卫小明

（中铁武汉电气化局集团有限公司，武汉 430000）

国际铁路联盟（UIC）指出，基于LTE的铁路无线通信系统（LTE-R）以其低时延、可靠、快捷、高效的网络优势，以及更为安全的数据和语音业务，成为了未来铁路通讯发展的大势所趋。随着LTE系统的建立以及不断普及，铁路通信领域也进一步加深了对其的研究，以便为以后更加灵活的运用该项新技术做好准备。

1 LTE-R的关键技术

1.1 OFDMA技术

正交频分多址接入技术简称OFDMA技术，该技术具有灵活的带宽扩展、高频谱效率等突出特点，能够将通信系统分为若干个子载波，使业务数据并行传输在多个相互正交的子载波上。OFDMA技术的实质是频分多址接入和时分多址接入的有机结合，主要思路就是分散高速数据流，并将其通过若干个子载波进行分散传输，从而达到降低符号速率、延长符号持续时间的目的，有效抵抗时延扩展，降低符号之间的互相干扰，此外OFDMA技术还能够与智能天线技术、信道间干扰抑制以及分集技术相结合，使系统性能获得最大限度的提升[1]。

1.2 MIMO技术

MIMO技术指的是通过多接收、多发射天线实现空间分集的技术。立式多天线是该技术所主要采用的，分解通信链路为众多的子信道，使整体容量得到了很大的提升。在下行链路中传输数据时，多天线主要的发送方式有空时预编码、波束赋形、发送分集以及多用户MIMO等。而在上行链路中传输数据时，MIMO技术也能够使系统的上行容量得到大幅提升。下行MIMO技术可复用空间维度，空间维度复用对多用户以及单用户模式都可提供支持，通过空间复用并分配数据流给单独用户，能够使频率效率以及传输速率得到稳步提升。而空间复用并分配数据流给多个用户，能够实现同一时频资源的多用户共享。上行MIMO技术是通过虚拟的MIMO系统发送两个及以上数量的数据流，从接收机角度看，终端各异的数据流就能够视为在不同天线上传输同一终端的数据流。虚拟MIMO系统是通过终端不同的多个天线使空间自由度得到有效提升，将潜在的信道容量充分的利用起来。

1.3 高阶数字调制技术

为了使频带利用率得到有效提高，LTE应用了高阶数字调制技术。上行主要使用了16QAM十六进制的正交幅度调制和QPSK 四相相移键控。下行主要使用了16QAM、64QAM及QPSK。相较于上行调制方式，LTE在下行相应增添了64QAM，以保证系统下行的峰值速率能够达到100Mb/s。由于是以抗干扰能力降低为代价而提高的系统频谱利用率，因此为了实现误码性能的一致，需将归一化信噪比增入其中，设备成本以及复杂性相应的都会有所增加[2]。

2 LTE-R系统的具体应用

2.1 为GSM-R系统提供的业务

作为GSM-R项目的长期演进系统，LTE-R除了能够提供GSM-R系统诸如列控信息、调车机车信号、机车同步操作控制信息、列尾信息、调度指挥信息、应急指挥信息、区间移动工务信息等之外，LTE-R以其低时延的优势，在很大程度上提高了传送列控信息的实时性，使列车的运行安全得到了进一步的保障。同时，LTE-R系统还能够实现图像传输以及调度语音通信的多媒体调度通信。

2.2 列车视频监控

LTE-R系统不仅能够传送本地之间的数据以及语音信息，同时还能够传送视频监控信息。保证列车安全管理的重要方式之一就是列车视频监控信息，通过传输的视频，LTE-R系统能够监控列车的重点区域，并快速将监控视频传输到监控中心，使工作人员对车厢状况以及列车运行状况有一个全面的了解和把控。与此同时，还可以为列车司机提供铁路道口以及沿线设施的监控视频，辅助其做出相应的决断，以促使安全性的提高。

2.3 监控列车的运行状态

保证列车安全运行的关键措施之一是对其运行安全进行实时的监控。LTE-R系统能够在列车上布设各类传感器，对列车的电源、空调、供电系统、轴温、车门、转向架以及制动系统等进行全方位的实时监控，为地面监控中心实现有效监控列车的运行状态提供保证，为列车的高效检修提供必要的技术支持。

2.4 旅客移动信息服务

随着移动通讯技术的迅猛发展，人们对列车上的无线通讯服务提出了更高的要求。而GSM-R 系统还无法有效满足旅客的这一需求。列车上公用网络环境下的无线通信，在列车高速运行的过程中很难保证服务质量。而基于高移动性、低时延以及高传输速率等优势基础上的LTE-R系统，能够为旅客提供随时随地的宽带接入服务，如在线电影、网上聊天以及网络游戏等，满足旅客即时通信、VoIP话音通信、视频通话以及各种网上冲浪等需求，为旅客提供更加舒适、愉悦的乘车体验[3]。此外，还能够为旅客提供铁路相关信息的时刻查询服务以及移动售票服务等，从而使整体服务质量得到了大幅的提升。

3 结束语

随着我国高铁行业的迅猛发展，以及公网移动通信方式的不断更迭优化，GSM技术将会被逐渐淘汰，而LTE-R会将其逐渐的取而代之，这也是铁路宽带移动通信发展的必然趋势，当前时期GSM-R系统依然是主要的承载平台，而LTE-R系统则正处于试行以及完善阶段。目前神华集团朔黄铁路已全线开始应用LTE-R系统，在未来的3-4年时间里，将会出现GSM-R与LTE-R并存状况，列控业务将主要会由GSM-R系统负责，而非安全的数据传递将由LTE-R系统负责。LTE-R系统在经过几年的大力发展后会承载更多、更加全面的网络业务，最后直到承载全部业务，达到GSM-R系统向LTE-R系统完全演进的目的。