基于3G网络的高速铁路移动通信技术
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作者: 张卓
摘要：随着我国高速铁路系统建设的完善和覆盖范围的扩大，基于3G网络技术的高铁通信技术也逐渐引起人们的注意。本文在分析我国高铁发展特点和3G网络移动通信的基础上，对3G技术在高速铁路中的应用前景、技术瓶颈和改进措施给出了相关的建议。
关键词：高速铁路 3G移动通信网络
1、引言
从2007年我国首条高速铁路――京津城际轨道交通工程完成铺轨开始，我国已经先后投入巨资开始兴建郑西高速铁路、京石高速铁路、武广高速铁路、京沪高速铁路、广深高速铁路以及南宁到广州的高速铁路等等一大批高速铁路，由此可见，我国铁路运输已经进入了高铁时代。与此同时，高铁的移动通信技术也逐渐成为该领域研究人员的研究重点。
一般来说，在移动通信领域，时速超过200公里的物体，在其上进行顺畅的移动通信一直是全球通信行业的一大挑战。这主要是由于高速运动的物体存在物理学上的多普勒频率偏移、快速功率控制和空速切换等几个难题。所以，我国当前的高速铁路发展状态，已对移动通信系统提出了更高的要求。
2、高速铁路移动通信和3G技术
一般来说，在高速移动的物体上，当速度超过时速150千米时，2G/3G的快速功率控制效果不佳，此时就要看哪种通信制式的抗衰落手段多，且衰落储备量大。TD-SCDMA对高速移动情况不太适应，主要是因为技术性能先进的只能天线没有在高铁上全面普及和覆盖，且系统的增益又不高，再加上使用终端的功率不大，使得在高铁上，对于覆盖边缘由于衰落储备不足而掉话；现在，GSM制式在高铁系统中还没有启用功控装置，不过GSM制式只提供语音通话，信道编码纠错技术在这种情况下的作用显著，在通信基站功率达到40W，终端功率达到2W，且基站距离较短的情况下，衰落储备量发挥作用，高铁的应用效果还可以。GSM系统中的EDGE制式在高铁中的效果不好，主要是由于EDGE在高速数据时的编码效率为1，没有编码冗余度，对应的信道编码增益相对较低，此外，高阶的数据8PSK调制，会使得解调EDGE数据的信噪比较高，导致EDGE边缘的覆盖电压需要更高，其衰落储备要更大；但在实际的高铁系统中，两个基站覆盖区之间的衰落储备一般都不足，使得传输的数据率会迅速下降。所以，就要寻求新的技术体系来解决高铁中的移动通信问题。
3G通信技术在我国的发展是日新月异。2009年1月7日，我国同时发放了三张3G拍照，即：TD-SCDMA、WCDMA、CDMA200，标志着我国正式进入了3G时代。3G网络运行的两年多时间里，在拉动我国GDP增长的同时，还为国内创造了大量的就业机会。从技术角度来分析，3G移动通信网络相对于2G网络的优势在于更大的系统容量和更好的通信质量，且能够实现全球范围的无缝漫游，为通信用户提供包括语音、数据和多媒体等多种形式的通信服务。
在国际移动通信领域，国际电联对3G网络有其最低的要求和标准，即：在高速移动的地面物体上，3G网络所能提供的数据业务为64~144kb/s，要能够适应500km/h的移动环境。针对该标准，我国现行的3种3G网络中，WCDMA和CDMA2000主要采用“软切换”技术，能够实现移动终端在时速500km时的正常通信，即能够实现在与另一个新基站通信时，首先不中断跟原基站的联系，而是在跟新的基站连接好后，再中断跟原基站的连接，这也是3G网络优于2G网络的一个突出特点；WCDMA技术已经解决了高速运动物体的无缝覆盖问题；此外，TD-SCDMA也对高铁通信的覆盖方案进行了研究。
因此，3G移动通信网络在技术层面上已经具有为高铁提供通信保障的基本条件，为我国高铁发展过程中移动通信问题的完满解决奠定了坚实基础。
3、高铁中的3G网络建设
根据前面介绍的我国高铁建设的现状和3G通信网络的技术特点，文中认为我国高铁领域的移动通信系统还可以进一步优化，具体改进措施可以概括为：
(1)应该着力加大 GSM-R技术的推广力度和对 GSM-R标准进行不断完善，同时，还应该对3G通信技术规范中关于高铁移动通信系统的技术特点进行深入研究，这样，就能够使得GSM-R及GSMR-C (高速铁路高可信无线通信网络)跟越来越成熟的3G商用通信系统实现融合，提高GSM-R及GSMR-C对3G技术通信标准的兼容性，完善高铁系统中移动通信的服务质量和效率。GSMR-C技术标准是由我国的轨道交通控制与安全国家级重点实验室首次提出的，其目标是在消化、吸收欧洲GSM-R标准的基础上，结合我国高速铁路的运行特点，以及调度通信、列车运行控制数据传输、信息化数据传输等方面的具体需求，在网络功能、工作频段、终端功能、业务实现等方面进行大胆地创新，形成适合我国高速铁路应用的通信技术体系。
(2)高铁现行移动通信方案所采用的3G标准，应该结合我国现有的三家3G网络运营商所提供管的移动通信系统管特点，根据高铁3G移动通信系统建设的具体需求，已及移动终端的功能，来不断地进行综合考虑和完善。
在高铁移动通信网络中采用多种3G通信技术标准尽心覆盖的方式，为高铁乘客提供了全制式的移动通信服务，有助于提高我国高铁系统中使用3G终端的服务质量。在网络建设过程中，为了最大限度的节约成本，可通过共享共建的方式来实现多种3G网络的全面覆盖，用最低的成本来得到最佳的服务效果。我国子2008年以来，就对电信基础设施的共建共享制定了相关的条令法规，并提出了明确的要求。现在，通信领域已经在共建共享方面取得了很大的进展，为我国高铁移动通信系统的全面建设提供了良好的硬件环境。
4、总结
现行的3G通信网络技术规范还没有完全考虑在铁路，特别是高速铁路中的应用，还需要能够满足铁路通信安全和可靠性的要求。所以，基于3G标准的高铁移动通信技术，还没有在实际使用中进行验证，其系统本身还需要经过不断完善和发展，需要对频谱资源及其频率干扰问题进行解决。所以，要利用当前3G系统的发展机遇，提高我国高铁移动通信系统的水平和能力，更好地为我国高铁战略的发展服务。
参考文献：
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