鐵路通信中無線通信系統(tǒng)的探究應(yīng)用

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了鐵路通信中無線通信系統(tǒng)的探究應(yīng)用范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：當(dāng)前鐵路系統(tǒng)中的無線通信技術(shù)主要有GSM-R無線通信系統(tǒng)、LTE系統(tǒng)，本文主要分析了GSM-R無線通信系統(tǒng)和LTE系統(tǒng)的架構(gòu)及在鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GSM-R；LTE技術(shù)；鐵路

引言

當(dāng)前鐵路通信中應(yīng)用的主要無線通信系統(tǒng)包括GSM-R無線通信系統(tǒng)、LTE系統(tǒng)，GSM-R無線通信系統(tǒng)在鐵路無線通信中的應(yīng)用比較成熟，隨著無線技術(shù)的不斷發(fā)展出現(xiàn)了LTE系統(tǒng)，LTE系統(tǒng)在應(yīng)用中具有高效、低時延、安全性高等優(yōu)勢，因此，國際鐵路聯(lián)盟（UIC）認(rèn)為，LTE系統(tǒng)為下一代鐵路無線通信技術(shù)。本文主要分析了GSM-R無線通信系統(tǒng)和LTE系統(tǒng)在鐵路通信中的應(yīng)用。

1GSM-R無線通信系統(tǒng)及應(yīng)用

GSM-R（GSMforRailway）的中文全稱為鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，這是一種專為鐵路高速環(huán)境下應(yīng)用開發(fā)的數(shù)字式無線通信系統(tǒng)，以GSM蜂窩系統(tǒng)為基礎(chǔ)并加入了調(diào)度通信功能。該通信標(biāo)準(zhǔn)可以將全部的鐵路通信應(yīng)用融合在單一的網(wǎng)絡(luò)平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信及語音通信的相關(guān)功能，如調(diào)度通信、機(jī)車信息傳輸、列尾裝置信息傳輸、區(qū)間移動辦公通信、旅客列車移動信息服務(wù)等。GSM-R通信體系結(jié)構(gòu)見圖1?？傮w來說，GSM-R系統(tǒng)包含七個部分，分別為NSS（網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)）、GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）、BSS（基站子系統(tǒng)）、FAS（固定用戶接入交換系統(tǒng)）、OMC（運(yùn)行與維護(hù)子系統(tǒng)）、IN（智能網(wǎng)系統(tǒng)）、終端子系統(tǒng)，GSM-R通過NSS中網(wǎng)關(guān)移動交換中心（GMSC）實(shí)現(xiàn)與其他通信網(wǎng)的信息數(shù)據(jù)傳輸，并通過通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）中的網(wǎng)關(guān)GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）實(shí)現(xiàn)與其他數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)的分組域的業(yè)務(wù)互聯(lián)互通。當(dāng)前，GSM-R系統(tǒng)已經(jīng)成為鐵路無線通信中的主要技術(shù)，承擔(dān)著各種的數(shù)據(jù)、語音等信息的傳輸業(yè)務(wù)。

2LTE（LongTermEvolution）技術(shù)及應(yīng)用

由于LTE技術(shù)具有安全、高效、便捷等特點(diǎn)，因此，應(yīng)用前景良好，國際鐵路聯(lián)盟已經(jīng)將LTE系統(tǒng)作為下一代鐵路無線通信技術(shù)。LTE系統(tǒng)是一種新型的通信標(biāo)準(zhǔn)，具有速率高、系統(tǒng)兼容性優(yōu)良、載波帶寬靈活等特點(diǎn)，當(dāng)前我國鐵路通信系統(tǒng)中主要應(yīng)用的是TD-LTE制式。

2.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單、扁平，本地用戶服務(wù)器為HSS歸屬用戶服務(wù)器，同時采用IP多媒體子系統(tǒng)安全傳輸數(shù)據(jù)包。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)由于架構(gòu)相對簡單，采用基站與核心網(wǎng)直接相連的技術(shù)，降低了網(wǎng)絡(luò)部署的設(shè)備量，提高了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的維護(hù)效率及整體的系統(tǒng)運(yùn)行效率。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

2.2關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1OFDMA技術(shù)OFDMA技術(shù)也就是正交頻分多址接入技術(shù)，該技術(shù)屬于調(diào)制復(fù)用技術(shù)，具有寬帶擴(kuò)展靈活、高頻譜效率等優(yōu)點(diǎn)，通過該技術(shù)可以對通信系統(tǒng)寬帶進(jìn)行分類，得到若干個相互正交的子載波，子載波完成通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的并行傳輸。OFDMA技術(shù)結(jié)合了頻分多址、時分多址，技術(shù)應(yīng)用過程中將高速數(shù)據(jù)流分散到不同的正交子載波上，從而顯著延長符號的持續(xù)時間，降低單個子載波的符號效率，抗干擾能力強(qiáng)，最大程度上提高鐵路數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)男阅堋?/p>

2.2.2MIMO技術(shù)MIMO技術(shù)即利用多接收天線及多發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)的空間分集技術(shù)，該技術(shù)在應(yīng)用中采用分立式多天線對通信鏈路進(jìn)行分解，得到多個并行的子信道，實(shí)現(xiàn)多根天線的同時傳輸。MIMO技術(shù)的無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸效率較高，最高可以達(dá)到320Mbps，分成上行支持MIMO技術(shù)和下行支持MIMO技術(shù)。LTE系統(tǒng)中的上行支持MIMO技術(shù)中通常采用兩根接收天線和一根發(fā)送天線，形成一個虛擬環(huán)境下的MIMO系統(tǒng)，一個終端用戶發(fā)送一個數(shù)據(jù)流，不同終端上的數(shù)據(jù)流可以當(dāng)成來自同一個終端不同天線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，最少兩個數(shù)據(jù)流占有一個相同的時頻資源。上行虛擬MIMO系統(tǒng)中包含多個用戶終端，根據(jù)下行控制的信號指令在分配的時頻資源中進(jìn)行導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)信號的發(fā)送。天線的數(shù)據(jù)包編碼方式采用Alamouti的空時碼，Alamouti編碼中將信號源分成兩組，每組包括2個字符。LTE系統(tǒng)中的下行MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了空間維度的復(fù)用，單用戶模式和多用戶模式空間復(fù)用之后的數(shù)據(jù)流分配不同，單用戶模式數(shù)據(jù)流分配給一個單獨(dú)用戶，多用戶模式數(shù)據(jù)流分配給多個用戶。

2.2.3小區(qū)干擾控制技術(shù)小區(qū)間干擾（Inter-CellInterference，ICI）是移動通信系統(tǒng)中一個常見問題。LTE系統(tǒng)采用OFDMA正交頻分多址接入技術(shù)，采用相同的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，小區(qū)間的干擾比較嚴(yán)重，尤其是邊緣干擾最為嚴(yán)重，因此，LTE中小區(qū)間干擾抑制技術(shù)的應(yīng)用非常重要。LTE系統(tǒng)中干擾抑制技術(shù)目前采用以下三種，一是，干擾隨機(jī)化，這是一種被動的對干擾進(jìn)行控制的技術(shù)，通過頻率的加擾、交織、跳頻等實(shí)現(xiàn)。二是，干擾抑制，干擾抑制主要是對空間有色干擾的特性進(jìn)行估計和抑制，分為空間維度抑制和頻率維度抑制兩種方式。三是，干擾協(xié)調(diào)，這種干擾抑制的方法比較常見，通過限制小區(qū)邊緣的可用資源實(shí)現(xiàn)。

2.3TD-LTE無線通信系統(tǒng)在鐵路通信中的應(yīng)用

當(dāng)前我國的鐵路系統(tǒng)中應(yīng)用的無線列調(diào)業(yè)務(wù)主要有窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)，LTE通過VOIP技術(shù)可以同時實(shí)現(xiàn)一個eNB小區(qū)中600位用戶的語音通信任務(wù)。此外，LTE技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)寬帶的集群調(diào)度，和GSM-R的系統(tǒng)相比具有時延短、容量大的優(yōu)勢。LTE還支持視頻調(diào)度技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)車輛的精確定位，從而提高列車調(diào)度的安全性。列車在運(yùn)行中需要對列車設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控、進(jìn)行車廂及外部視頻監(jiān)控等，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的傳播通過TD-LTE系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入單元（TAU），將列車運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?，TD-LTE系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式支持多種專網(wǎng)頻段、滿足列車高速移動情況下的數(shù)據(jù)傳輸要求、支持遠(yuǎn)程維護(hù)，適應(yīng)列車內(nèi)車廂內(nèi)的嚴(yán)酷電磁環(huán)境和高溫、濕熱環(huán)境使用要求。LTE網(wǎng)絡(luò)采用雙層網(wǎng)絡(luò)與雙網(wǎng)冗余實(shí)現(xiàn)對核心網(wǎng)的連接，安全性高，為鐵路安全數(shù)據(jù)提供可靠性的保證。

3結(jié)束語

鐵路在我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中具有非常重要的地位，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的鐵路系統(tǒng)也取得了很多的成就。隨著無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用，鐵路系統(tǒng)將會為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，鐵路列車運(yùn)行的安全性能也更高。當(dāng)前鐵路無線通信中，GSM-R無線通信系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟，而LTE系統(tǒng)由于安全性、可靠性更高將會成為鐵路無線通信的研究重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]方旭明,崔亞平,閆莉,宋昊.高速鐵路移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展[J].電子與信息學(xué)報,2015,37(01):226-235.

[2]姜永富.我國鐵路專用移動通信技術(shù)發(fā)展思路探討[J].中國鐵路,2019(04):73-78.

[3]曾成勝.鐵路通信中GSM-R系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].通訊世界,2019,26(05):110-111.

作者：武凝 單位：陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院