接入網技術在鐵路通信中的應用

 世紀之交的通信技術是先進的數字技術、計算機技術、微電子技術與光電子技術的有機結合體，它將向著數字化、寬帶化、智能化、高速化及個人化的方向發(fā)展。未來的通信要徹底克服時間與空間的限制，能夠使用戶在任何時間、任何地點與任何人進行包括語音、數據和視頻等信息的交流。在這種情況下，出行的旅客也需要在列車上享受如同在辦公室環(huán)境下的信息交流，比如同其它人進行語音、數據、傳真、圖像等信息交流，還要接入國際互聯(lián)網。另外，隨著鐵路列車向高速化與準高速化方向的邁迸，為保證行車安全，實現有效的人機控制和提高運輸效率，要求建立一個功能更加完善的，技術構成更加先進的鐵路通信網。隨著我國電信業(yè)壟斷格局的打破，擁有僅次于中國電信的龐大鐵路通信網絡的鐵道部，可以利用現有的專用網絡設施積極參與競爭，向全社會提供高質量的電信業(yè)務。

要想使上述構想成為現實，就必須打破常規(guī)的鐵路通信網的接入方式，采用先進的、現代化的有線和無線通信的傳輸和接入方式，實現鐵路通信網的升級，適應信息社會的發(fā)展，發(fā)揮鐵路通信網在國民經濟中的社會效益和經濟效益。

一、鐵路接入網技術的現狀

由于鐵路列車具有高速運動的特點，因而無線（移動通信）接入網在鐵路通信網中占有相當大的比重。當然，固定位置的車站（場）、單位以及各種固定設施之間的通信方式，首選方案仍是采用SDH光同步數字傳輸設備進行組建，同時應考慮采用ATM交換以及網絡IP通信等先進技術來構成通信主干網及光纖用戶接入網。比如采用“雙纖單向環(huán)”接入方式，其不僅具有高速、安全、傳輸質量高、價格合理等光纖通信特有的優(yōu)點，而且還具有路由迂回、設備備用等特點，從而具備自愈合功能，并使系統(tǒng)的可靠性大大提高。另外，采用遠端用戶單元（RSU）和數字環(huán)路載波（DLC）設備，組網更靈活、方便。組網的過程中要把投資與效益綜合統(tǒng)籌來考慮，使系統(tǒng)不僅滿足現在乃至幾年內鐵路通信的需求，而且還能夠為出行的旅客及地面用戶提供先進的電信業(yè)務，并且還需具備便于擴容的功能。

按照通信網被分為主干網，局域網和接入網等三部分的構思來看，鐵路通信網也可以通過上述劃分方法進行。就鐵路的通信網來看，接入網占有相當大的比重，包括有線接入網和無線接入網兩大部分。鐵路有線接入網的情況與電信的接入通信網相似，鐵道部將在未來的1～2年內建成可覆蓋全國大中城市的鐵路互聯(lián)網，它是由鐵路部門依托于基礎鐵路電信網，組織建設的可以支持眾多信息服務的、具有多媒體通信能力的全國范圍的計算機網絡，鐵道部將有可能成為我國第六個面向大眾的計算機信息互聯(lián)網絡單位，為鐵路通信走向市場做準備。關于有線接入這里不再敘述，下面主要討論鐵路的無線接入網，為此首先回顧一下移動通信的發(fā)展過程。

1．移動通信的發(fā)展過程

移動通信技術經歷了由模擬到數字，由頻分多址到頻分+時分多址，再到碼分多址（CDMA）的發(fā)展過程，并即將向寬帶化、智能化和個人化的方向發(fā)展。移動通信系統(tǒng)大體可分為二代，第一代是以模擬技術為主，頻分多址，工作在400～800MHz頻段。由于模擬系統(tǒng)存在頻譜利用率低、容量小、設備復雜、抗干擾性能差、保密性不強、價位高、業(yè)務面窄等固有缺點，不能滿足通信市場急速發(fā)展的需要，因此誕生了第二代移動通信系統(tǒng)。第二代移動通信系統(tǒng)采用數字化、時分多址方式等全數字化技術，克服了第一代移動通信的缺點，得到了迅速發(fā)展，目前的移動通信數模兼容，以數字系統(tǒng)為主。隨著用戶對信息接入量的需求呈指數的增長，電信工作者們著手建立最新一代的移動通信 第三代移動通信系統(tǒng)。

第三代移動通信系統(tǒng)具有全球化、智能化、個人化和綜合化的特點，工作在2000MHz波段，采用寬帶的CDMA技術，涵蓋地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)，包括海陸空三維服務面，集成話音、數據、視像、ISDN和多媒體多種業(yè)務。這一系統(tǒng)以多種空中接口和接入方式，可向高速和慢速移動用戶提供服務。

2．鐵路無線接入網現狀

鐵路通信網是為旅客和鐵路公務、應急搶險、行車維修等人員提供及時可靠的通信，以提高服務等級和運輸效率。保證列車的安全，達到高效運營而建立的，它是一種集列車公務通信和區(qū)間移動作業(yè)通信為一體的列車移動通信系統(tǒng)。但是鐵路結構自身的特點，決定了該系統(tǒng)與公用移動通信網和區(qū)域性的專業(yè)移動通信網的差別，它是一種屬于線面結合、以線為主的鏈狀網。

鐵路通信的無線接入部分目前僅有的是400MHz的無線列調系統(tǒng)，它完成車站值班員與進入其管轄區(qū)段的列車車長以及列車司機之間的通話聯(lián)系。當列車即將進站或即將出站時，這些通話才進行，否則如果沒有特殊的情況，則在列車運行于區(qū)間時，通話一般不進行，這主要是從節(jié)約頻率資源，減少同頻干擾的角度出發(fā)的。但是，隨著鐵路現代化改造進程的迅速推進，從前單一的無線列調系統(tǒng)已經遠遠不能滿足鐵路無線通信的需要，這樣就迫切需要建設一套適合于鐵路現代化運營指揮需要的先進的無線通信系統(tǒng)。這一系統(tǒng)應該采用小區(qū)制，并完成大三角功能。也就是說，系統(tǒng)必須可以實現調度中心與車站值班員之間、車站值班員與列車司機之間、列車司機與調度中心之間的通話功能，必須可以實現線路管理區(qū)間的公務移動通信功能，同時還必須能夠實現調度中心與列車司機室之間實時的雙向數據通信功能�；�于這一想法，構成鐵路無線通信接入網的方式可以采用現有的無線通信方式的集群通信方式、GSM（全球移動通信系統(tǒng)）移動通信方式、CDMA移動通信方式。

集群通信系統(tǒng)是一種功能強大的專用移動通信系統(tǒng)，是通信與微處理機技術、程控交換技術、計算機網絡技術緊密結合的產物。它集交換、控制、通信于一體，通過無線撥號的方式把一組信道自動最優(yōu)地動態(tài)分配給系統(tǒng)內部用戶，最大限度地利用系統(tǒng)資源和頻率資源，降低系統(tǒng)內呼損，提高服務質量。由于它具有群呼、組呼、強插、強拆等功能，特別適合于調度指揮以及應急、搶險等場合，并較好地解決了通信頻率合理分配的問題，因而倍受專業(yè)運營管理部門的青睞，被確定為現行鐵路移動通信方式的首選類型。但是這一系統(tǒng)還具有一定的缺點，主要包括采用動態(tài)的頻率分配，沒有考慮與周圍公用網的有效融合問題，沒有先進的路由合理選擇功能，并且在建立通路和自動過網時存在信息丟失現象，保密性不強，容易受干擾等，這些缺點對于話音通信的影響不大，但是會對列車與調度指揮中心之間的實時雙向數據通信造成較大的誤碼，因而對于要求較高數據通信誤碼率的場合并不適合。

即將動工的秦沈客運專線的移動通信系統(tǒng)主要包括400MHz的無線列調系統(tǒng)和800MHz的集群移動通信系統(tǒng)，考慮到集群移動通信系統(tǒng)在越區(qū)切換過程中會存在信息的損傷，因此將數據通信部分交由無線列調系統(tǒng)來完成，集群移動通信系統(tǒng)僅進行區(qū)間通信（如大三角功能的話音通信，公務通信以及應急搶險通信等），并留有調度電話進入的余地和接入公用通信網的功能。這一系統(tǒng)也是我國鐵路以集群通信的方式為無線接入系統(tǒng)的第一例，是我國鐵路通信史上的一個重大變革。
二、鐵路無線接入網未來的發(fā)展趨勢

隨著改革的進一步深入和社會信息化的進展，不僅要求鐵路通信網具有更強的保障鐵路安全運營的通信功能，以適

應高速列車通信的需求，而且要以鐵道部的全程全網的優(yōu)勢全力發(fā)展電信增值服務及經營與中國電信業(yè)務范圍一樣的電信業(yè)務，參與同中國電信的競爭，使旅客和網絡覆蓋區(qū)的廣大用戶方便地享受信息的服務。比如隨時隨地的提供鐵路客貨運輸資訊信息、訂購火車票等服務，在列車就能享受語音、傳真、數據、視頻、移動通信及Internet等服務。不過，鐵路現有的通信網絡設施龐大而落后，這是目前該網絡發(fā)展的最大障礙。

80年代開發(fā)應用的集群移動通信系統(tǒng)具有信道利用率高、組網靈活等優(yōu)點，能夠確保旅客通話的高質量和優(yōu)先等級，可供列車公務人員進行業(yè)務通信，也可利用調度功能組成臨時的應急通信和收容沿線的移動作業(yè)通信，基本上能夠滿足目前的鐵路通信的需要，秦沈客運專線就是采用這一系統(tǒng)來實現鐵路移動通信的功能。但從更高的通信目標來說，比如為了實現列車的實時定位、追蹤，讓列車上和列車下的公務人員都能夠隨時隨地獲得整個路況信息，實現列車運行、調度等自動控制，能夠為廣大旅客提供除語音服務外，還能提供傳真、數據、視頻、移動通信及Internet等服務，還有向鐵路沿線的居民提供電信業(yè)務，隨著這些業(yè)務的出現，原有的通信系統(tǒng)就不能滿足要求，應該應用先進的移動通信技術，對鐵路通信網進行改造，建立新的、必要的移動通信系統(tǒng)，比如微蜂窩移動通信系統(tǒng)，或者是第三代的移動通信系統(tǒng)。當然，建造鐵路通信網，應根據鐵路的實際情況，在不同的地區(qū)要因地制宜地發(fā)展有線和無線接入系統(tǒng)。

考慮到未來鐵路發(fā)展對通信的需求，認為在通信系統(tǒng)壽命期內，運輸會出現明顯的增加，作為用戶聯(lián)絡手段的通信系統(tǒng)，在規(guī)劃其指標構成時，必須計算一定的彈性需求。此外還要考慮通信系統(tǒng)的容量擴充性問題，選擇便于擴容的通信方式。從系統(tǒng)高可靠性的要求出發(fā)，還必須與別的系統(tǒng)（如微波／租用線路等）結合起來構成一個統(tǒng)一的整體，以此提供必要的備份。

在歐洲，經過長期的研究和決策，最初確定的是兩種系統(tǒng)，一個是GSM，另一個是TETRA（泛歐集群無線通信）。后來由于GSM的技術日趨成熟，使用范圍迅速擴大，造價逐漸下降，并且又由于在用戶迅速擴展的情況下，集群移動通信解決方案所存在的問題日趨突出。鑒于此，歐洲的鐵路移動通信系統(tǒng)最后定位于GSM的方式，并將鐵路移動通信所具有的特色（群呼、組呼、優(yōu)先級別、強插、強拆等功能）加進去，構成GSMR（用于鐵路的全球移動通信系統(tǒng)）的解決方案。

鐵路通信網未來的發(fā)展趨勢應該是向著與公用網相融合的方向，并達到與公用網的統(tǒng)一。從而使得用戶無比是在運行中的列車上，還是在鐵路網的覆蓋區(qū)域均能夠通過鐵路通信網進行如同辦公室一樣方便的信息交流，如進行電話聯(lián)絡，寬帶的數據通信和圖像傳輸，接入Internet等。而要滿足這一要求，集群移動通信系統(tǒng)已經遠遠不夠，GSM（R）和現行的CDMA技術也不能達到這一要求。從現在的發(fā)展情況看，惟有第三代的CDMA技術才可能擔當起這一重任。因此，鐵路通信網的無線接入部分今后的發(fā)展方向也必須是朝著第三代CDMA的方向。當然，并不是說第三代的CDMA技術就可以直接用來完成未來的鐵路無線接入系統(tǒng)的功能，如同GSMR一樣，必須將鐵路通信所必備的功能（如群呼、組呼、優(yōu)先級別、強插、強拆等功能）融入這一技術之中，形成具有鐵路通信特有要求的公用無線通信接入網。

另外，考慮到鐵路已經延伸到很多較為偏僻的地區(qū)，這些地區(qū)的公用通信網尚未建立起來。利用已經建立好的鐵路通信網，并將其經過適當的擴容改造，比如建立單基站無線接入系統(tǒng)，增加移動交換功能，廣泛發(fā)展固定用戶和移動用戶，從而取得應有的社會和經濟效益。

鐵路通信網是保證行車安全、提高運輸效率的有力工具。本文討論了無線接入技術在鐵路通信網中的應用現狀及其未來的發(fā)展趨勢，認為鐵路通信網應該順應當今通信技術的發(fā)展潮流和市場的需要，在保證鐵路通信要求的前提下，發(fā)展多種接入方式，特別是無線接入方式，逐步達到同公用網的統(tǒng)一，從而參與同其它電信部門的競爭，為出行的旅客以及網絡覆蓋區(qū)域的用戶提供高質量、方便、快捷的電信服務。

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