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接入網(wǎng)技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用
世紀(jì)之交的通信技術(shù)是先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)與光電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體，它將向著數(shù)字化、寬帶化、智能化、高速化及個(gè)人化的方向發(fā)展。未來(lái)的通信要徹底克服時(shí)間與空間的限制，能夠使用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人進(jìn)行包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)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(chē)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(jìn)行語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、傳真、圖像等信息交流，還要接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)。另外，隨著鐵路列車(chē)向高速化與準(zhǔn)高速化方向的邁迸，為保證行車(chē)安全，實(shí)現(xiàn)有效的人機(jī)控制和提高運(yùn)輸效率，要求建立一個(gè)功能更加完善的，技術(shù)構(gòu)成更加先進(jìn)的鐵路通信網(wǎng)。隨著我國(guó)電信業(yè)壟斷格局的打破，擁有僅次于中國(guó)電信的龐大鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的鐵道部，可以利用現(xiàn)有的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施積極參與競(jìng)爭(zhēng)，向全社會(huì)提供高質(zhì)量的電信業(yè)務(wù)。要想使上述構(gòu)想成為現(xiàn)實(shí)，就必須打破常規(guī)的鐵路通信網(wǎng)的接入方式，采用先進(jìn)的、現(xiàn)代化的有線和無(wú)線通信的傳輸和接入方式，實(shí)現(xiàn)鐵路通信網(wǎng)的升級(jí)，適應(yīng)信息社會(huì)的發(fā)展，發(fā)揮鐵路通信網(wǎng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
一、鐵路接入網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀
由于鐵路列車(chē)具有高速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，因而無(wú)線（移動(dòng)通信）接入網(wǎng)在鐵路通信網(wǎng)中占有相當(dāng)大的比重。當(dāng)然，固定位置的車(chē)站（場(chǎng)）、單位以及各種固定設(shè)施之間的通信方式，首選方案仍是采用SDH光同步數(shù)字傳輸設(shè)備進(jìn)行組建，同時(shí)應(yīng)考慮采用ATM交換以及網(wǎng)絡(luò)IP通信等先進(jìn)技術(shù)來(lái)構(gòu)成通信主干網(wǎng)及光纖用戶接入網(wǎng)。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(zhì)量高、價(jià)格合理等光纖通信特有的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有路由迂回、設(shè)備備用等特點(diǎn)，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(yuǎn)端用戶單元（RSU）和數(shù)字環(huán)路載波（DLC）設(shè)備，組網(wǎng)更靈活、方便。組網(wǎng)的過(guò)程中要把投資與效益綜合統(tǒng)籌來(lái)考慮，使系統(tǒng)不僅滿足現(xiàn)在乃至幾年內(nèi)鐵路通信的需求，而且還能夠?yàn)槌鲂械穆每图暗孛嬗脩籼峁┫冗M(jìn)的電信業(yè)務(wù)，并且還需具備便于擴(kuò)容的功能。
按照通信網(wǎng)被分為主干網(wǎng)，局域網(wǎng)和接入網(wǎng)等三部分的構(gòu)思來(lái)看，鐵路通信網(wǎng)也可以通過(guò)上述劃分方法進(jìn)行。就鐵路的通信網(wǎng)來(lái)看，接入網(wǎng)占有相當(dāng)大的比重，包括有線接入網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)兩大部分。鐵路有線接入網(wǎng)的情況與電信的接入通信網(wǎng)相似，鐵道部將在未來(lái)的1～2年內(nèi)建成可覆蓋全國(guó)大中城市的鐵路互聯(lián)網(wǎng)，它是由鐵路部門(mén)依托于基礎(chǔ)鐵路電信網(wǎng)，組織建設(shè)的可以支持眾多信息服務(wù)的、具有多媒體通信能力的全國(guó)范圍的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，鐵道部將有可能成為我國(guó)第六個(gè)面向大眾的計(jì)算機(jī)信息互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)單位，為鐵路通信走向市場(chǎng)做準(zhǔn)備。關(guān)于有線接入這里不再敘述，下面主要討論鐵路的無(wú)線接入網(wǎng)，為此首先回顧一下移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程。
1．移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程
移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了由模擬到數(shù)字，由頻分多址到頻分+時(shí)分多址，再到碼分多址（CDMA）的發(fā)展過(guò)程，并即將向?qū)拵Щ⒅悄芑蛡�(gè)人化的方向發(fā)展。移動(dòng)通信系統(tǒng)大體可分為二代，第一代是以模擬技術(shù)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(shè)備復(fù)雜、抗干擾性能差、保密性不強(qiáng)、價(jià)位高、業(yè)務(wù)面窄等固有缺點(diǎn)，不能滿足通信市場(chǎng)急速發(fā)展的需要，因此誕生了第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用數(shù)字化、時(shí)分多址方式等全數(shù)字化技術(shù)，克服了第一代移動(dòng)通信的缺點(diǎn)，得到了迅速發(fā)展，目前的移動(dòng)通信數(shù)模兼容，以數(shù)字系統(tǒng)為主。隨著用戶對(duì)信息接入量的需求呈指數(shù)的增長(zhǎng)，電信工作者們著手建立最新一代的移動(dòng)通信 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。
第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有全球化、智能化、個(gè)人化和綜合化的特點(diǎn)，工作在2000MHz波段，采用寬帶的CDMA技術(shù)，涵蓋地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)，包括海陸空三維服務(wù)面，集成話音、數(shù)據(jù)、視像、ISDN和多媒體多種業(yè)務(wù)。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(dòng)用戶提供服務(wù)。
2．鐵路無(wú)線接入網(wǎng)現(xiàn)狀
鐵路通信網(wǎng)是為旅客和鐵路公務(wù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)、行車(chē)維修等人員提供及時(shí)可靠的通信，以提高服務(wù)等級(jí)和運(yùn)輸效率。保證列車(chē)的安全，達(dá)到高效運(yùn)營(yíng)而建立的，它是一種集列車(chē)公務(wù)通信和區(qū)間移動(dòng)作業(yè)通信為一體的列車(chē)移動(dòng)通信系統(tǒng)。但是鐵路結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，決定了該系統(tǒng)與公用移動(dòng)通信網(wǎng)和區(qū)域性的專業(yè)移動(dòng)通信網(wǎng)的差別，它是一種屬于線面結(jié)合、以線為主的鏈狀網(wǎng)。
鐵路通信的無(wú)線接入部分目前僅有的是400MHz的無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)，它完成車(chē)站值班員與進(jìn)入其管轄區(qū)段的列車(chē)車(chē)長(zhǎng)以及列車(chē)司機(jī)之間的通話聯(lián)系。當(dāng)列車(chē)即將進(jìn)站或即將出站時(shí)，這些通話才進(jìn)行，否則如果沒(méi)有特殊的情況，則在列車(chē)運(yùn)行于區(qū)間時(shí)，通話一般不進(jìn)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(xiàn)代化改造進(jìn)程的迅速推進(jìn)，從前單一的無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鐵路無(wú)線通信的需要，這樣就迫切需要建設(shè)一套適合于鐵路現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)指揮需要的先進(jìn)的無(wú)線通信系統(tǒng)。這一系統(tǒng)應(yīng)該采用小區(qū)制，并完成大三角功能。也就是說(shuō)，系統(tǒng)必須可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心與車(chē)站值班員之間、車(chē)站值班員與列車(chē)司機(jī)之間、列車(chē)司機(jī)與調(diào)度中心之間的通話功能，必須可以實(shí)現(xiàn)線路管理區(qū)間的公務(wù)移動(dòng)通信功能，同時(shí)還必須能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度中心與列車(chē)司機(jī)室之間實(shí)時(shí)的雙向數(shù)據(jù)通信功能�；谶@一想法，構(gòu)成鐵路無(wú)線通信接入網(wǎng)的方式可以采用現(xiàn)有的無(wú)線通信方式的集群通信方式、GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）移動(dòng)通信方式、CDMA移動(dòng)通信方式。
集群通信系統(tǒng)是一種功能強(qiáng)大的專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，是通信與微處理機(jī)技術(shù)、程控交換技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它集交換、控制、通信于一體，通過(guò)無(wú)線撥號(hào)的方式把一組信道自動(dòng)最優(yōu)地動(dòng)態(tài)分配給系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)呼損，提高服務(wù)質(zhì)量。由于它具有群呼、組呼、強(qiáng)插、強(qiáng)拆等功能，特別適合于調(diào)度指揮以及應(yīng)急、搶險(xiǎn)等場(chǎng)合，并較好地解決了通信頻率合理分配的問(wèn)題，因而倍受專業(yè)運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)的青睞，被確定為現(xiàn)行鐵路移動(dòng)通信方式的首選類型。但是這一系統(tǒng)還具有一定的缺點(diǎn)，主要包括采用動(dòng)態(tài)的頻率分配，沒(méi)有考慮與周?chē)镁W(wǎng)的有效融合問(wèn)題，沒(méi)有先進(jìn)的路由合理選擇功能，并且在建立通路和自動(dòng)過(guò)網(wǎng)時(shí)存在信息丟失現(xiàn)象，保密性不強(qiáng)，容易受干擾等，這些缺點(diǎn)對(duì)于話音通信的影響不大，但是會(huì)對(duì)列車(chē)與調(diào)度指揮中心之間的實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)通信造成較大的誤碼，因而對(duì)于要求較高數(shù)據(jù)通信誤碼率的場(chǎng)合并不適合。
即將動(dòng)工的秦沈客運(yùn)專線的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要包括400MHz的無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)和800MHz的集群移動(dòng)通信系統(tǒng)，考慮到集群移動(dòng)通信系統(tǒng)在越區(qū)切換過(guò)程中會(huì)存在信息的損傷，因此將數(shù)據(jù)通信部分交由無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)來(lái)完成，集群移動(dòng)通信系統(tǒng)僅進(jìn)行區(qū)間通信（如大三角功能的話音通信，公務(wù)通信以及應(yīng)急搶險(xiǎn)通信等），并留有調(diào)度電話進(jìn)入的余地和接入公用通信網(wǎng)的功能。這一系統(tǒng)也是我國(guó)鐵路以集群通信的方式為無(wú)線接入系統(tǒng)的第一例，是我國(guó)鐵路通信史上的一個(gè)重大變革。
二、鐵路無(wú)線接入網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著改革的進(jìn)一步深入和社會(huì)信息化的進(jìn)展，不僅要求鐵路通信網(wǎng)具有更強(qiáng)的保障鐵路安全運(yùn)營(yíng)的通信功能，以適
應(yīng)高速列車(chē)通信的需求，而且要以鐵道部的全程全網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)全力發(fā)展電信增值服務(wù)及經(jīng)營(yíng)與中國(guó)電信業(yè)務(wù)范圍一樣的電信業(yè)務(wù)，參與同中國(guó)電信的競(jìng)爭(zhēng)，使旅客和網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的廣大用戶方便地享受信息的服務(wù)。比如隨時(shí)隨地的提供鐵路客貨運(yùn)輸資訊信息、訂購(gòu)火車(chē)票等服務(wù)，在列車(chē)就能享受語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)、視頻、移動(dòng)通信及Internet等服務(wù)。不過(guò)，鐵路現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施龐大而落后，這是目前該網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最大障礙。
80年代開(kāi)發(fā)應(yīng)用的集群移動(dòng)通信系統(tǒng)具有信道利用率高、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠確保旅客通話的高質(zhì)量和優(yōu)先等級(jí)，可供列車(chē)公務(wù)人員進(jìn)行業(yè)務(wù)通信，也可利用調(diào)度功能組成臨時(shí)的應(yīng)急通信和收容沿線的移動(dòng)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(yùn)專線就是采用這一系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵路移動(dòng)通信的功能。但從更高的通信目標(biāo)來(lái)說(shuō)，比如為了實(shí)現(xiàn)列車(chē)的實(shí)時(shí)定位、追蹤，讓列車(chē)上和列車(chē)下的公務(wù)人員都能夠隨時(shí)隨地獲得整個(gè)路況信息，實(shí)現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行、調(diào)度等自動(dòng)控制，能夠?yàn)閺V大旅客提供除語(yǔ)音服務(wù)外，還能提供傳真、數(shù)據(jù)、視頻、移動(dòng)通信及Internet等服務(wù)，還有向鐵路沿線的居民提供電信業(yè)務(wù)，隨著這些業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，原有的通信系統(tǒng)就不能滿足要求，應(yīng)該應(yīng)用先進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù)，對(duì)鐵路通信網(wǎng)進(jìn)行改造，建立新的、必要的移動(dòng)通信系統(tǒng)，比如微蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，或者是第三代的移動(dòng)通信系統(tǒng)。當(dāng)然，建造鐵路通信網(wǎng)，應(yīng)根據(jù)鐵路的實(shí)際情況，在不同的地區(qū)要因地制宜地發(fā)展有線和無(wú)線接入系統(tǒng)。
考慮到未來(lái)鐵路發(fā)展對(duì)通信的需求，認(rèn)為在通信系統(tǒng)壽命期內(nèi)，運(yùn)輸會(huì)出現(xiàn)明顯的增加，作為用戶聯(lián)絡(luò)手段的通信系統(tǒng)，在規(guī)劃其指標(biāo)構(gòu)成時(shí)，必須計(jì)算一定的彈性需求。此外還要考慮通信系統(tǒng)的容量擴(kuò)充性問(wèn)題，選擇便于擴(kuò)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(jié)合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，以此提供必要的備份。
在歐洲，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和決策，最初確定的是兩種系統(tǒng)，一個(gè)是GSM，另一個(gè)是TETRA（泛歐集群無(wú)線通信）。后來(lái)由于GSM的技術(shù)日趨成熟，使用范圍迅速擴(kuò)大，造價(jià)逐漸下降，并且又由于在用戶迅速擴(kuò)展的情況下，集群移動(dòng)通信解決方案所存在的問(wèn)題日趨突出。鑒于此，歐洲的鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)最后定位于GSM的方式，并將鐵路移動(dòng)通信所具有的特色（群呼、組呼、優(yōu)先級(jí)別、強(qiáng)插、強(qiáng)拆等功能）加進(jìn)去，構(gòu)成GSMR（用于鐵路的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）的解決方案。
鐵路通信網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是向著與公用網(wǎng)相融合的方向，并達(dá)到與公用網(wǎng)的統(tǒng)一。從而使得用戶無(wú)比是在運(yùn)行中的列車(chē)上，還是在鐵路網(wǎng)的覆蓋區(qū)域均能夠通過(guò)鐵路通信網(wǎng)進(jìn)行如同辦公室一樣方便的信息交流，如進(jìn)行電話聯(lián)絡(luò)，寬帶的數(shù)據(jù)通信和圖像傳輸，接入Internet等。而要滿足這一要求，集群移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，GSM（R）和現(xiàn)行的CDMA技術(shù)也不能達(dá)到這一要求。從現(xiàn)在的發(fā)展情況看，惟有第三代的CDMA技術(shù)才可能擔(dān)當(dāng)起這一重任。因此，鐵路通信網(wǎng)的無(wú)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(dāng)然，并不是說(shuō)第三代的CDMA技術(shù)就可以直接用來(lái)完成未來(lái)的鐵路無(wú)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(jí)別、強(qiáng)插、強(qiáng)拆等功能）融入這一技術(shù)之中，形成具有鐵路通信特有要求的公用無(wú)線通信接入網(wǎng)。
另外，考慮到鐵路已經(jīng)延伸到很多較為偏僻的地區(qū)，這些地區(qū)的公用通信網(wǎng)尚未建立起來(lái)。利用已經(jīng)建立好的鐵路通信網(wǎng)，并將其經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臄U(kuò)容改造，比如建立單基站無(wú)線接入系統(tǒng)，增加移動(dòng)交換功能，廣泛發(fā)展固定用戶和移動(dòng)用戶，從而取得應(yīng)有的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
鐵路通信網(wǎng)是保證行車(chē)安全、提高運(yùn)輸效率的有力工具。本文討論了無(wú)線接入技術(shù)在鐵路通信網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，認(rèn)為鐵路通信網(wǎng)應(yīng)該順應(yīng)當(dāng)今通信技術(shù)的發(fā)展潮流和市場(chǎng)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(wú)線接入方式，逐步達(dá)到同公用網(wǎng)的統(tǒng)一，從而參與同其它電信部門(mén)的競(jìng)爭(zhēng)，為出行的旅客以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的用戶提供高質(zhì)量、方便、快捷的電信服務(wù)。
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