既有铁路无线通信系统改建方案研究

既有铁路无线通信系统改建方案研究

周碧峰

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摘要：对既有铁路无线通信系统运用现状进行分析，探讨改建为铁路新一代宽带移动通信系统的必要性；分析了改建需要解决的主要技术问题，如相邻线路间业务切换、与铁路网的关系、频率选定及干扰协调、机车电台改造等，并对试验线路选择、机车电台改造、既有资源利用、干扰协调、核心网建设、调度通信系统、业务切换等方面提出解决建议，可为铁路宽带移动通信系统建设提供参考。

关键词：铁路通信；无线列调通信系统；铁路宽带移动通信系统；既有铁路；改造；建议

1现状研究

目前，中国铁路处在450MHz无线列调通信系统和900MHzGSM-R数字移动系统2种无线通信并存应用阶段，大量既有线仍在使用450MHz无线列调通信系统

450MHz无线列调通信系统采用模拟制式，频谱效率低下.功能单一，数据传送能力弱；且系统使用年限较长，厂家已停止生产，部分板件无法找到备件。该系统技术落后，所提供的业务及功能无法满足现代化铁路运营和安全监测需求，也达不到国家无线频率资源管理要求，因此必须尽快对既有铁路的无线列调通信系统进行更新改造。

自2011年开始，中国铁路就开始了铁路宽带移动通信系统发展演进和关键技术的研究;通过前期的铁路应用需求、频率资源需求、技术方案、系统架构、技术标准、实验室测试、现场测试等研究和试验，开展了450MHz频段FDDLTE系统相关试验，制定了部分暂行标准。同时，开展了5G-R相关标准研究和试验准备工作，发布了相关规范；5G-R系统架构和组网的研究工作正逐步开展。国际铁路联盟也在开展未来铁路移动通信系统（FRMC）的研究工作，发布了用户需求规范。

目前，新一代的铁路宽带移动通信系统，还没有形成统一的标准和制式，还需要经过充分的验证，制定相应的标准后，方可普遍应用。另外，铁路宽带移动通信系统需要专用的频段。由于无线频段非常紧张，特别是6GHz以下的频段，无论是申请频段的用户还是批准频率的管理单位都应该谨慎行事，且需要相应的试验和测试研究，为干扰协调措施提供依据。设备射频部分需要根据具体频段进行设计调整，配套的应用设备需要进行开发和测试。既有铁路的无线通信系统改造，直接关系到用户体验和更新改造工程成本，为降低技术风险、控制改造成本，有必要选择一些典型线路开展试验，为大面积建设和应用新一代铁路宽带移动通信系统积累经验。

2问题分析

2.1相邻线路间业务切换

我国铁路多条线路互联互通，列车（机车）运营需要套跑，长交路非常普遍，这就要求无线通信系统改建时必须满足铁路互联互通的业务需求。既有铁路450MHz无线列调通信系统含有调度台、调度总机、车站电台、机车电台和便携电台。车站电台、机车电台、便携电台之间的通信采用无线方式；调度台、机车电台之间的通信采用有线、无线相结合的方式；调度台、车站电台之间的通信采用有线方式。实现的业务主要包括话音通信和数据通信，其中数据通信业务包括调度命令和车次号校核信息无线传送等。

新的宽带移动通信系统采用全IP的分组数据传送方式，无论是LTE还是5G完全可以替代和满足现有的无线通信业务，同时还可以提供更为丰富的车地无线通信业务。需要关注的是单一一条铁路改建为新的无线通信系统后，需要考虑新的系统与周围无线列调线路或GSM-R线路的业务切换问题；有些线路可能存在多种无线通信制式的机车电台同时上线运营的情况。

2.2与中国铁路网的关系

新的宽带移动通信系统呈现系统化和网络化的特点。单一一条铁路改建为新的通信系统后，为了提供各类业务，也需要全套的核心网设备、数据网关、服务网关等，以及实现调度通信关键业务的各网元、智能网业务控制点（SCP）等网络实体这些网络实体与新一代铁路宽带移动通信网络的关系值得特别关注。

2.3频率选定及干扰协调

新的宽带移动通信系统.其频率的选择要考虑国家频率资源总体规划与空闲情况，不同的频段对工程造价影响很大，低频的黄金频段均有大量的既有用户，清频代价较大；此外，还要考虑是否是3GPP标准支持的频段，若采用非标的频段，对厂家生产和供货都可能造成影响.产品需要再调整，终端需要再研发，产业链需要再完善，而且会对设备和标准的国际推广造成一定的影响。选定频段后，需要考察周围频段的应用情况，进行干扰分析，研究干扰协调的解决方案和措施等。

2.4机车电台的适应性及更新改造

在无线列调通信系统改为新的宽带移动通信系统后，终端特别是机车电台需要相应更换或配备相应的模块。为满足系统整体更换要求，要考虑所有需要在本线运行的列车（机车），这其中可能涉及跨线运行的机车，甚至跨局的机车，在这些机车电台没有更新或升级前，原有无线列调通信系统就不能关闭，地面需要同时保留2套系统。

3解决建议

3.1试验线路选择和机车电台改造

试验线路应选择机车交路简单、跨线运行机车对数少的线路，尽量选择没有跨局机车运行的线路，这样可以避免对其他局机车电台的改造，易于控制更新改造成本和业务切换时机。在本局机车电台更新改造时同步进行模块更新或按新的装备标准配备。可以选择铁路局管内一条相对独立的具有典型450MHz无线列调通信系统特征的既有线路作为备选试验铁路。

3.2既有资源利用

在既有450MHz无线列调通信系统线路上改建新的宽带移动通信系统时，可以研究和测试原有无线列调通信系统漏泄同轴电缆(漏缆)在新的频段的传播特性，研究漏缆是否可以利旧：尽量利用既有无线列调通信系统的站址、电力配套、铁塔等资源，尽可能节省配套资源和建设成本.缩短施工周期。

3.3干扰协调

根据拟选定或申请的频段，通过干扰分析计算，结合测试结果，提岀清频策略和防干扰措施例如，铁路5G-R可能使用2.1GHz频段，可以考虑研究和试验各种不同的干扰协调方案。如果与天通一号卫星通信存在邻频干扰，可以在本网或外网设备加装滤波器，减少相互干扰影响；对于与联通公司可能存在的邻频干扰，可以采用物理距离隔离或站址共享，通过远近效应方式降低相互影响。这些措施是否有效需要结合实际测试结果进行分析评估。

3.4核心网建设

在进行试验线建设时，若国铁集团的全网规划没有发布，试验线的核心网设备、数据网关、服务网关、业务服务器等本地核心网网元可按标准容量建设，并具备扩容升级为本局核心网条件；且在采购时对升级为本局核心网系统进行约定，可一次性签订合同，再分步实施。核心网建设方案需要结合冗余、性能、业务试验要求进行设计，为铁路宽带移动通信标准制定提供依据，为其他铁路线建设提供参考。

3.5调度通信系统

在开展试验的线路上.业务实现按标准的网络架构建设，配套多媒体调度通信系统，与周边的GSM-R系统和无线列调通信采用机车电台选择方式进行切换。在经过充分试验后，对本线路逐步关闭无线列调通信系统和既有有线调度通信系统.适时开展新的业务承载试验，

3.6业务切换

按照终端选择的方式，可进行线路间不同无线通信制式的系统切换.暂不进行不同制式无线通信系统的互联互通。为简单起见，在无线覆盖区重叠区段设置切换标志，语音调度按切换标志位置进行切换；在机车电台中提示系统切换，调度命令和车次号校核业务按双系统发送模式实现一在机车电台没有全部更新前的过渡期内，试验本线调度所调度台和车站电台或值班台.采用同时使用2种制式的终端策略，地面终端设备根据机车电台制式选用对应的无线通信系统。

4结论

1)建设铁路宽带移动通信系统是大势所趋，应选择有代表性的、采用无线列调通信系统的线路开展改建新的宽带移动通信系统试验。

2)对于大量类似的既有铁路，应避免先过渡到GSM-R系统再改建为新一代宽带移动通信系统，导致配套的区间房屋、电力多次改造问题。

3)降低GSM-R系统目前频率规划的困难程度，避免对既有高速铁路的GSM-R系统造成干扰。

本文研究对大量既有铁路改建新一代宽带移动通信系统具有重要意义。

参考文献

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