高速铁路移动通信系统技术探讨

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摘要：近年来，移动通信已经逐渐被运用到人们生活的各个方面。高速铁路是我国重要的交通运输渠道，在高速铁路中运用移动通信技术能够有效提升铁路运营效率，为乘客提供更加便利的服务，从而促进高速铁路的发展。因此，在高速铁路发展中，移动通信系统技术意义重大。文中分析了当前的高速铁路移动通信技术的发展现状，探究了高速铁路移动通信系统关键技术，最后对高速铁路移动通信技术的发展进行了分析。

关键词：高速铁路；移动通信；系统技术

高速铁路在我国拥有十分重要地位，在高速铁路发展中，移动通讯技术属于关键技术之一。但是，我国高速铁路移动通信技术相较于国际高速铁路移动通信技术而言起步比较晚，效率不高。随着国家对高速铁路移动通讯技术的重视程度越来越高，在其中投入的精力与资金也越来越多。我国高速铁路移动通讯技术也在不断发展提升，分析探究高速铁路移动通讯技术能够为我国未来高速铁路移动通讯技术的发展提供更多实践性的帮助。

1高速铁路移动通信技术的发展现状

1．1国外的高速铁路移动通信发展情况。国外高速铁路移动通讯技术发展比较早，也相对比较成熟。其主要体现在移动通讯系统对列车的运营控制与乘客享受无限网服务方面［1］。通过将附近的无线网络利用起来，能够有效提升列车上无线网络信号，为乘客提供更加优质的服务。同时在执行过程中，为了降低无线网络的信号损失，为乘客提供更加完善的网络服务，还需要进行相关处理。近年来，卫星覆盖技术越来越成熟，由于国外移动通讯网络技术的成熟，其网络信号与速度也更快更稳定，乘客能够获取更好的网络体验。1．2国内的高速铁路移动通信发展情况。我国高速铁路移动通信技术起步比较晚，但我国高速铁路移动网络技术越来越完善，发展速度也越来越快。在移动网络技术的运用中，GSM－R技术使用范围最为广泛，具有效率高、技术成熟等优势［2］。但是，在我国高速铁路移动通信技术不断发展的时代，GSM－R技术的缺点也逐渐显露出来，因此，为了更好地保证高速铁路移动通信技术的发展，应该根据实际需求选择合适的技术。

2高速铁路移动通信系统的关键技术

2．1国际高速铁路移动通信技术。国外高速铁路移动通信技术发展时间比较长，水平比较高，使用经验也更为丰富。加上国外高速铁路移动通信技术相关专业人才层出不穷，国际高速铁路移动通信技术相较于我国发展更为稳定，尤其是在供旅客使用通信方面，具备了完善的移动通讯服务体系［3］。同时，国家实际需要与国家文化的渗透，国际高速铁路移动通讯技术与服务更偏向于乘客服务，其中日本、法国、德国等国家最具代表性。正是由于在乘客服务方面的偏向，通过通信技术的发展，高速铁路无线网络覆盖率比较高，其中GSM－R（GlobalSystemforMobilecommunicationsforRailway）的技术是国外高速铁路技术的典型，目前已经向印度、中国等东亚国家发展。2．2国内高速铁路移动通信技术。我国在高速铁路移动通信技术发展起步比较晚，但是发展速度比较快，同时，在高度铁路移动通信中，同样使用了GSM－R技术［4］。其中大秦线路、青藏线路都是利用GSM－R技术的典型。随着我国经济的发展，高速铁路移动通信技术也在不断发展与提升，GSM－R技术也越来越成熟，逐渐在更多的高速铁路线路中运用，包括沪杭线路、沪宁线路、京沪线路等，GSM－R技术在我国使用效率越来越高。但同样的，在科学技术发展迅速的同时，GSM－R技术的局限性也逐渐暴露出来，当前GSM－R技术已经逐渐无法满足高速铁路通信技术发展的要求。因此，铁路通信部门还应该充分根据实际的要求运用其他技术，例如朔黄线路采用的LTE－R技术、台湾台北到高雄线路采用的WiMax系统等，通过不断改进和完善，我国高速铁路移动通讯系统技术也会不断发展和完善。2．3专用移动通信系统的发展。为适应当前铁路提速潮流，我国开始研制出高速铁路专用移动通信系统。传统的高速铁路移动通信技术中，GSM－R技术起到了至关重要的作用。但是，随着高速铁路移动通信系统的不断成熟，该系统也开始向商业化转变［5］。来自于20世纪末的GSM－R技术已经难以满足当前高速铁路移动通信的需求，也难以承载高速铁路将来智能调度和视频监控等高数据速率业务。因此，为了有效解决当前高速铁路移动通信技术中存在的问题，各厂商开始部署未来移动通信技术发展演进战略，建立专用的移动通信系统，促进高速铁路移动通信技术的发展也提升。2．4专用移动通信系统关键技术。在高速铁路移动通信系统中，列车调度与列车控制属于主要业务范围。目前，我国高速铁路移动通信技术逐渐向智能化方向发展，视频监控与智能化调度渐渐取代传统的业务，成为当前列车移动通信系统主要服务内容［6］。同时，针对乘客的服务也开始拓展与提升。在高速铁路移动通信技术当中，确保用户信息安全是首要问题。如果不能保证用户的信息安全，那么高速铁路移动服务也难以实现，更加不可能实现盈利。因此，针对高速铁路移动通信系统关键技术进行分析，建立高速铁路移动传播信道十分重要。同时，技术人员还需要监控信道状态信息，做好信道估计与建模、多普勒频移估计与补偿，提升干扰抑制、抗干扰技术，做好移动性管理，QoS（端至端）保证机制。

3高速铁路移动通信技术的发展

3．1基于5G的高速铁路移动通信技术。随着我国移动通信技术的发展，移动通信速度也在不断提升，5G在不久的将来也会逐渐普及。因此，在高速铁路移动通信技术发展中，做好基于5G的高速铁路移动通信技术发展尤为重要。（1）高速铁路无线信道建模［7］。当前技术水平下的高速铁路运行环境相对简单，对散射环境的要求也不多，多径数量相对比较少，呈现出比较明显的LOS特征。在这种特征下，通信环境也会更加优质，LOS能够有效降低移动速度过快时造成的增强多普勒频移情况。（2）基于分布式网络和云的架构。目前，我国高速铁路网络基站实际资源使用率非常低，造成这种情况的最大原因是由于网络基站的位置。因此，在高速铁路网络通信当中，会存在比较明显的潮汐现象，从而影响网络稳定性与安全性。针对这种情况，可以采用云无线接入网络架构的方式将网络基站共有资源集中，然后有效控制。（3）控制面和用户面分离。通常情况下，接入用户与服务基站之间存在控制指令，从而实现数据传输功能。因此，在保证网络覆盖率的同时，还需要通过LTE－R遗留频段的方法解决网络传输性与稳定性的问题，从而扩大系统的容量。（4）频谱融合的异构网技术。通过采用扩大系统宽带或者增强频谱效率的方式来将系统所需的容量提升是最有效的方式。（5）多天线及分布式天线技术。目前，在我国高速铁路移动通信中，通过增加天线列组合数量，实现信号合并等调整方式，再结合LOS，能有效实现高速铁路环境的系统容量的提升，从而减少不利于列车运行安全的因素，减少天线切换次数。（6）多普勒效应及快速切换技术。我国高铁移动通信中，造成通信失误的主要原因就是由于运行过程中的频繁切换，因此，采用多普勒效应及快速切换技术能够有效解决这个问题，提高移动通信的稳定性。3．2高速铁路旅客无线网络接入系统。除了列车的控制与调度之外，在高速铁路移动通信服务当中，旅客无线网络的接入服务同样属于主要的服务类型［8］。因此，还需要做好高速铁路旅客无限网络计入系统设计，通过重建下车地间宽带数据接入移动数据额传输链路，充分解决不同旅客之间信号复杂多样的问题，从未为旅客提供更加安全、稳定、高速的移动网络服务，促进我国高速铁路移动网络通信技术未来的发展。

4结束语

综上所述，在高速铁路未来的发展中，移动通信技术发展属于重要部分。因此，分析当前高速铁路移动通信技术现状，及其关键系统技术，同时根据高速铁路移动通信系统的主要服务类型分析其未来的发展，能够有效提升高速铁路移动通信系统技术的重视程度，为其未来的发展奠定基础。

参考文献：

［1］刘斌，左自辉，王开锋．高速铁路调度指挥GSM－R分组域通信承载能力研究［J］．城市轨道交通研究，2017，20（10）：21－24．

［2］刘留，周涛，陶成，等．高速铁路场景大尺度传播模型与时频色散特性研究［J］．铁道学报，2017，39（4）：54－61．

［3］程梦，方旭明，闫莉．高速铁路时变信道下大规模多天线系统基于权重预处理的天线选择算法［J］．铁道学报，2016，（1）：65－69．

［4］张娟娟，吴昕慧，任国彬，等．基于HTCPN的列车追踪车地通信过程建模研究［J］．铁道标准设计，2016，60（9）：146－151．

［5］廖勇，李瑜锋，沈轩帆．基于DoA的高速场景下大规模MIMO自适应波束成形［J］．通信学报，2017，38（6）：58－67．

作者:贺明华 单位:湖南高速铁路职业技术学院