接入技术的技术优势，与移动网络进行互补，避免资源浪费与不当竞争的发生，以免对其迅速发展造成阻碍。
（三）蓝牙技术发展愈发重要
蓝牙技术的出现让无线通信业的发展步入了一个新的时代，各种家用电器、移动电话与便携式电脑等产品都鞥能够通过蓝牙技术让其通过无线链路连接起来，与计算机技术紧密结合，让人们能够实现随时随地进行数据信息传输与交换。
（四）4G移动通信技术应用更为广泛
在手机用户越来越多的今天，越来越多的用户了解并熟悉互联网，3G网络吸引了更多智能手机用户的购买。在未来，手机上网将逐步实现取代计算机联网，这是4G网络发展的最有利时机。利用好3G网络所创造的条件与基础，优化自身结构，以安全、智能、高速为主要理念，全面推进4G网络的应用。实现随时随地的与互联网沟通。
参考文献：
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[3]邢茂柱. 超宽带无线通信技术发展浅析[A]. OFweek光电新闻网.OFweek宽带通信与物联网前沿技术研讨会论文集[C].OFweek光电新闻网：，2013：1.
高铁无线,通信发展(五)
高速铁路GSM-R无线网络优化探讨
【摘要】 通信作为我国铁路运输中最为关键的环节，在铁路运输中占据着至关重要的地位。随着我国通信技术的发展及创新，GSM-R无线网络技术在铁路运输中得到了充分优化，在一定程度上保障了行车安全及工作效率，为人们带来诸多便利。并且已经取得良好的应用效果。本文将对高速铁路GSM-R无线网络技术的优化进行探讨，以期促进高速铁路行业更好地发展。 【关键词】 GSM-R无线网络 高速铁路 策略 探讨
随着我国经济水平的迅速飞跃，人们对物质的需求也越来越多，尤其是在信息技术发达的今天，我国铁路行业得到了充分发展。为确保高速铁路的安全运行，铁路部门将GSM-R网络技术应用其中，该技术目前已经取得了一定效果，受到铁路部门的重视，为铁路部门的行车安全和运输效率等提供了有力的保障，并起到重要作用。笔者将分别从：高速铁路GSM-R无线网络技术研究、GSM-R无线应用现状、如何优化高速铁路GSM-R无线网络。三个部分进行阐述。
一、高速铁路GSM-R无线网络技术研究
GSM-R是一种专门为铁路行业通信设计的数字化移动技术，该技术能充分满足铁路通信、指挥以及调度需求，从通信调度角度来说，该技术能具备语音通信功能，给列车的信息检测和自动控制提供了数据传输的通道。GSM-R通信系统包含了四个子系统，分别是：网络、基站、运行以及业务，其子系统又分为移动智能网、通用分组无线业务及移动交换。
网络交换系统主要用于管理用户数据的安全性，该功能由：定位寄存器、移动业务的交换中心、通信归属地寄存器、互连功能单元、鉴权中心、短消息中心与确认中心、移动智能网和组呼寄存器等组成。通用分组的无线业务系统则包括无线接入层、核心层，其核心层由GGSN 、SGSN、和RADIUS、DNS等功能组成，此外无线接入层则是由PCU、基站、终端组成。另外，在应用GPRS系统无线接入层时，必须与相关设备连用，以此实现资源共享。通过运用GSM-R通信系统中的基站实现了无线覆盖，不用增加GPRS基站。
基站系统主要是用来对无线信号进行收发及管理，将基站系统与MSC相互连接，能充分实现用户通信的连接，信号传输及用户的资源的等。基站子系统则是由控制器、基站接收、发送信息、编译码、速率适配单元、以及弱场设备组成。
二、GSM-R无线应用现状
综上，笔者对GSM-R技术进行了研究分析，并对其应用现状进行说明。目前GSM-R技术在我国高速铁路建设中逐渐得到了应用，如：青藏铁路、合宁客运、胶济铁路、武广客专、郑西客专、京津高铁、京沪高铁等，笔者将以较早开通的青藏铁路为例，对其进行研究。青藏铁路总长度为1142km，并且有965km长铁路高于4000m海拔。此外，在青藏铁路中有547千米的铁路段属于冻土地段，将GSM-R无线网络技术应用到青藏铁路中充分发挥了效果。
首先，通过GSM-R无线技术的应用，使区间通话柱被区间移动通信所取代，使铁路通信应急要求得到了充分满足，另外也加强了铁路人员之间的通信与交流。
其次，通过GSM-R无线技术的应用，为列车人员提供了列车运行情况，且，列车人员还能对其进行随时查阅。另外通过GSM-R无线技术的应用降低了列车间得到干扰性，若列车进入隧道，GSM-R无线技术依然能实现数据传输功能，以此提高列车运行安全性。
最后，通过GSM-R无线技术的应用能实现列车自动化控制，为旅客带来便利，如：旅客需要对列车时刻表进行查询。旅客需要订购车票、旅客需要网络通信服务等等，这些需求都能对其进行满足。另外当列车在行驶时，与陆地之间信息传输通道属于双向无线的通道，基于GSM-R无线技术下，能充分保障列车运行的安全，降低事故发生频率。我国青藏铁路GSM-R无线网络系统结构图如下：
三、如何优化高速铁路GSM-R无线网络
综上，笔者对GSM-R无线网络技术在我国青藏铁路中的有效应用进行了分析与讨论，从中发现GSM-R无线技术对青藏铁路的应用发挥了极大作用，为了使GSM-R无线网络的优势得到更好地发挥，我们必须对其进行充分优化。
1、对数据进行检查及调整。为提高GSM-R无线网络技术的有效应用，我们必须对传输数据进行严格检查及调整，首先应对交换机的参数进行设置，再通过对数据的核查来选送信号。另外。利用系统测试软件来对系统中存在的问题进行查找，尤其是对于语音业务、数据业务中不合理的数据进行改善，并将一些冗余数据进行清理，以此确保数据完整性。
2、对传输信号质量进行监测。此外，铁路部门还应加强对传输信号质量的监测力度，降低不良因素。在对其进行监测时可采用信令告警监测方法来对数据进行检测，一旦发现信令出现闪断则必须立即采取应对措施，另外还应加强对信令配合的观测，一旦出现问题必须立即采取有效措施进行改善。
3、对其软件进行升级。可以在原有的基础上在无线工作环境中完成捕获能力、感知信息能力的有效识别捕捉。在上述的基础上完成特定时间以及特定空间那部分没有使用的频谱资源进行标识以及识别。同时完成频谱以及工作参数的进一步确定，促使其自适应频谱管理实现进一步的强化，同时促使频谱资源有效利用率实现进一步的强化。同时在上述的基础上智能化以及有效化无线电，不断增长无线电设备，可以促使矛盾得到缓解，矛盾一般会存在无线通信应用需求及日益紧张无线频谱资源两者之间存在的矛盾。升级系统软件可以促使解决途径统一化，促使无线网络实现进一步优化。
4、基于蓝牙技术的信号传感器。该种信号传感器在技术上设计有一种分散式网络组网算法，该种算法具有高效、快速等优点。同时，在应用蓝牙技术的基础之上不断对网络系统协议进行完善和改进。将蓝牙技术应用于信息通信方面具有较高的适用性和安全性。若是能够将蓝牙技术作为信号传输的传感器，那么便可实现随时随地均可反映各个用户所需要的具体信号方向，当与计算机网络连接是，可促进通信设备在信号接收上具有更高的机动性水平。
5、健全无线通讯技术的维护与管理。健全无线通讯技术的维护与管理，首先，无线通讯管理部门应该建立完善的无线通讯管理责任制度，以便规范工作人员的行为，提高维护管理工作效率，降低无线通讯故障产生率。其次，无线通讯管理部门要健全无线通讯管理措施，利用检查制度和维修措施提高无线通讯服务工作水平。同时，无线通讯管理部门要注意整理相关技术知识、故障信息、解决措施、处理故障过程等方面的档案，以便无线通讯技术人员通过阅读档案，增强自身专业素养，及时迅速找出故障原因，进而采取有效的解决措施。除此以外，无线通讯相关部门应该重视无线通讯设备的检查与维护工作，派遣专业人员定期检查器械设备、维护网络安全，以便及时清除安全隐患，修补网络漏洞，保证无线通讯服务工作能够安全、稳定地运行。
四、结束语
总而言之，在我国铁路通信系统中运用GSM-R通信技术能够满足铁路的信息化需求，也是铁路行业持久发展的先决条件。铁路部门在通信工作中应当积极应用GSM-R技术，不断完善铁路网络的相关技术，创新新的通信技术等，从而确保列车安全、稳定地运行，提高我国铁路工作效率，使铁路行业获得更多经济效益，推动铁路行业的发展。
参 考 文 献
[1]傅鑫.浅谈GSM-R-R技术在我国铁路通信中的应用及发展[J].科技创新导报，2015，11（01）：73.
[2]谢丹，刘伟.GSM-R-R技术在我国铁路移动通信中的发展分析[J].中国科技信息，2013，15（14）：91.
高铁无线,通信发展(六)
浅析高速铁路3G通信覆盖及切换技术
【摘要】 本文首先介绍了高速铁路移动通信基本情况，分享了高速铁路通信系统建设中无线网络覆盖以及切换技术存在的问题，并提出了具有可行性、有效性的高速铁路无线网络覆盖方案以及快速切换技术，以优化高速铁路无线移动通信服务。 【关键词】 高速铁路 3G通信 切换技术
目前由我国联通运营的WCDMA、电信公司运营的CDMA2000以及移动公司运营的TD-SCDMA是国际上应用比较成熟的3G通信技术三大标准。高速铁路环境的特殊性以及越区切换的频繁导致车载用户经常出现掉话现象以及语音断续和无法接通的情况。为了提高高速铁路无线移动通信网络服务质量，应进一步优化高速铁路无线网络覆盖方案、优化切换技术，从多个方面提高切换切换成功率和较低的掉话率。
一、高速铁路移动通信基本情况
我国铁路自2007年经过6次提速后。高速铁路列车速度到达200km/h以上，这也意味高速铁路时代的到来。随着移动通信技术的发展，高速铁路实现移动通信网络无缝覆盖以及提高移动通信网络服务质量是当前的一个重要发展目标。分析高速铁路移动通信网络的覆盖情况，通信网络主要是沿着铁路线呈线状分布。高速铁路无线通信信号受到的影响主要有两个方面，一是多普勒频移效应，即列车沿铁路高速运行过程中由于快速移动引起的接收机信号频移；二是车体对无线通信信号的消耗，主要是高速铁路新型列车造成的消耗。同时，越区切换问题也会对高速铁路无线通信信号造成一定影响。
1.1多普勒频移效应的影响
无线信道容易受到环境影响，在列车高速行驶的情况下，铁路无线信道的冲击响应也会随着发生快速变化，无线信号中心频率会在多普勒频移效应的影响在发生明显偏移，对无线信道环境造成严重负面影响，进而造成系统信息传输误码率提高，影响移动通讯性能。列车沿铁路高速运行时产生的多普勒频移效应与列车行驶的速度成正比关系，所以列车行驶速度越快，其产生的多普勒频移效应越明显。另外，列车行驶方向与基站信号方向之间的夹角大小对多普勒频移效应的强弱也用一定影响。在实际情况当中，为了增强无线信号的穿透能力，
基站往往被设置在距离轨道较近的位置，这样可以有效增强无线信号的穿透能力，然而这种情况下行驶方向与基站信号方向之间的夹角较小，可导致多普勒频移效应加剧。
1.2车体的影响
车体对无线信号的损坏体现在两个方面，一是列车结构特点，二是车厢入射面与信号的夹角。为了加强车体的稳固性，高铁列车都是全封闭式结构，而且部分高铁列车还采用金属镀膜玻璃，列车的高度密闭性以及材质的特殊性就可以导致无线信号穿透列车时产生极大的损耗，相比其他普通列车对无线信号的损耗，高铁列车对无线信号的减弱要高出10dB以上，而且对手机信号产生的屏蔽效果超过24dB，对用户的正常通讯造成极大影响。下面是几种列车对无线信号的损耗情况：
另外，车体对无线信号的损耗同时也受到车厢入射面与信号之间夹角大小的影响，夹角越小，损耗越大。
1.3越区切换的影响
除了多普勒频移效应以及车体的影响以外，高铁列车的越区切换也会对无线信号造成一定影响。对于小区间的切换区，列车可以快速穿过，车速与列车经过切换区的时间成反比，移动速度越快，驻留时间越短，当列车速度在切换区的驻留时间足够短，并且小于系统最小切换时间时，切换流程就无法完成，，进而导致切换失败，出现掉话现象。
二、高速铁路的移动通信无线网络覆盖
为了减小掉话率，提高切换率，设计合理、有效的高速铁路无线网络覆盖方案非常关键。在铁路交会区域内，移动通信网络多呈网状结构，而其他铁路沿线大部分多为链状结构。在高速铁路无线网络覆盖的设计中，主要内容包括三个方面一是建网，二是无线网络覆盖技术的选择和应用，三是基站的选址，其中铁路沿线各基站的相关部署是非常重要的环节。
2.1建网
移动、联通以及电信三个运营商均采用大网架构的组网方式，与一般的建网相比，高速铁路基站的建立没有什么区别，也在大网架构之内，所以高速铁路的建网只需要对原来的通信网络进行有效补充。一方面对现有的大网基站进行进一步优化，另一方面在铁路沿线的盲点建立新的基站，通过对有效资源的优化以及基站补盲，不仅使周边各区域均能实现无线网络覆盖，同时也满足了高速铁路沿线的无线网络通信需求。移动网络经过多年的发展和优化，高速铁路沿线基本上完全实现了移动网络覆盖，只有一些较特殊的区域路段，例如长隧道、隧道群等的移动网络覆还比较欠缺，此时可采用局部补盲的方式解决，这种方法虽然成本少、见效快，但适用范围有限，比较适合用于无线信号损耗较小的列车线路，例如合武铁路湖北段的建设就是采用这种方法。另外，高速铁路沿线附近很多小区域网络覆盖因为不是专门针对高速铁路进行的覆盖，所以多存在覆盖不均匀、覆盖重叠等情况，很容易造成切换失败，所以有必要针对高速铁路的特殊环境建设专门的移动通信网络，目前已经投入使用的移动通信网络建设方法有地面专网建设（例如温福铁路、甬台温铁路）、车地结合专网建设等。
2.2无线网络覆盖方案
建网完成后就需要设计无线网络覆盖方案，在有效的建网策略基础上，无线网络覆盖方案的设计可以根据实际需要尽量体现出灵活性、多样化。例如基站与普通直放站结合、列车综合接入、基带处理单元+射频拉远模块扩展小区等都是比较常用的无线网络覆盖方案，其他还有数字直放站扩展小区、列车中继转发等方案。高速铁路不同路段可以结合具体条件和实际需要选择不同的网络覆盖方案。例如京津城际、沪宁高铁主要采用的是基带处理单元+射频拉远模块扩展小区方案，另外通过设置直放站对部分路段进行辅助。基带处理单元需要集中放置，主要负责处理基带资源，实现基带资源共享，并通过光纤与射频拉远模块连接。射频拉远模块的位置设置比较灵活，利用射频拉远模块可以拉远基站，使多小区的合并，进而扩大覆盖范围，减少切换频率。在切换区的设置过程中，要注意切换区的大小要设计合理，如果切换区太小，就会因为列车驻留时间太短，还没来不及切换就已经穿过切换区，容易引起掉话现象。切换区的大小可以根据列车移动速度以及距离来确定，同时，预留适当的余量也是必须要考虑到的问题。 2.3基站选址的优化
基站选址优化是指通过对高速铁路沿线基站数量以及基站位置的优化以达到无线网络覆盖的目的，基站的优化过程应遵循经济性、实用性、有效性原则，尽可能以较低的成本实现获得高性能的网络。蜂窝小区作为移动通信系统的基本单元，其几何特性对信号同频干扰有一定关系，同时也会影响越区切换，因此在无线网络覆盖中，基站选址优化是最重要的内容，同时也是最为复杂的环节。近年来随着3G技术的快速发展，目前已经出现了很多种关于3G基站选址的方案，例如基于仿生学算法的方案、基于免疫计算的方案、基于遗传算法的方案等，各种基站选址优化方案对无线网络覆盖技术的发展都有着重要意义。
三、切换技术
处于通话状态的用户与基站之间的都存在一定的通信链路，在通讯终端高速移动的过程中，用户与当前基站之间的通信链路要转移奥下一个基站并保证通话不被中断，该过程就是切换过程。通常情况下，切换主要有硬切换和软切换两种，通讯终端与旧基站的连接终端后再建立与新基站的连接称为硬切换；通讯终端高速移动并经过多个蜂窝时通话不发生中断，此时通讯终端可以与多个基站相连接，此为软切换。硬切换方式不涉及移动交换中心，只是发生于蜂窝内部。在列车沿高速铁路运行过程中，由于环境因素的影响，可能会发生多种不同的切换，不仅会发生硬切换、软切换，另外还可能发生虚拟软切换和更软切换。CDMA系统采用的是软切换和更软切换，WCDMA系统采用的切换方式主要是硬切换、软切换，虚拟软切换是一种接力切换方式，介于硬切换和软切换之间，TD-SCDMA采用的就是这种切换方式。相比其他切换方式，接力切换方式结合了硬切换和软切换两种方式具备的优点，同时又弥补了两者的缺点，这种切换方式切换成功率高，掉话率低。
切换成功与否主要取决于两个方面，一是切换距离，二是覆盖小区的重叠距离，两个因素值与切换时间以及通讯终端的移动速度成正比关系。由于小区双向切换的影响，切换距离与覆盖小区重叠距离之间应该是1比2的关系。从原理上分析，越区切换的性能与蜂窝小区的几何特点有着密切联系，所以无线网络覆盖方案的合理性设计非常重要，需要针对实际情况进行优化，并选择高效、快速的切换算法，减少掉话率，提高切换成功率。
四、结论
无线网络覆盖以及切换技术是高速铁路3G通信系统的重要技术，加强对移动通信网络系统的研究对促进高速铁路发展有着重要意义。目前，无线网络覆盖以及切换技术仍处于发展阶段，还需要进行不断研究、探索以进一步提高网络通信技术性能以及高速铁路无线移动通信网络服务质量。
参 考 文 献
[1] 孙钢，杨磊.高速铁路无线覆盖方案研究[J].数字通信世界，2015，（6）：110-110.
[2] 蒋新华，朱铨，邹复民等.高速铁路3G通信的覆盖与切换技术综述[J].计算机应用，2012，32（9）：2385-2390.
[3] 魏涛，杨小会.高速铁路3G覆盖问题研究[J].湖南工业职业技术学院学报，2013，（2）：21-23.
http://m.zhuodaoren.com/shenghuo374562/
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