浅析铁路新一代无线通信专业技术LTER的应用及发展

《浅析铁路新一代无线通信专业技术LTER的应用及发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、浅析铁路新一代无线通信技术LTE-R的应用及发展刘玥琛摘要：不断发展的无线通信技术在铁路领域的应用，将不断优化铁路运能，对促进中国经济全面可持续发展具有深远意义。现有的GSM-R技术在抗干扰性、传输速率、容量和频谱限制、发展前景等方面均具有的局限性，本文对下一代国际先进且符合铁路运营规律的专用通信LTE-R技术进行了研究，并对其性能、核心技术进行了详细分析。综述了LTE-R技术目前的研究实践以及未来中国铁路经济的发展方向。关键词：无线通信GSM-RLTE-R局限MIMOOFDM演进1引言作为目前我国铁路移动通信的主要应用技术，GSM-R技术以3GPP标准制式为基础，凭借其良好的组呼、强插

2、，位置寻址及功能寻址等特性，能够迅速准确的诊断、传输数据信息，进而承载了大量的数据业务和语音通信业务，在我国得到了良好的发展和完善。但是，随着全球经济一体化趋势的渐进和中国经济的强势崛起，高速铁路的发展也越来越迅速。为了满足乘客对高质量、高带宽通信业务的需求，国际铁路联盟提出了将现有窄带铁路列控系统(GSM-R)向未来基于LTE的宽带铁路通信系统(LTE-R)平滑演进的方案。[1]2GSM-R的局限性分析虽然GSM-R技术在我国得到了快速的发展和应用，但是作为第二代移动通信技术，GSM-R系统的电路域数据业务仅为2400～9600bit/s，分组域数据业务的速率也仅能达到一百多kbit/

3、s，它的频谱利用率和承载的数据速率也较低。这使得现有基于GSM-R的平台对承载视频监控、视频会议、铁路旅客移动信息服务等宽带业务的难度非常大。[2]图1GSM—R网络结构2.1存在干扰问题由于GSM-R网络与公众电信网络共用900MHz(E-GSM)频段，因此GSM-R网络容易受到网外电磁干扰进而影响服务质量，尤其对列控业务存在非常明显的安全隐患。2.2传输速率受限虽然目前GSM-R网络中的CSD和GPRS业务能够提供列控和非安全数据业务的承载服务，但作为窄宽通信技术，其数据传输速率有限。这使得地面调度人员和列车司机只能进行语音沟通，不能通过视频来对列车运行情况实时监控。2.3容量和频谱

4、限制由于GSM-R系统仅仅分配了4M频谱资源，不能满足铁路运输快速增长的需求，尤其是对ETCS服务的需求。与此同时，基于ETCS的业务虽然能保证数据传输的实时性和连接的安全性，但由于其长期独占相应的无线资源和时隙，因此在更大程度上影响了GSM-R无线接入终端用户的容量。[3]2.4发展前景有限GSM-R系统由许多网元组成，大量的网元在造成能源和空间占用的同时，也使得其操作和维护难度加大。而随着供应商宣布将在2025年停止对GSM-R系统进行升级与维护，GSM-R系统将面临更严峻的演进或换代问题。当前对于能满足无线宽带业务发展需求的技术已取得阶段性共识，未来以单载波频分多址技术和正交频分复

5、用技术为核心基础的无线通信技术必将向LTE技术演进。3基于LTE-R的新技术3.1LTE-R的演进必要性一方面，由于传统的3G通信设备频谱利用率极低，对数据服务的承载能力有限，其数据格式并不适应承载突发式的IP数据业务。另一方面，由于在语音业务上继承了2G技术，使得3G技术的语音业务和数据的承载无法保持一致。所以，只有通过不断改善，3G技术才能更好地适应铁路无线通信的需求。因此，铁路无线通信技术将由目前2G时代的GSM-R技术，跨越3G时代，直接发展为立足4G标准的LTE-R技术。[4]图2LTE-R网络结构3.2LTE-R关键技术LTE-R系统主要采用多输入多输出(MIMO)、正交频分

6、复用(OFDM)等技术，在增强传输速率和抗干扰能力的同时，也使得其安全性得以提高。3.2.1多输入多输出(MIMO)技术MIMO技术是指在发射端使用多个发射天线发射信号，同时在接收端使用多个接收天线接收信号。它能充分利用空间资源，在不增加带宽的情况下，使频谱利用率成倍提高，进而成倍的增加信道容量，改善通信质量。MIMO技术还可以利用多个天线来抑制信道衰落，降低误码率，进而提高信道的可靠性。MIMO系统原理图如图3。发射端将空时映射后的信号发射出去，接收端将接收到的信号进行空时译码进而解读出原始数据。MIMO系统中常用的空间分集技术主要是空间复用技术和空时分组码技术（SpaceTimeBl

7、ockCode，即STBC）[6]。图3MIMO系统原理框图STBC技术是以发送分集为基础的一种编码，最基础的应用是针对二天线设计的Alamouti方案，编码过程如图4。利用STBC技术，能够使得多根天线上所要输出的信号矢量相互正交（如下图中x1和x2的内积为0），接收端能够利用发送端信号矢量的正交性恢复出发射端发送的信号。因此，利用STBC技术，能够达到满分集的效果，即在具有A根发射天线和B根接收天线的系统中采用STBC技术时达到