楊海云

【摘要】大準鐵路專用無線通信是大準鐵路運輸生產(chǎn)的重要基礎設施，是保障行車安全的重要通信設備，對鐵路運輸與安全起著重要作用。是實現(xiàn)新時期鐵路安全、高效、重載發(fā)展要求的重要保障。巴準—大準—準池鐵路路網(wǎng)形成后，開行2萬噸列車已提上日程，現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)已滿足不了新形勢業(yè)務應用要求，如何解決機車同步操控、車頭視頻監(jiān)控等業(yè)務應用已是迫切需要解決的問題。通過本文分析鐵路專用寬帶無線多媒體集群系統(tǒng)是重載信息化的最佳實現(xiàn)方案?！娟P鍵詞】現(xiàn)狀經(jīng)驗問題及措施可比性趨勢

大準鐵路專用無線通信系統(tǒng)是鐵路運輸生產(chǎn)的重要基礎設施，對鐵路運輸與安全起著重要作用，是實現(xiàn)新時期鐵路安全、高效、重載發(fā)展要求的重要保障。

一、現(xiàn)狀

目前大準鐵路全線采用TG400-4無線列調(diào)系統(tǒng)和400K電力接觸網(wǎng)感應通信相結合的方式，用于機車聯(lián)控和貨物列車完整性檢查等業(yè)務。450M采用無線列調(diào)A制式，兩種通信方式集成在一個通信終端上，系統(tǒng)根據(jù)通信情況進行自動切換。路網(wǎng)形成后，巴準—大準—準池鐵路開行2萬噸列車，力爭讓重載列車開行技術走在集團前列，現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)無法新形勢下大準線路機車同步操控、車頭視頻監(jiān)控等業(yè)務應用。為有效解決上述問題，更好地助力大準重載鐵路信息化建設，需要建設更符合未來發(fā)展趨勢的無線通信系統(tǒng)。

二、經(jīng)驗

1.400K+400M優(yōu)勢互補，有效解決了山區(qū)電氣化鐵路弱場通信問題，提高了通信的可靠性。

大準鐵路具有山區(qū)電氣化鐵路的典型特征，地形、地貌復雜、彎道多、隧道密集。在九十年代初期建線時，選用400K感應式通信方式，利用接觸網(wǎng)導線作波導線傳輸信號，場強分布沿感應線（接觸網(wǎng)）作鏈狀分布，幾乎不受環(huán)境中地形、地貌影響，投資小、性能可靠、場強覆蓋率高、維修方便。同時400K感應通信頻率較低，抗干擾能力小，感應通信干擾來源多，接觸網(wǎng)導線上各種干擾信號，造成通信信噪比下降，通信質(zhì)量變壞，通信距離降低。而400M電臺頻率高，不易受到其它用電器、電磁場的干擾，抗干擾能力強。不足之處受地形地貌限制多，山區(qū)、隧道內(nèi)信號衰減大。

選用400K+400M合二為一電臺，400KHZ和400MHZ信號雙重覆蓋，場強覆蓋無盲區(qū)，有效解決了山區(qū)電氣化鐵路弱場通信問題，提高了通信的可靠性。

2.技術改造取得新成果

2011年3月完成了無線列調(diào)車站電臺電源改造工作。大準線無線列調(diào)車站電臺采用220V交流電+蓄電池供電方式，使用該供電方式存在問題：（1）由于交流電電壓不穩(wěn)，經(jīng)常燒毀車站電臺電源模塊；（2）由于交流電頻繁停電，導致蓄電池充放電頻繁，大大縮短了蓄電池的使用壽命。經(jīng)過多次論證、試驗，決定將車站電臺供電方式改造為從智能高頻開關電源直接供12V直流電，改造后的車站電臺不需要另外加裝蓄電池，運行穩(wěn)定。這樣不但有效地減少了由于交流電不穩(wěn)而引起的電臺故障，而且還降低了維護成本。

完成20部電力機車無線列調(diào)機車電臺改造為軌道車電臺的改造工作。大準線電力機車使用的無線列調(diào)機車電臺有部分已到大修期，對這部分電臺的電源進行改造，即110V供電改變?yōu)?4V供電方式，并進行了指標調(diào)整與老化試驗，各項指標均符合要求，目前改造后的電臺已全面投入運用，運行狀態(tài)良好。

3.改變400K天線耦合方式、加裝功分器等技術措施，解決技術難題。

2012年增二線施工，站場擴能改造，供電接觸網(wǎng)桿移設，供電方式發(fā)生變化。由于大準線無線列調(diào)車站電臺400K電臺天線是架設在供電接觸網(wǎng)桿上的，通過接觸網(wǎng)線傳輸400K電信號，增二線施工中，股道的增加引起接觸網(wǎng)桿移設，400K天線隨之移設；另一方面站場改造過程中，站內(nèi)上下行接觸網(wǎng)線之間利用絕緣瓷瓶隔開了，400K信號被隔斷，絕緣瓷瓶的另一邊形成了400K弱場區(qū)，幾乎所有的車站臺400K天線都是這樣，如何解決400K弱場問題？經(jīng)過20多次反復試驗、測試，最終改變400K天線耦合方式、加裝功分器等技術措施，解決了施工改造形成的400K弱場區(qū)問題。

三、問題及措施

存在問題：1.無線列調(diào)設備還處于起步階段只能滿足車機聯(lián)控，大三角通信還未得到滿足，更談不上調(diào)度命令無線傳輸、列車無線防護報警通信等。2.未能利用好光纖直放站車站臺監(jiān)控和網(wǎng)管系統(tǒng)。3.大準線目前采用的是450M無線列調(diào)A制式，采用共享式通信方式，所有的業(yè)務都在一個通信信道中展開，無法滿足目前大準線路機車同步操控、車頭視頻監(jiān)控等業(yè)務應用。為有效解決上述問題，.大準線到目前為止，為滿足無線車次號輸傳的要求，只對以站中心為界上下行3公里范圍內(nèi)進行弱場區(qū)補，400M信號傳輸還存在盲區(qū)。

改進措施：1.引進新技術、新設備發(fā)揮設備潛能。GSM-R技術、WLAN、LTE技術、McWiLL技術。2.充分利用監(jiān)控和網(wǎng)管系統(tǒng)迅速準確地判斷和排除故障。3.大準線全線400M弱場區(qū)補強，解決巴準、大準、準池路網(wǎng)形成后巴準單400M機車電臺車機聯(lián)控問。

四、可比性

目前無線通信技術種類繁多，可應用于鐵路行業(yè)實現(xiàn)重載信息化的無線通信技術主要包括以下幾種：

1.450M無線列調(diào)。450M結合400K的通信方式是目前大準線主要的無線通信制式，由于受到通信技術的限制，實際使用中通信干擾非常嚴重（主要表現(xiàn)在同頻干擾、鄰線干擾、列尾干擾、信道占用方式不合理等方面），通話效果差、雜音大，數(shù)據(jù)通信帶寬低、能力差，通信可靠性差，嚴重影響行車安全。主要存在以下幾方面問題：（1）450M無線通信建設年代較早，全線盲區(qū)很多，嚴重影響行車。目前大準鐵路正在作全線補盲。但是450M無線通信技術遠遠落后于目前公網(wǎng)通信技術，，其并存在制式全國不統(tǒng)一的問題，不符合現(xiàn)代化鐵路信息化發(fā)展趨勢，將要面臨全面淘汰；（2）450M通信能力低，目前只能用作調(diào)度通信和列尾通信，實現(xiàn)簡單的小三角調(diào)度通信業(yè)務，少數(shù)區(qū)段可以用來傳送車次號，使用效果很不理想，大三角調(diào)度通信業(yè)務無法全面開展，更無法滿足未來鐵路列車信息化的其他無線通信需求；目前大準線正在安裝機車駕駛室監(jiān)控設備，但450M無線列調(diào)無法有效的提供寬帶高速率的傳輸能力，將視頻實時傳到地面；450M無線列調(diào)系統(tǒng)近期也提出了模擬數(shù)字化的概念，但相關設備及技術解決并未形成成熟產(chǎn)品，因此其成熟解決方案及實際可行實施應用還需要相當長的一段時間；（3）運煤專線隧道內(nèi)漏纜故障率高，通信效果差，450M盲點非常多，基本都靠400K通信，但是400K通信技術在實際使用中傳輸距離很短，只能用作450M盲區(qū)的輔助通信且400K通信設備的主要廠商大都已經(jīng)陸續(xù)停產(chǎn)，后續(xù)服務無法得到保障；（4）頻率資源對于無線通信系統(tǒng)至關重要，但工信部正計劃收回鐵路450M無線列調(diào)使用頻率，將不利于450M無線列調(diào)的使用和發(fā)展。

綜上所述，450M無線列調(diào)已不適用于重載信息化建設。

2.GSM-R。

GSM-R通信技術起源于歐洲，目前在德國、瑞士、荷蘭、意大利等國家均已進入商業(yè)運用。由于GSM-R具有適應鐵路運輸特點的功能優(yōu)勢，以及更符合通信信號一體化技術發(fā)展的需要，因此鐵道部2000年底正式確定將GSM-R作為我國鐵路專用通信的發(fā)展方向。GSM-R作為成熟的第二代鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)，能夠滿足語音調(diào)度通信和承載低速數(shù)據(jù)業(yè)務的需求，但也存在以下問題：

（1）GSM-R總帶寬僅為9.6Kbps，不具備視頻功能、缺乏無線寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹文芰Γ瑹o法滿足鐵路信息化發(fā)展中列車動態(tài)監(jiān)控、運輸管理、資源管理和工程管理等信息化平臺的要求，業(yè)務發(fā)展受到限制；（2）GSM-R在鐵路行業(yè)應用頻段為上行：885-889，下行：930-934，共計4M頻寬，且不能支持同頻組網(wǎng)，頻率資源緊張，因此鐵道部并不允許地方鐵路使用GSM-R應用于重載信息化；（3）GSM-R系統(tǒng)總信道數(shù)只有8個，信道資源緊張，不利于實現(xiàn)多業(yè)務并發(fā)。

總體來說，GSM-R應用于重載信息化有相當?shù)木窒扌浴?/p>

3.WLAN。

WLAN技術廣泛應用于公眾便攜寬帶接入應用，技術成熟且使用便捷，能夠提供較大的帶寬實現(xiàn)寬帶化的業(yè)務應用，但是對于鐵路行業(yè)應用卻存在一系列問題：（1）WLAN因為定位于公眾便攜寬帶接入，其使用的2.4G/5.8GHz ISM頻段屬于無線局域網(wǎng)、無線接入系統(tǒng)、藍牙技術設備、點對點或點對多點擴頻通信系統(tǒng)等各類無線電臺站共用的開放頻段，在具體網(wǎng)絡應用中一方面會受到較大的頻率干擾，另一方面其安全性并不能夠得到切實可靠地保障。（2）其傳輸距離較短，WLAN覆蓋范圍一般是100-150米，存在大量無線覆蓋死角，造成服務的不連續(xù)性，用戶體驗差，面對鐵路重載行業(yè)正線條件，其需要大量的設備，工程實施困難。（3）WLAN只能應用于數(shù)據(jù)業(yè)務，存在無語音業(yè)務的一大缺陷，針對鐵路應用只能以WLAN+TETRA相對獨立的兩張網(wǎng)結合的方式實現(xiàn)，不便于后期維護。（4）WLAN在鐵路的應用較少，應用部分也只定位為輔助辦公應用系統(tǒng)，對于重載鐵路的解決并未有成熟的解決案例。

綜上所述，采用WLAN技術并不是解決重載信息化的有效手段。

4.LTE。

LTE應用并不成熟，主要體現(xiàn)在不容忽視的三方面問題：（1）頻率的不確定性。我國TD-LTE頻譜的規(guī)劃尚未確定，重載鐵路應用中存在頻率選擇的風險。（2）語音方案尚不成熟。LTE采用了“分組域話音”這一比較超前的設計，注定造成LTE話音（VoLTE）技術的成熟滯后于LTE數(shù)據(jù)業(yè)務。目前雖然多個國際運營商正在積極研發(fā)VoLTE和SRVCC技術，但受限于配套的IMS技術的可靠性，此項技術近期還很難成熟。我國尚未選定TD-LTE語音方案，為TD-LTE終端的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化帶來了很大的不確定性。（3）還未形成支撐實際應用的產(chǎn)業(yè)鏈。簡而言之，我國TD-LTE目前的發(fā)展速度并不樂觀。目前采用LTE技術實現(xiàn)重載信息化不確定性較高，不具備成熟穩(wěn)定的應用保障。

5.McWiLL。

McWiLL（Multi-carrier Wireless Information Local Loop，多載波無線信息本地環(huán)路）寬帶無線接入系統(tǒng)，采用國際最先進的碼擴正交頻分多址（CS-OFDMA）、智能天線、空間零陷、聯(lián)合檢測等無線通信技術，使其無線性能遠遠高出現(xiàn)有的寬帶無線通信（BWA）技術；McWiLL基于IP分組交換網(wǎng)絡以及軟交換核心網(wǎng)絡架構，可以與既有的系統(tǒng)進行互聯(lián)互通。McWiLL寬帶無線接入系統(tǒng)是工信部“寬帶無線移動通信技術專家組”和科技部“寬帶無線戰(zhàn)略研究組”重要技術戰(zhàn)略研究對象，是《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》中確定新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)、水體污染控制與治理和重大新藥創(chuàng)制三個重大專項之一。國家發(fā)展與改革委員會2008年新一代寬帶及網(wǎng)絡應用產(chǎn)業(yè)化專項批復的46項目中，特別針對McWiLL技術與應用的達三項之多，僅次于面向公共無線電話網(wǎng)的TD-SCDMA。目前McWiLL？已成為國際電信聯(lián)盟（ITU）寬帶無線接入國際標準。我公司鐵路專用寬帶無線多媒體集群系統(tǒng)采用McWiLL產(chǎn)品（技術），該產(chǎn)品（技術）應用于鐵路具備以下優(yōu)勢：（1）McWiLL產(chǎn)品（技術）具有覆蓋范圍廣、高帶寬、高保密性、非視距傳輸、支持高速移動、支持終端漫游切換等先進優(yōu)勢，可實現(xiàn)重載信息化中列控數(shù)據(jù)傳輸、語音集群調(diào)度、可視化調(diào)度、無線視頻監(jiān)控、機車同步、終端衛(wèi)星定位等業(yè)務應用；具備最大300業(yè)務信道的并發(fā)量，能夠提供120路終端并發(fā)處理能力，有利于實現(xiàn)大量的業(yè)務并發(fā)。（2）頻率方面，McWiLL產(chǎn)品（技術）分別于2008年，2012年得到工信部無線電管理局的相關批文，獲得1800MHz、400MHz和340MHz的授權頻率。（3）McWiLL產(chǎn)品（技術）是支持同頻組網(wǎng)的無線通信系統(tǒng)。針對鐵路具體應用，就技術方面配合鐵道部運輸局和科技司、鐵路各設計院研發(fā)高鐵信息化、重載信息化解決方案；就產(chǎn)品方面積極聯(lián)合多方合作伙伴豐富了系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈。（4）McWiLL產(chǎn)品（技術）應用成熟度高，已獲得大規(guī)模商用，國內(nèi)外McWiLL網(wǎng)絡用戶已達數(shù)百萬人，商用基站數(shù)超過1萬臺。McWiLL產(chǎn)品是基于成熟的McWiLL技術平臺開發(fā)的，智能天線、軟件無線電等核心技術均已經(jīng)過了商用考驗。

五、趨勢

大準重載鐵路是經(jīng)由大同到準格爾的鐵路線路，東起山西省大同市，西至內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準格爾旗薛家灣。正線全長264公里，途徑兩省六旗縣（市），是已形成的“西煤東運”大通道。大準鐵路正在規(guī)劃將運輸能力從目前的1萬噸增至2萬噸，為緩解蒙西地區(qū)的煤炭外運緊張問題做出更大貢獻。這對大準鐵路信息化建設，特別是對機車同步操控應用提出了更高的需求。針對大準鐵路通信網(wǎng)絡現(xiàn)狀及業(yè)務規(guī)劃需求，為了更好的保障現(xiàn)有業(yè)務的有效開展并且能夠滿足未來業(yè)務應用擴展的需求，大準鐵路需要一套高寬帶、高速率、廣覆蓋、支持全業(yè)務應用開展的無線通信系。神華集團已通過1800MHz頻段在神華集團的使用審批，同時，工信部在1800MHz頻段方面給予了鐵路專用寬帶無線多媒體集群系統(tǒng)正式使用授權，所以采用鐵路專用寬帶無線多媒體集群系統(tǒng)建設大準鐵路無線通信系統(tǒng)在頻率上最具備合法性。鐵路專用寬帶無線多媒體集群系統(tǒng)已在朔黃鐵路就列控數(shù)據(jù)、列尾數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務做過系統(tǒng)規(guī)模測試，測試內(nèi)容包括端到端傳輸時延、數(shù)據(jù)傳輸成功率等指標。根據(jù)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，各類測試指標性能良好，符合重載鐵路應用要求。

綜上，McWiLL鐵路專用寬帶無線多媒體集群系統(tǒng)對比450M無線列調(diào)、GSM-R、WLAN、TD-LTE等系統(tǒng)（技術）來說，在行業(yè)用戶信息化建設、應急指揮通信等方面有著明顯的技術和功能優(yōu)勢，是重載信息化的最佳實現(xiàn)方案。