高速铁路通信系统方案研究综述
5G高铁无线网建设关键技术与解决方案研究
5G高铁无线网建设关键技术与解决方案研究摘要：近十年来，我国高速铁路和通信网络都在飞速发展，高速铁路网的建成，为大众提供了一种极为便利的出行通道，而如何为乘坐高铁出行的公众提供良好的移动通信服务是移动、联通、电信三大运营商以及铁塔公司的重要课题。
我国国土面积大，地形复杂，世界上拥有的地形地貌基本上中国都有，在中国东西南北纵深5000km的广袤大地上，高铁线跨越了各种地形、地貌和气候特征，而不同的地形对移动通信网络建设方式的要求有所不同，在此背景下，研究复杂地形环境中如何建设移动通信站址则非常重要。
关键词：5G高铁无线网建设；关键技术；解决方案研究引言高铁已成为中国人生活的一部分，5G时代为高铁用户提供高质量的移动通信网络非常重要。
首先分析了进入5G时代后，高铁建设面临的诸多技术挑战，并在此基础上从5G高铁组网关键技术、设备选型、传输资源需求分析等角度进行技术分析并提出解决方案，最后根据5G网络建设需求提出多场景网络建设方案。
基于以上技术分析，结合各地实际网络的建设需求、建设场景，现网条件和投资额度等因素，可因地制宜、精准高效地制定5G高铁无线网络建设方案。
1高铁建网面临的困难由于铁路沿线无线环境复杂，同时随着列车不断提速，车体封闭性越来越好，高铁无线网络的覆盖面临着更大的挑战。
主要包括以下几个方面：（1）穿透损耗大。
穿透损耗与车体材质、入射角等因系有关。
通常情况下，普通空调车的穿透损耗约10几分贝。
而高铁列车由于是全密封车体，屏蔽性能好，其穿透衰耗要比普通空调车高得多，达到20多分贝。
（2）切换频繁。
由于高铁列车高速移动，短时间内终端可能穿越多个RRU覆盖小区，从而产生频繁的小区间切换。
当列车穿越覆盖区的时间小于系统切换最小时延时，会引起切换失败，产生掉线，影响网络性能。
为了提高切换成功率，需要合理设置重叠覆盖区长度，一方面确保终端有足够的时间完成切换，另一方面也避免重叠覆盖区过长，影响基站的平均有效覆盖铁轨长度。
高速铁路系统76页PPT
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(2) 数字交叉连接（DXC）的运用
数字交叉连接是指数字交换设备（或数 字交叉连接设备）的两个端口用固定或 半固定的方式连接起来，以达到两个端 口直通的目的。在数字交换设备内，数 字交叉连接通过网管或维护终端做数据 建立或拆除。数字交叉连接在区段连接 数字调度系统中的运用主要表现在提供 通道的能力方面。
5.其他控制6.站场扩音5.公安、工
信息通道 对讲
务对讲
6.道口无线
报警
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调度通信按铁路运输指挥系统分干线、局线、 区段三级调度通信体系 ： 干线调度通信是铁道部为统一指挥各铁路局， 协调地完成全国铁路运输计划，在铁道部与铁 路局之间设立的各种调度通信。 局线调度通信是铁路局为统一指挥所属调度区 段及主要站段，协调地完成全局运输计划，在 铁路局与编组站、区段站、主要大站之间设立 的各种调度通信。 区段调度通信是各调度区段为指挥运输生产， 在调度员与所辖区段的铁路各中间站按专业、 部门设置的调度通信系统，统称区段调度。
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本节内容： 数字传输系统 数字交换系统 区段数字调度通信
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1. 数字传输系统
数字传输系统原理图
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上图表示模拟话音信号在发送端经 过抽样、量化和编码以后得到了脉冲编 码调制（PCM）信号，此过程称为模拟 话音信号数字化，该数字信号经过传输 线路送到对端。在接收端将收到的PCM 码组还原成模拟话音信号。
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10ห้องสมุดไป่ตู้
火车无线通信解决方案(3篇)
第1篇一、引言随着我国经济的快速发展和铁路建设的不断推进，铁路运输在国民经济和社会发展中扮演着越来越重要的角色。
然而，在铁路运输过程中，火车的无线通信问题一直困扰着相关部门和旅客。
本文针对火车无线通信的现状，提出了一种火车无线通信解决方案，旨在提高铁路运输的效率和安全性。
二、火车无线通信现状1. 通信距离有限目前，我国火车的无线通信主要依赖于地面移动通信基站，通信距离受到基站覆盖范围的限制。
在偏远地区，基站覆盖不足，导致火车无线通信效果不佳。
2. 通信速率低由于火车移动速度快，传统的无线通信技术难以满足高速移动场景下的通信需求。
此外，通信速率低也会影响铁路调度和旅客信息的实时传输。
3. 通信信号不稳定在复杂地形、恶劣天气等条件下，火车无线通信信号容易受到干扰，导致通信质量下降。
4. 通信安全风险火车无线通信系统涉及大量敏感信息，如旅客信息、铁路调度信息等，若通信安全措施不到位，将面临信息泄露、恶意攻击等风险。
三、火车无线通信解决方案1. 采用高速铁路无线通信技术针对火车高速移动的特点，采用高速铁路无线通信技术，如WiMAX、4G/5G等，实现高速、稳定的数据传输。
2. 构建地面基站和车载移动通信基站相结合的通信网络在铁路沿线建设地面基站，提高通信覆盖范围。
同时，在火车上配备车载移动通信基站，实现高速移动场景下的通信需求。
3. 优化无线通信信号覆盖针对复杂地形、恶劣天气等条件，采用信号增强技术，如天线阵列、信号放大器等，提高无线通信信号稳定性。
4. 强化通信安全防护加强无线通信系统的安全防护，采用数据加密、身份认证等技术，确保通信信息的安全。
5. 优化通信协议和接口针对火车无线通信的特点，优化通信协议和接口，提高通信速率和稳定性。
6. 智能调度和旅客信息实时传输利用无线通信技术，实现铁路调度信息的实时传输，提高铁路运输效率。
同时，为旅客提供实时、便捷的信息服务。
四、解决方案实施步骤1. 研究和评估现有无线通信技术，确定适合火车无线通信的技术方案。
高速铁路专网覆盖解决方案
高速铁路专网覆盖解决方案完善的铁路GSM网络覆盖不仅能给用户提供便利的通信服务，创造更优质的网络价值，而且是以后第三代移动通信网络的铺设和扩容提供坚实基础；不但能为中国移动业务的发展带来商机，也能为我国信息化的发展带来巨大的促进作用。
本方案通过使用BBU+RRU这种组网方式，针对对不同区域类型，不同覆盖场景的解决方案论述，可为高速铁路的覆盖达到最优的效果，同时也可为其他同类工程提供参考和借鉴。
BBU；RRU；小区规划；切换规划；小区分层本方案将铁路列车考虑为一个话务流动用户群，为其提供一条服务质量良好的专用覆盖通道，用户群从车站出发，直至抵达目的站，用户都附着在专网覆盖区内，发生的话务/数据流也都为专用通道吸收。
用户抵站后，离开专用通道，切换至车站或周边小区。
1.覆盖策略一般高铁沿线环境较为复杂，网络覆盖难度很大。
对于不同的道路环境需要采用相应的覆盖策略。
（1）平原、高原路段的覆盖：覆盖站沿铁路两侧均匀交错分布，选择地势较高处，俯瞰铁路。
（2）丘陵、山地、峡谷路段的覆盖：对于部分较深的峡谷地段，测试信号较差的地段，必须在峡谷两侧最高处、转弯处建设站点。
（3）隧道路段的覆盖：针对不同的隧道制定不同的覆盖方法：隧道长度小于500m的使用高增益天线进行覆盖；长度大于500m的结合漏缆分布系统进行覆盖。
（4）高架桥梁路段的覆盖：桥梁的覆盖须保证天线高度合理，天线的高度应该高出桥梁平面25米，与铁道垂直距离保持在50米左右。
（5）站台路段的覆盖：对于大型火车站候车室与站台通道均有室内分布系统，因此专网与公网的切换只需做室内分布与专网的切换关系，需要注意的是要将专网的CRO设置值高于室内分布的CRO，因为火车在站内停留时间较短，如没及时切换到专网中，火车开动后势必会发生掉话现象。
2.BBU+RRU组网解决方案从整条铁路状况来分析，在铁路沿线新建基站的难度较高，投资较大，我们从节约成本的角度考虑，高铁以BBU+RRU 为主要覆盖手段。
铁路G网系统简介和组成
高速铁路
高速铁路是G网系统应用的另一重要 领域。G网系统能够提供高质量的无 线通信和宽带数据传输服务，支持列 车控制系统、调度指挥系统、旅客服 务系统等众多子系统的通信需求。
VS
G网系统的应用能够提高高速铁路的 运营效率和安全性，为旅客提供更加 便捷、舒适的出行体验。
智能化管理
数据整合
G网系统将各类数据整合到一个平台上，方便管理人员进行统一管理和调度。通过数据分析和挖掘，为决策提供 有力支持。
自动化控制
G网系统采用先进的自动化控制技术，实现列车自动调度、信号自动控制等功能，提高运输效率和管理水平。
高效运营
资源共享
G网系统实现资源共享，提高资源利用效率。通过集中管理和调度，降低运营成本和维护难度。
灵活扩展
G网系统具备良好的灵活扩展性，可根据业务需求进行快速部署和升级。同时，系统支持与其他铁路 系统的互联互通，促进铁路行业的整体发展。
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G网系统的应用场景和优 势
城市轨道交通
城市轨道交通是G网系统应用的重要领域之一。G网系统能够提供高效、安全、可靠的通信服务，支持列车控制系统、乘客信 息系统、公共安全系统等众多子系统的通信需求。
通信系统
1
通信系统是铁路G网系统中实现信息传递和交换 的关键部分。
2
通信系统包括有线通信、无线通信和卫星通信等 多种方式，为列车、车站、控制中心等提供语音、 数据和图像的传输服务。
3
通信系统在铁路G网系统中起到信息传递的桥梁 作用，保障列车运行的安全和高效。
列车控制系统
列车控制系统是铁路G网系统中实现列车运行 自动化的重要组成部分。
CTCS-1级列控系统总体技术方案探讨
1 背景2004年，原铁道部发布了《CTCS技术规范总则（暂行）》（科技运函［2004］14号），指明了中国列车运行控制系统（CTCS）技术体系的框架结构，确定了我国铁路列控系统0—4共5个等级。
其中，普速铁路列控系统主要应用CTCS-0级系统（简称C0），CTCS-2、CTCS-3级列控系统分别装备时速200 km等级、时速300 km等级高速铁路。
经过多年的研究开发与工程实施，CTCS-2、CTCS-3级系统已经大量装备高速铁路线路，技术体系日臻成熟。
在CTCS总体规划中，CTCS-1级（简称C1）列车运行控制系统处于CTCS-0级和CTCS-2级之间，是CTCS 列控技术体系的重要组成部分。
《CTCS技术规范总则（暂行）》中定义的C1是指主体化机车信号和加强型列十几年来计算机技术的飞速发展以及车站列控中心、临时限速服务器、ATP车载设备等列控系统技术和设备的研发和广泛应用，21世纪初期定义的C1系统已经不能适应铁路运输需求。
我国当前运营的绝大部分CTCS-0级系统是铁路信号专业长期发展形成的一套技术安全保障系统，由通用机车信号和LKJ构成。
长期以来C0技术体系在保障普速铁路运行安全方面发挥了重要作用。
按照UIC的统计资料，中国铁路的安全性名列前茅，但是LKJ设备在机车长交路大面积运用、机车频繁调配、既有线路数据变化及施工改造频繁等现实情况下，运营中存在一些安全隐患需要着力解决：（1）数据换装频繁的问题。
在当前既有线运营中，既有C0系统的基础控车数据集中存储于车载LKJ设备。
在列车运行的线路上，只要有任一处线路的参数发生变化，就需要交路涉及的多个铁路局、电务段对处于频繁调配机车上的LKJ数据芯片进行换装，多次出现数据漏装、错装、提前装等问题，对安全运营和安全生产产生直接影响。
（2）线路临时限速管理的问题。
在当前既有线运营中，既有C0系统的临时限速通过车载IC卡存储方式实现，只能在机车出库前录入。
高速铁路通信系统中的移动通信解决方案
类社 会 的发展 、进 步和 文 明作 出 了很大 的贡 献 。铁路 作为
生产 力的一 种标 志， 其经历 了人 力 、 机械 化 以及 信息化 的发
展 阶段 ， 目前 ， 铁路 正朝 向智 能化 、 信 息化 、 高速化 发 展的方 向前 进 。２ ０ ０ ６年至 今 ， 我 国着手 高速 铁路 的建 设 ， 截至 目 前 ，高速铁 路 已有 了突破 性 的发展 。在 为人 们提 供必 需 的 铁 路 运营服 务 的 同时，为 高速 铁路 上 的旅客 提供 宽带 因特 网接入 服务 是当 前高速铁 路建 设过程 中的重点 问题 ， 因此 ， 寻求 一 套 行 之有 效 的高速 铁 路 移 动通 信 解 决 方 案非 常 必
要手段 。
车 车顶 架设 天线与这些高频 天线建立无 线连接 ， 随着 小区尺
寸 的降低 以及列车速 度 的增 加 ， 小 区切 换频繁 ， 列 车经过 小 区直径 １ ０ ０米 的高频 天线范 围要频 繁地切 换 。这种 频繁 地
切 换 和 现 有 通 信 机 制 下 定义 的 切 换 时 间有 出入 ， 这 在 一 定 程
他 路径 方 向上 的信 号 ，高速 运行 的列 车具有 典 型多 普勒 频 谱 扩展 ，但 不会 引起较 严重 的多 普勒频 移 。基站 在铁 路 旁 边 时 ，多普 勒频谱 扩展 有较 小 的窄带 波形 ，随着 列 车的运 行 ，其 扫描 可 以由最大 值至 最小 值 。当铁 路和基 站 离得 比 较 近时 ， 基 站信 号方 向和 列车运 行 方 向夹 角时 ， 多普勒频 移变
层次上 实现整体 覆盖 的方案 。目前 ， 高速铁路 通信 系统面 临
着很 多问题 ， 诸如 位置 区设置混 乱 引起 位置更新 指令溢 出、 切换 区穿越频繁 、 电波快 衰落等 ， 这 些 问题 直接导 致用户拖 网 、掉话频 繁或 电话接 通率 下降等 。铁 路常 穿梭在地 形 复 杂、 环 境恶劣 、 电气化 铁路强 电磁烦扰 的环 境中 ， 这使得通信 可靠性和 连续性 无法保 障 。 基于 上述 问题 ， 对 高速 铁路通信 系统 实现一 体化 专线覆 盖成 为解 决高速 铁路通 信 障碍 的重
无线通信系统在高速铁路中的应用
无线通信系统在高速铁路中的应用摘要：在当前随着高速公路不断向着指挥信息化的方向发展，铁路信号系统也会在无线通信技术领域提出相当高的要求。
无线通信系统不仅仅能够减少高速铁路信号系统成本，还能够确保高速铁路的安全。
本文主要分析运用无线通信技术在告诉铁路信号系统中的特点以及存在的问题进行分析，同时重点分析无线通信技术在告诉铁路系统信号中的应用和特点。
关键词：无线通信；高速铁路；信号系统；轨道旅客在称作高铁的时候，无线通信系统会进行数据交换的过程中很难达到让乘客满意的效果。
为了对这个问题进行解决，告诉铁路无线通讯系统由此产生。
在网络层和链路层上实现对IP分割的效果，将时间点进行错开，这样就可以在很大的程度上组织通信中断的毛病发生。
因此在无线网络连接之后，移动网络格局自身就发生了很大的变化，这样就可以达到顾客对网络快带的需求。
一、概述在对列车信号控制方面，轨道的信号所处的环境相对平时是比较差的，因此，在传输速率比会降低很多，还可以支持高速铁路的迅速发展。
信号系统主要是指能够保证高铁列车在安全的情况下可以加速运行速率。
信号系统主要是指控制列车指挥和运行的设备，苏日安他的投资总额在整个告诉铁路工程占的比例比较小，那么在一些方面却有着十分重要的作用。
加强通行力度，保证告诉萜类的安全性对于提高告诉铁者的工作环境都是有着积极意义。
在上世纪80年代，国外就着手于对无线通信技术的告诉铁路信号系统进行研究和分析，并且实现了很多功能性的突破。
在成本控制、降低能源消耗、建设高铁列车的时间间隔、提高高铁的管理职能是有着积极意义。
在高铁列车的加速以后，要想保证高铁安全一定要增加高铁信号灯，同时还要加大的资金的投入力度。
高速铁路的交通中要运用一些先进的信号系统，信号系统自身是一种积极的方法，还有在全球一些发达国家的交通运行方面也是可以表明。
在高铁中都是有着比较好的信号心疼，这样才可以实现另外的技术设备能力。
二、无线通信技术的高速铁路信号系统中的特征及问题当前先进的无线通信技术为：红外、蓝牙、2.4GHz以及433MHz频段，在速度比较高的高铁列车上，当距离比较小时，就能够利用以上这些无线通信技术；然而假如距离比较远的时候，那么同时也要无线通信的距离比较远，这样就能够实现少用或者不用中继。
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高速铁路通信系统方案研究综述
发表时间：2019-08-02T11:02:22.610Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：刘全
[导读] 摘要：国际高速铁路移动通信技术发展早效率高，而我国的高速铁路移动通信技术虽然起步较晚，但也有大面积的运用，在这方面投入的研究精力逐渐增加，取得了不错的成效。
中铁十局集团电务工程有限公司山东济南 250000
摘要：国际高速铁路移动通信技术发展早效率高，而我国的高速铁路移动通信技术虽然起步较晚，但也有大面积的运用，在这方面投入的研究精力逐渐增加，取得了不错的成效。
未来高速铁路移动通信技术将要从那些方面发展，了解这些问题有助于我们更加切实有效地发展相关技术，也能为实践运用提供更多的帮助。
关键词：高速铁路；通信系统
引言：我国在高铁的硬件建设方面虽然领先全球，但对于高速铁路移动通信技术的掌握还不够成熟，因此，我国应具有一定的前瞻性，尽快研发更安全可靠、传输性能更优质的专用移动通信技术。
为此，在接下来的文章中，将围绕高速铁路通信系统方案方面进行详细分析，希望能给相关人士提供重要的参考价值。
1.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的早起，也采用了GSM-R技术，其中较为具有代表性的是青藏线路和大秦线路，在这之后我国经济持续发展，相关技术也逐渐运用到了更多的线路，例如京沪、沪宁、沪杭等。
GSM-R技术是一种较为成熟的技术，在应用方面具有较高的效率，但是无可避免的是，随着时间的推移，更多更高的要求被提出，GSM-R技术已经逐渐无法满足当下高速铁路通信技术发展的要求了。
在此之外，出于实际情况的考虑，也有不同的线路采用了其他技术。
比如在朔黄线路上，采用了LTE-R技术，而在台湾台北到高雄的线路则是采用了WiMax系统来进行通信系统网络的建设，随着时间的发展，这一线路逐渐不符合当下时代发展的要求，台湾方面正在进行有关新系统取代旧系统的研究。
2.高速铁路移动通信技术的发展
2.1基于5G的高速铁路移动通信技术
1）基于5G的高速铁路无线信道建模。
以现在的技术水平来看，高速铁路在运行环境方面，对散射环境的要求并不复杂，并且多径数量也很少，LOS（服务水平）特征性较明显。
显著地LOS特征就意味着更小的多径时延扩展或者更宽的想干宽带，也就是说通信环境将更优质。
当然，移动速度过快将极大地增强多普勒频移的情况，但LOS依然可以显著降低这一现象。
2）基于分布式网络和云的架构。
当前网络基站的实际资源使用率非常低，基站的位置决定了资源的使用状况，在高速铁路的环境中会产生相当显著的潮汐效应。
而为了保证铁路在运行状态下的安全性，只能采取较大时间间隔发车的方法，如此一来，在同时段内，同一线路上运行的列车数量就会非常少，浪费资源。
采用云无线接入网络架构就能有效解决这一难题，它的主要思想是集中基站间共用的资源到某一基带处理池中，然后集中控制这些资源。
3）控制面和用户面分离。
如图所示，一般情况下，服务基站和接入用户之间会存在两个平面的连接，也就是控制面和用户面，在这之中，控制面是承载用户与接入网的控制指令的，而用户面则是处理业务数据传输功能的。
当控制面的覆盖范围能够满足移动范围时，用户整体的移动性就都得到了保障。
所以，在此结构中，用户的控制面会被保留于低频频段，因为次频段具备优质的传输性能，并且覆盖的范围也非常广泛。
可是如果要考虑成本问题，这一频段也可以采取利用LTE-R遗留频段的方法已达到目的，但同时真正的用户面就应被搬离出去。
应将数据的承载者放置在高频段处，以此扩大系统的容量。
4）频谱融合的异构网技术。
就目前来看，可以采用增强频谱效率或扩大系统带宽的方式来提升系统所需的容量，当然，在这两种方法当中，采用扩大系统带宽的方法当然是最简单有效的。
当然，合理利用非许可证频段是5G高速铁路移动通信增加带宽并提升系统容量的主要方法。
此技术可能会遇到一些比较严重的挑战，例如协调方案受到干扰等，为妥善处理这一问题，建议分为两步进行，第一步，进行信道质量检测，检测应在接收端完成；第二步，对信道进行筛选，选择出满足最低要求的信道[1]。
5）多天线及分布式天线技术。
目前比较可行的方案为：大幅度增添车载台的天线阵列组数量，然后合并信号，此后再将不同组别天线阵列的权重进行适当调整，通过这种方法可以将不同天线阵列之间的关联性作改变。
经过这些调整之后，LOS就能在高速铁路的环境下显著提升其系统容量。
当前，高速铁路移动通信所要面对的最严重的问题就在于越区切换，如果进行频繁的越区切换不利于列车运行安全，因此，应采取分布式天线的技术，以尽可能减少切换次数。
6）多普勒效应及快速切换技术。
在高速铁路运行时，频繁切换是引起失误的主要原因，为此，高速铁路的移动通信系统应该采用中断时长短的快速切换技术，此外，群切换也会存在一定问题，而这一技术应能够一并解决。
以当下的情况来看，最好采用基于双播的切换方案。
2.2综合业务接入系统和承载平台
通信系统承载平台最主要的数字传输体制就是SDH体制，这种体制的使用适用于多种业务开展，例如ATM取款机、IP等业务的连接和处理;MSTP系统的特点就是对信息的接入和综合处理功能非常好，可将多种业务的信息网络集成一个网络设备，例如对公务电话、调度集中等业务数据的处理，可以把区间接入系统中的信息数据传动到目的车站。
高速铁路业务信息不仅容量非常大，而且种类繁多，所以根据使用需要对承载平台的设计进行有效的更改，将承载平台的主要结构分为多业务传输系统和接入网系统。
多业务传输系统主要任务是解决车站对业务通道的需求，并且为下一层的通道提供有效的保护;而接入网系统主要解决多种业务通道对信息采集点中对信息的接受和传输。
MSTP的使用能为高铁客户提供相对的宽带业务，但是想使用语音业务就需要光节点对语音数据进行介入。
高速铁路的传输系统不仅要为列车提供业务接口，还要为旅客的服务系统提供接口，把旅客的相关的服务业务储存到传输系统，根据采集的信息接入传输设备，构成传输
系统，通过MSTP系统将信息传送到信息综合调度系统。
在车站内和列车沿线内的信息接入点的设施必须具备能介入多种业务的光节点，在部分车站设置区域光线路终端设备，将接入网络形成一个一体化综合业务的网络[2]。
结论：
简而言之，高速铁路自诞生之日起，就伴随着对移动通信的承载需求，一部分需求来自高速列车的列车控制与调度系统，这是高速列车的核心；另一部分来自于乘客需求。
在过去，GSM-R技术是比较主流的高速铁路移动通信技术，除此之外，国外比较有代表性的还有TGV和ICE等应用的移动通信系统。
我国高速铁路移动通信技术的发展并没有经过很长时间，但目前正考虑取代GSM-R技术的移动通信关键技术。
未来，随着5G时代的临近，基于5G的高速铁路移动通信技术将成为发展趋势，而高速铁路无线网络接入系统也将在不久的将来投入运营[3]。
参考文献：
[1]方旭明，崔亚平，闫莉，宋昊.高速铁路移动通信系统关键技术的演进与发展[J].电子与信息学报，2018（01）：64~68.
[2]张仁美.当前高速铁路移动通信系统关键技术的演进及发展探析[J].电脑知识与技术，2018（21）：29~31.
[3]薛晓勇.高速铁路移动通信系统关键技术的演进与发展[J].信息通信，2017（09）：34~36.。