通信技术在高铁方向的发展与演进

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【摘要】 高铁已经成为了我国重要的交通运输工具。高铁凭借高速这个优势，为我国的交通运输提供了极大的便利。然而正是由于高铁的高速性，其对于通信技术也有着很高的要求。本人对通信技术在高铁中的应用进行了概述，并梳理了通信技术在高铁领域的应用演变，探讨了通信技术在高铁领域的发展。
【关键词】 通信技术 高铁 GSM-R系统
高铁在我国的发展非常迅速，推动了社会经济的发展，然而由于高铁的高速性，通信技术在高铁领域的应用一直是一个技术难点。为了提高通信技术在高铁领域的应用水平，本人根据多年实际工作经验，分析了通信技术在高铁领域的应用演变和发展，希望能够为其高铁领域的通信技术发展提供一些参考。
一、通信技术应用于高铁的概述
1.1通信技术在高铁领域的应用
通信技术在上世纪六十年代左右就已经应用于我国的铁路交通领域之中。随着高速铁路在我国的迅速发展，通信技术在高铁中的应用已经不再局限于在传统铁路交通领域中公务移动联系、区间调度、应急通信等作用[1]。高铁要求通信技术能够高效的监控和传输各种数据，实现管理和控制“人机对话”。
高速铁路系统中的“人机对话”的核心还是人对高速列车的管理。通信技术要在高铁中的应用要能够实现技术设备的检测、行车指挥自动化、列车控制自动化、对维修系统进行整备和控制、自动诊断故障、自动防护与报警、应对灾害和事故以及进行恢复和救援等等。
1.2通信技术在高铁领域应用的特点
①通信技术与多领域之间实现渗透与融合，包括行车组织现代化、行车安全等领域。
②在高铁信号系统中，其通信技术的设计思想贯彻了集散控制和综合集成的思想。
③通信技术在高铁领域的应用已经成为保障高铁调度质量和高铁调度中心安全管理的重要手段。
④在管理决策方法上采取了“人机对话”的管理模式。“人机对话”模式能够以现代化的通信技术完成对系统运行信息的准确、及时的反馈、采集和处理，实现信息资源的共享。
二、通信技术在高铁领域的应用演变
通信技术在铁路领域的应用经历了从模拟通信阶段、集群通信阶段到GSM-R网络通信阶段的演变。当前在高铁领域中，以GSM-R网络为主要的的通信技术[2]。GSM-R是专门为铁路系统而开发的，能够实现对铁路系统的控制和调度。GSM-R在高铁环境中能够适用，并在高铁领域中不断的发展。
2.1 GSM-R系统的演变阶段
在高铁领域的GSM-R的演变和发展经历了三个基本阶段，也就是技术实验阶段、GSM-R系统测试阶段以及最后的工程实现阶段[3]。我国的GSM-R系统规划也经历了三个演变阶段。在第一阶段，要全面建设高铁的信息化，使通信系统与移动系统能够实现同步。为下一步的发展奠定基础。在第二阶段GSM-R网络要能够实现与高铁CTC系统的同步，为高铁提供准确、稳定的语音服务。在第三阶段，我国要完成新建高铁项目与GSM-R达到同步，对重复建设的现象予以避免。
2.2高铁对于通信技术演进的要求
我国建设高铁的步伐正在不断的加快，高铁的速度也在不断提升，其对通信技术的演进提出了更高的要求。
①高铁的控制调度对于通信技术有着更高的要求。高铁的控制与调度的效率不断提高，其覆盖面也更加广阔，要求通信技术的承载量能够满足其需求。
②高铁系统的安全监控系统对通信技术有着更高的要求。为了提升高铁的安全监控水平，保障高铁的运行安全，必须发展更为先进的通信技术。
③高铁乘客对通信技术有着更高的要求。随着社会的不断发展，高铁乘客要求通信技术要能够满足其业务需求，为其提供便利、畅通的通信环境。
三、通信技术在高铁领域的发展
通信技术在高铁领域的应用非常广泛，也经历了一个演变的过程，传统的铁路通信系统GSM-R已经难以满足高铁对于通信技术的要求。因此，通信技术在高铁领域的应用演变形式就是LTE-R代替GSM-R，并不断完善的过程[4]。
3.1GSM-R技术面临的发展瓶颈
GSM-R技术在高铁领域不断演进和发展，已经成为比较成熟的高铁通信系统。然而，随着高铁的不断发展以及对通信要求的不断提高，现有的GSM-R技术在发展的过程中遭遇了一些瓶颈。
①由于GSM-R具有较窄的通信频谱，上下行频谱的平均值只有4MHz左右，这就造成GSM-R系统具有较低的数据传输速率。而较低的数据传输速率明显不能满足高铁对于数据传输速率的需要。
②由于通信制式对于GSM-R系统的影响，导致其具有较高的延迟。
③ GSM-R 系统比较容易受到环境和高铁速度变化的影响，其可靠性和稳定性不佳。高铁运行的速度快、线路长，运行环境非常复杂，还会面临很多复杂的地形， GSM-R 系统不能适应高铁的进一步发展。因此，随着高铁的全面发展，通信技术在高铁方面也需要不断向前发展，寻找新的突破。
3.2 3G、4G技术的发展
3G技术和局限区域网技术在我国的发展非常迅速。近年来以3G技术为基础的4G技术也方兴未艾，具有较大的发展空间。3G技术的发展实现了移动宽带接入，并提升了手机用户接入无线宽带的速率。然而传统的3G技术的频谱效率较低，难以满足高铁领域通信技术的需要。因此在高铁领域的应用中，引进了3G网络分组接入技术，从而提高了其下载速率。特别是4G技术的发展，为通信技术在高铁领域的发展奠定了技术基础。高铁通信技术的发展将以3G、4G技术作为依托。
3.3GSM-R向LTE-R演进
3G系统的演进为LTE技术在高铁领域的应用提供了可能。在高铁领域，LTE-R逐渐代替传统的GSM-R。LTE系统的优点在于兼容性强、网络延迟低、服务质量高、传输速率快。GSM-R向LTE-R演进包括两个方面，即平台演进和业务演进。
①平台演进。平台演进由无线和骨干网两部分组成，。以MSC组网的方式形成骨干网，为GSM-R向LTE-R演进打造良好的平台，合理配置资源。
②业务演进。在GSM-R向LTE-R的业务演进过程中主要有两个演进阶段。第一阶段为了缓解铁路通信的压力，特别是缓解繁忙区域的压力，会出现两种系统并存的情况。第二阶段，逐步实现GSM-R向LTE-R的演进。
由LTE-R替代GSM-R是通信技术在高铁领域的主要演变趋势，也是通信技术不断发展，以满足高铁对于通信技术的要求。随着高铁业务需求的不断增加以及高铁速度的进一步提高，通信技术的发展也将更加迅速。鉴于3G技术有着较高的建设成本，且在通信频段方面的突破有着一定的难度，为了适应高铁的发展要求，通信技术在高铁领域的发展将跨过3G技术，直接由当前的GSM-R系统向LTE-R系统发展，进入高铁通信技术的4G时代。
四、结束语
随着高铁在我国不断的发展和普及，为我国的交通运输带来了新的活力。高铁对于通信技术的要求高于一般铁路，通信技术在高铁中领域的应用也从一个侧面推动了高铁的发展。未来的高铁业务需求还将不断增大，高铁速度还会进一步提升，对通信技术将会不断提出更高的要求。我们要从通信技术在高铁领域的演进中不断总结经验，把握通信技术在高铁领域的发展方向。
参 考 文 献
[1] 连家军，朱清谷. 高铁领域的光通信及其发展趋势分析[J]. 中国新技术新产品. 2010（22）
[2] 于银辉，刘伟，朱珺. 我国高铁通信技术的专利分析[J]. 吉林大学学报（工学版）. 2012（05）
[3] 刘志君，康晓涛，张丽丽. 基于状态空间模型谐波恢复的Tls-Hankel法[J]. 吉林大学学报（工学版）. 2011（01）
[4] 张士兵，章国安，吉晓东. 认知无线电超宽带多址与抗干扰策略在高铁领域的应用[J]. 南通大学学报（自然科学版）. 2011（01）