當前鐵路通信中應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)在鐵路通信中的應用。

　　1GSM-R無線通信系統(tǒng)及應用

　　GSM-R(GSMforRailway)的中文全稱為鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)標準，這是一種專為鐵路高速環(huán)境下應用開發(fā)的數(shù)字式無線通信系統(tǒng)，以GSM蜂窩系統(tǒng)為基礎并加入了調(diào)度通信功能。該通信標準可以將全部的鐵路通信應用融合在單一的網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信及語音通信的相關功能，如調(diào)度通信、機車信息傳輸、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等。GSM-R通信體系結(jié)構(gòu)見圖1。總體來說，GSM-R系統(tǒng)包含七個部分，分別為NSS(網(wǎng)絡交換子系統(tǒng))、GPRS(通用分組無線業(yè)務)、BSS(基站子系統(tǒng))、FAS(固定用戶接入交換系統(tǒng))、OMC(運行與維護子系統(tǒng))、IN(智能網(wǎng)系統(tǒng))、終端子系統(tǒng)，GSM-R通過NSS中網(wǎng)關移動交換中心(GMSC)實現(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(GPRS)中的網(wǎng)關GPRS業(yè)務支持節(jié)點(GGSN)實現(xiàn)與其他數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡的分組域的業(yè)務互聯(lián)互通。當前，GSM-R系統(tǒng)已經(jīng)成為鐵路無線通信中的主要技術(shù)，承擔著各種的數(shù)據(jù)、語音等信息的傳輸業(yè)務。

　　2LTE(LongTermEvolution)技術(shù)及應用

　　由于LTE技術(shù)具有安全、高效、便捷等特點，因此，應用前景良好，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準，具有速率高、系統(tǒng)兼容性優(yōu)良、載波帶寬靈活等特點，當前我國鐵路通信系統(tǒng)中主要應用的是TD-LTE制式。

　　2.1網(wǎng)絡架構(gòu)

　　TD-LTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為全IP網(wǎng)絡，網(wǎng)絡架構(gòu)簡單、扁平，本地用戶服務器為HSS歸屬用戶服務器，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)絡部署的設備量，提高了網(wǎng)絡節(jié)點的維護效率及整體的系統(tǒng)運行效率。TD-LTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)見圖2。

　　2.2關鍵技術(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)制復用技術(shù)，具有寬帶擴展靈活、高頻譜效率等優(yōu)點，通過該技術(shù)可以對通信系統(tǒng)寬帶進行分類，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，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)射天線實現(xiàn)的空間分集技術(shù)，該技術(shù)在應用中采用分立式多天線對通信鏈路進行分解，得到多個并行的子信道，實現(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行導頻和數(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)實現(xiàn)了空間維度的復用，單用戶模式和多用戶模式空間復用之后的數(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)，采用相同的頻率進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，小區(qū)間的干擾比較嚴重，尤其是邊緣干擾最為嚴重，因此，LTE中小區(qū)間干擾抑制技術(shù)的應用非常重要。LTE系統(tǒng)中干擾抑制技術(shù)目前采用以下三種，一是，干擾隨機化，這是一種被動的對干擾進行控制的技術(shù)，通過頻率的加擾、交織、跳頻等實現(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)邊緣的可用資源實現(xiàn)。

　　2.3TD-LTE無線通信系統(tǒng)在鐵路通信中的應用

　　當前我國的鐵路系統(tǒng)中應用的無線列調(diào)業(yè)務主要有窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務和語音業(yè)務，LTE通過VOIP技術(shù)可以同時實現(xiàn)一個eNB小區(qū)中600位用戶的語音通信任務。此外，LTE技術(shù)還可以實現(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。列車在運行中需要對列車設備的運行進行監(jiān)控、進行車廂及外部視頻監(jiān)控等，獲得相應的數(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)，將列車運行的相關數(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、支持遠程維護，適應列車內(nèi)車廂內(nèi)的嚴酷電磁環(huán)境和高溫、濕熱環(huán)境使用要求。LTE網(wǎng)絡采用雙層網(wǎng)絡與雙網(wǎng)冗余實現(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)濟的發(fā)展中具有非常重要的地位，隨著科學技術(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)的應用，鐵路系統(tǒng)將會為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務，鐵路列車運行的安全性能也更高。當前鐵路無線通信中，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。

　　參考文獻

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　　《鐵路通信中無線通信系統(tǒng)的探究應用》來源：《電子測試》，作者：武凝

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