中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司 呂新霞

高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)性能分析

中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司 呂新霞

我國(guó)目前的鐵路事業(yè)發(fā)展的如火如荼，與此同時(shí)鐵路上的移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的速度成為了我們需要關(guān)注的話題。本文針對(duì)當(dāng)前高速鐵路上的通信系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析，包括應(yīng)用情況與其存在的不足，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，借以為提高高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)性能，保障高速鐵路的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

高速鐵路；移動(dòng)通信系統(tǒng)；性能

現(xiàn)階段，面向旅客信息服務(wù)的高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且用戶的體驗(yàn)質(zhì)量也并沒(méi)有得到充分的保障。盡管面向列車(chē)控制的系統(tǒng)的高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)具有通用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但無(wú)法向旅客提供滿意的服務(wù)。因此，在高速移動(dòng)移動(dòng)環(huán)境下，確保列車(chē)控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)可靠性，提高旅客體驗(yàn)質(zhì)量成為了高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。為此，需要對(duì)其性能進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合高速鐵路列車(chē)控制需求進(jìn)行研究，從而達(dá)到改善高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)性能的目的。

1.高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

科技在不斷地進(jìn)步，人們的出行越來(lái)越方便，對(duì)高速鐵路的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并且逐漸成為了人們生活中必不可少的一個(gè)交通工具，尤其是商務(wù)類(lèi)的工作人員，在鐵路上的時(shí)間相對(duì)更長(zhǎng)，并且在鐵路上對(duì)通信的需求也比其他人高。當(dāng)前人們對(duì)在鐵路上的出行質(zhì)量要求更高了，再加上我國(guó)的移動(dòng)通信行業(yè)也在同樣發(fā)展著，將兩者進(jìn)行結(jié)合是適應(yīng)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的潮流的，人們更希望在利用鐵路出行時(shí)可以很方便的進(jìn)行通信。為了將鐵路上的通信業(yè)務(wù)發(fā)展的更加便捷，更加滿足人們的生活需求，對(duì)其性能進(jìn)行分析是推動(dòng)其進(jìn)步的首要步驟。高速鐵路上用戶對(duì)通信系統(tǒng)的要求要高于其他環(huán)境，目前我國(guó)的鐵路通信現(xiàn)狀還是較好的，已經(jīng)初步形成了一個(gè)安全可靠的“鐵路網(wǎng)”，基本上保證了人們?cè)诔鲂羞^(guò)程中的通信狀態(tài)，提高生活質(zhì)量。但是現(xiàn)階段高速鐵路上的移動(dòng)通信系統(tǒng)處于停滯不前的狀態(tài)，不能滿足需求，所以一定要進(jìn)行提高。鐵路上的移動(dòng)通信系統(tǒng)受到多方面因素的影響，容易發(fā)生故障，所以對(duì)其性能進(jìn)行分析改進(jìn)，以使通信系統(tǒng)更可以滿足人們的使用要求。

2.當(dāng)前高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)性能

我國(guó)的通信行業(yè)已經(jīng)發(fā)展的較為迅速，人們更加注重的是系統(tǒng)的性能，通過(guò)對(duì)高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)性能的研究，來(lái)計(jì)算整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信的承載情況。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展史還是在近期開(kāi)始的，它的根基不是很穩(wěn)，發(fā)展的速度也不夠快，所以在發(fā)展的過(guò)程中總是遇到瓶頸，所以不得不通過(guò)理論研究的方式來(lái)對(duì)移動(dòng)通信的各種指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，例如傳輸速度等指標(biāo)，對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行研究后可以更快的發(fā)現(xiàn)通信系統(tǒng)性能上的不足。發(fā)現(xiàn)性能上的不足后，才可以針對(duì)這些不足進(jìn)行改進(jìn)，使通信系統(tǒng)有大幅度的進(jìn)步。移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能之一是傳輸干擾性能，這個(gè)性能更大的作用是判斷分析通信系統(tǒng)對(duì)鐵路的可靠安全性。下面主要是針對(duì)傳輸干擾的性能進(jìn)行分析。

鐵路通信中斷是造成通信系統(tǒng)傳輸干擾的最直接原因，一般產(chǎn)生中斷的原因和種類(lèi)很多：一是，信道變化速度快，衰落速度也快，計(jì)算機(jī)是需要進(jìn)行解碼的，但是由于信道的衰落速度、變化都很快，衰落后會(huì)造成代碼接收機(jī)的工作無(wú)法正常進(jìn)行，也就是所謂的無(wú)法進(jìn)行解碼工作，這個(gè)問(wèn)題一旦發(fā)生，就會(huì)直接對(duì)鐵路上的移動(dòng)通信系統(tǒng)造成影響，導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤信息；二是，目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)普遍采用的就是切換的技術(shù)手段，所以，在兩種信號(hào)進(jìn)行切換的時(shí)候極容易發(fā)生通信中斷的問(wèn)題［1］。這兩種原因是產(chǎn)生傳輸干擾影響的最主要的原因。通信中斷會(huì)對(duì)鐵路運(yùn)輸造成比較嚴(yán)重的后果，嚴(yán)重的會(huì)直接造成鐵路停運(yùn)的后果，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，耽誤了很多乘客的時(shí)間，造成無(wú)法彌補(bǔ)的損失。針對(duì)傳輸干擾還有許多問(wèn)題需要進(jìn)行改進(jìn)，但是因?yàn)閷?duì)這一指標(biāo)產(chǎn)生影響的不確定因素太多，所以不能采用定量分析的方法。

其次是分布式天線覆蓋結(jié)構(gòu)將逐漸成為未來(lái)高速鐵路移動(dòng)通信主要覆蓋方式。分布式天線覆蓋結(jié)構(gòu)是一種新的公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由多個(gè)在地址位置上分開(kāi)的接入點(diǎn)組成，可看做MIMO系統(tǒng)的擴(kuò)展，每個(gè)接入點(diǎn)都有單天線或者是多天線。由于該系統(tǒng)在空間上有多個(gè)分開(kāi)的天線，因此能夠?qū)崿F(xiàn)宏觀上的分集增益，提高通信傳輸?shù)馁|(zhì)量以及系統(tǒng)容量，并且覆蓋范圍更廣。在高速鐵路的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，分布式通信系統(tǒng)在鐵路沿線進(jìn)行無(wú)線覆蓋，由于其在覆蓋方式上主要運(yùn)用鏈狀覆蓋形式，因而只考慮較大尺度的路徑損耗，同時(shí)保持其基站發(fā)射功率不變，以此為基礎(chǔ)，從系統(tǒng)干擾功率以及覆蓋范圍等方面考慮，分析物理層系統(tǒng)性能。采用分布式覆蓋系統(tǒng)，對(duì)其同頻干擾效果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)干擾有很大的降低。然而幾年來(lái)，隨著天線數(shù)量不斷增加，其改善效果將可能會(huì)逐漸變小。

3.高速鐵路上的移動(dòng)通信系統(tǒng)的不足及改進(jìn)

傳輸干擾是通信系統(tǒng)性能研究中我們需要考慮的最重要的一個(gè)問(wèn)題，也是我國(guó)目前在研究性能的過(guò)程中的短板。通信系統(tǒng)的性能還有很重要的一個(gè)研究方向，就是對(duì)旅客信息的業(yè)務(wù)開(kāi)展，我國(guó)目前在這個(gè)方面還沒(méi)有進(jìn)行性能影響的研究，因?yàn)槲覀冞€沒(méi)有研究出合理的方式來(lái)進(jìn)行模型處理，高速鐵路上的移動(dòng)通信系統(tǒng)具有周期性短這個(gè)特征，它很容易在一段時(shí)間后，產(chǎn)生系統(tǒng)漏洞，需要及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。信道衰落是整個(gè)系統(tǒng)性能中受影響最大的一點(diǎn)，但是高速鐵路是基本固定的，這也給高速鐵路上的通信系統(tǒng)的優(yōu)化帶來(lái)了一定的便利性。目前鐵路上的信息通信業(yè)務(wù)與鐵路上列車(chē)的控制系統(tǒng)是兩個(gè)完全分開(kāi)的、不同的系統(tǒng)。未來(lái)首先需要做的就是將這兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的整合，減少工作人員的工作量，并且在很大程度上減少系統(tǒng)的建設(shè)成本，更利于對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行研究分析。

針對(duì)整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)上的傳輸性能的不足，對(duì)整個(gè)性能的分析可以采取很多辦法，例如采用概率計(jì)算的方式，對(duì)鐵路傳輸干擾性能進(jìn)行多方面的分析，分析內(nèi)容包括信道的衰落過(guò)程，通信傳輸?shù)囊苿?dòng)速度以及列車(chē)對(duì)信道的控制對(duì)性能產(chǎn)生的影響，之后再采用一個(gè)名為信息傳輸?shù)呐鲎猜实闹笜?biāo)來(lái)進(jìn)行傳輸干擾這個(gè)性能的影響分析切換，制作出一個(gè)合理的模型來(lái)進(jìn)行研究，利用分析與實(shí)際測(cè)試相互配合的方式來(lái)進(jìn)行影響因素的性能計(jì)算與預(yù)估，將列車(chē)的信息傳輸精準(zhǔn)控制。將鐵路傳輸信號(hào)中斷的現(xiàn)象進(jìn)行有效遏制，由此對(duì)鐵路的移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能進(jìn)行改進(jìn)，將損失降低到最少，降低故障發(fā)生的可能性［2］。

未來(lái)高速鐵路上的通信系統(tǒng)上性能的展望：首先是信道建模：結(jié)合未來(lái)高速鐵路上的通信系統(tǒng)潛在的毫米波頻段，深入研究該頻段下信道特征和模型。其次是異構(gòu)多層網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)：從架構(gòu)和協(xié)議等多層面深入研究此項(xiàng)技術(shù)，使系統(tǒng)容量達(dá)到若干數(shù)量級(jí)提升。最后是深入開(kāi)展基于大規(guī)模天線陣的道旁基站和車(chē)載移動(dòng)臺(tái)的研究［4］。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了高速鐵路移動(dòng)通信性能上的不足之處及相對(duì)應(yīng)的改進(jìn)方法，并提出了未來(lái)三五年的發(fā)展?？傊?，在我國(guó)引領(lǐng)世界高速鐵路技術(shù)的同時(shí)，我們要著眼于未來(lái)，及時(shí)布局未來(lái)十年前瞻性高鐵通信技術(shù)研究，以應(yīng)對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的傳輸性能、可靠性、安全性等多方面的挑戰(zhàn)。

［1］方旭明，崔亞平，閆莉，宋昊.高速鐵路移動(dòng)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(bào)，2015，（1）.

［2］梁寅明，潘峮，袁超，等.TDD-LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)高速鐵路場(chǎng)景共存研究［J］.廣東通信技術(shù)，2011，（2）.

［3］陳序建.高速移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站切換的有關(guān)研究［D］.上海交通大學(xué)，2015.

［4］張華斌.高速鐵路通信系統(tǒng)中的移動(dòng)通信解決方案［J］.信息通信，2014，（1）.

呂新霞（1976-），女，中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司通信技師，研究方向：通信。