基于铁路专用宽带移动通信系统(LTE-R)完整统一的铁路调度通信模式的特点分析

铁路无线通信技术LTE-R的发展【摘要】本文基于铁路无线通信技术LTE-R的关键技术，MIMO技术和OFDM技术，对LTE-R的发展优势进行剖析，并对LTE-R在列车监测领域、预警领域和乘客无线通信服务领域的发展进行展望，并提出平稳过渡、在实践中稳定提升的建议。

【关键词】铁路无线通信 LTE-R随着我国经济的快速发展，铁路运输需求加剧，也对铁路无线通信技术提出更高要求。

LTE-R正是这一背景下的产物，它不仅可以满足铁路无线通信需求，也将大大改善乘客的无线通信需求，实现铁路无线通信技术的新提升。

一、铁路无线通信技术LTE-R的关键技术目前LTE-R系统的关键技术主要包括两大類型，一种是MIMO技术，一种是OFDM技术。

无论是多输入多输出技术，还是正交频分复用技术，与传统无线通信技术相比，不仅无线通信传输的速率得到大大的增强，无线通信的抗干扰能力也得到大幅提升，安全性也更高。

1、MIMO技术。

MIMO技术即俗称的多输入多输出技术，该技术无论是在发射端，还是在接收端都采用多种天线。

在发射端，通过运用多个发射天线发射信号，在接收端，同样也采用多个天线接收信号。

接收端对发射端发射的信号进行译码解读，在解读时，主要通过空间分集技术，空间复用技术也是常用技术之一。

前者编码的基础是发送分集，后者则通过数据流的形式进行传输，以达到较高的传输速率。

2、 OFDM技术。

OFDM技术就是我们俗称的正交频分复用技术，这种技术的原理主要通过快速傅利叶变换以达到解调和调制，从而实现复杂程序的简单化，简化了运算难度，从而大大提升了技术含量，实现新的技术突破。

二、铁路无线通信技术LTE-R的发展优势1、服务能力更高。

铁路运输业的快速发展加剧了无线通信技术要求，LTE-R的发展正是顺应了铁路无线通信需求，服务能力更强。

LTE-R的发展不仅能够满足铁路日常运行与业务需求，也为乘客提供了优质服务，实现对传统无线通信技术的新突破，推动了铁路服务新发展。

铁路无线通信工程中的LTE—R技术研究当前，铁路交通发展的十分迅猛，传统GSM-R技术的语音和数据功能与列车和乘客数据需求严重不符。

现今乘客产生了移动宽带服务要求，并在铁路旅途中利用移动设备完成一些工作或娱乐消遣。

因此，在铁路无线通信中顺势产生了LTE-R技术。

该项技术可以提供多种宽带服务，确保百兆传输数据能力，最大程度保证了无线网络的准时性。

故对其研究拥有一定的实践意义。

标签：铁路无线通信；LTE-R技术；应用一、LATE-R技术出现的必然性（一）带宽业务需求的需要虽然我国当前已经迅速发展与应用GSM-R技术，但是作为第二代移动通信技术，其电路域数据业务只有400-9600bit/s，数据业务分组域的速率只达到一百多kbit/s，其利用频谱率和数据承载速率也十分低[1]。

导致对视频监控承载、视频会议等宽带业务需求逐步增加。

（二）无线宽带服务的需要由于传统3G通信设备利用频率效率很低，承载服务数据能力十分有限，其数据格式与承载突发式的IP数据业务高度不符。

此外，由于语音业务对2G技术进行了有效承载，导致3G技术语言业务与承载数据不能保持高度统一。

所以，只有积极改进，3G技术才可以与铁路无线通信要求很好适应。

二、系统性能介绍（一）网络架构系统可以有效优化3G网络架构，网络形成扁平化结构，具体包括了接入网与核心网。

若干个基站和终端用户设备共同组成了接入网。

其中由服务网关、移动管理实体和分组网关共同组成了核心网。

LTE的重要接口分别是：eNodeB与核心网SI接口的有效连接，在二者之间完成彼此互联的X2接口；用户向固定系统接口有效接入LTE-Uu接口。

eNodeB具体功能是对移动终端数据信息有效接收，以及管理一部分无线资源。

同时还有效地压缩与加密IP，在移动管理实体的选择功能上附着终端用户设备。

另外还包括路由、寻呼、广播功能，以及分类标识上传输层数据包。

MME主要功能是对NAS信令的有效管理和安全性。

浅析上海轨道交通5号线无线双网车地通信系统上海轨道交通5号线是上海地铁系统中的一条重要线路，长约15.39公里，设有十座车站，其中包括3座换乘站。

为了保障5号线的运营安全及高效运行，车辆与地面的通信系统尤为重要。

本文将对上海轨道交通5号线的无线双网车地通信系统进行浅析。

无线双网车地通信系统是指通过电磁波将地铁列车和地面通信设备进行无线通信的系统。

它主要分为两个部分：列车端和地面端。

我们来看列车端的无线双网通信系统。

对于上海轨道交通5号线的列车来说，它采用的是GSM-R和LTE-R两种通信技术。

GSM-R（全球移动通信系统-铁路）是一种专门为铁路通信而设计的通信标准，它具有覆盖范围广、数据传输速率高、信号抗干扰能力强等特点。

而LTE-R（长期演进-铁路）则是基于4G LTE技术进行优化和改进的，具有更高的数据传输速率和更好的网络容量，能够支持更多的列车同时通信。

这两种通信技术可以保障列车与地铁运营控制中心之间的双向无线通信。

列车上安装有GSM-R和LTE-R模块，通过这两种模块，列车驾驶员可以与运营控制中心进行语音和数据通信。

列车的位置、速度、列车组合等信息通过无线通信传递给运营控制中心，以便运营人员及时监测列车的运行情况，做出相应的调度和安排。

接下来，我们再来看地面端的无线双网通信系统。

在5号线的地面设备上，同样装有GSM-R和LTE-R的基站设备。

这些基站设备用于接收列车发送的信号，并进行解码处理。

解码后的信号通过有线网络传输给运营控制中心，以供运营人员查看和处理。

运营控制中心也可以通过基站设备向列车发送指令和信息，以实现地面与列车的双向通信。

上海轨道交通5号线的无线双网车地通信系统是通过GSM-R和LTE-R两种通信技术，使地铁列车和地面通信设备之间实现双向无线通信。

这样的通信系统可以提高列车与运营控制中心之间的灵活性和实时性，保障列车运行的安全和高效。

这只是对上海轨道交通5号线无线双网车地通信系统的初步浅析，还有很多细节和技术问题需要进一步研究和讨论。

GSMR铁路移动通信GSM-R铁路移动通信：技术特点与发展前景引言一、GSM-R技术特点1.1专用频段GSM-R使用专用频段，避免与其他通信系统干扰，确保铁路通信的稳定性和可靠性。

在全球范围内，GSM-R主要使用900MHz频段，部分国家和地区使用1800MHz频段。

1.2安全性GSM-R采用了加密和认证机制，确保通信内容的安全。

同时，GSM-R还支持列车无线紧急呼叫功能，提高了列车运行的安全性。

1.3系统容量GSM-R系统具有较大的系统容量，可以满足铁路运营中的大量用户需求。

同时，GSM-R支持多用户同时通话，提高了通信效率。

1.4网络覆盖GSM-R系统实现了铁路线路的全覆盖，确保列车在任何位置都能进行通信。

GSM-R支持跨区切换，保证了列车在不同区域之间的通信连续性。

1.5兼容性GSM-R与其他通信系统具有较好的兼容性，可以与其他铁路通信系统（如TETRA、VHF等）进行互联互通，为铁路运营提供更多选择。

二、GSM-R发展历程与应用现状2.1发展历程GSM-R的发展始于20世纪90年代，欧洲铁路通信标准化组织（ERATO）开始研究铁路通信的标准化问题。

1993年，欧洲电信标准协会（ETSI）正式立项研究铁路通信标准。

1997年，ETSI发布了GSM-R标准。

此后，GSM-R在全球范围内得到了广泛的应用和推广。

2.2应用现状目前，GSM-R已经在全球范围内得到了广泛应用，成为铁路通信领域的事实标准。

在欧洲，GSM-R已经成为所有新建设的高速铁路线路的通信系统。

在中国，GSM-R也得到了广泛应用，成为高速铁路、普速铁路和城市轨道交通的主要通信系统。

三、GSM-R未来发展趋势3.1向LTE-R过渡随着4G移动通信技术的发展，GSM-R将逐渐向LTE-R （LongTermEvolution–Rlway）过渡。

LTE-R基于先进的4G技术，具有更高的数据传输速率、更大的系统容量和更好的性能。

目前，欧洲、中国等国家和地区已经开始进行LTE-R的研究和试验。

基于MRR调度的认知LTE-R基站和服务类型值优先队列管理邓宏宇;汪一鸣;吴澄【摘要】利用认知无线电技术在长期演进铁路(LTE-R)通信系统中构建认知无线网络,提出认知LTE-R基站网络架构和MRR调度算法,用以提高铁路专网频谱利用率.特别针对单一车载网关中认知LTE-R基站的先入先出队列策略造成次用户的实时业务的时延过大问题,提出基于服务类型值优先的认知LTE-R基站队列管理策略.该策略优先将服务类型值大的分组送出队列,从而达到优先服务实时业务的目的.仿真结果表明,在保障车地正常通信的前提下,构建的认知LTE-R基站能为旅客提供额外互联网接入链路,提高了长期演进铁路通信系统频谱的利用率.此外,基于服务类型值优先的队列管理策略可以有效地减少旅客实时业务的时延.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2018(034)006【总页数】11页(P80-90)【关键词】长期演进铁路通信系统;认知无线电网络;认知LTE-R基站;车载网关;服务类型【作者】邓宏宇;汪一鸣;吴澄【作者单位】苏州大学轨道交通学院,江苏苏州215006;苏州大学轨道交通学院,江苏苏州215006;苏州大学轨道交通学院,江苏苏州215006【正文语种】中文【中图分类】TN929近年来，高铁、地铁和有轨电车等轨道交通得到了快速的发展。

研究表明，美国已经提出建设高铁的计划，而我国高铁总里程到2020年将突破18 000 km[1]。

目前，铁路通信系统大多使用基于GSM通信的ETCS（European train control system，欧洲列车控制系统）技术，也就是GSM-R（GSM-railway，铁路数字移动）通信系统。

但GSM-R数据承载能力弱，不能满足日益蓬勃的铁路业务的发展需求，且不能给旅客提供便捷的宽带无线接入服务等[2-3]。

作为当前主流的宽带无线通信技术，LTE具有较高的数据速率和频谱效率。

全IP的扁平化网络架构使其网络时延大大减少，1 ms的TTI（time transmission interval，传输时间间隔）使其能处理更多的网络通信数据[4]，采用MIMO （multiple input multiple output，多输入多输出）技术后能够获得更快的速率。

铁路无线通信工程中的LTE—R技术探讨作者：陶柁丞来源：《中国新通信》2014年第23期【摘要】 LTE-R技术使得视频监控与实时互联网等业务等得到了实现。

本文主要分析了LTE-R技术的性能，并分析了LTE-R技术在铁路无线通信中的应用。

【关键词】铁路无线通信 LTE-R技术随着铁路交通的迅猛发展，传统的GSM-R技术在语音与数据服务上已经无法适应当前列车和乘客对于高速数据的需求。

而当前的乘客都需要使用移动宽带服务，通过运用笔记本等移动设备在铁路旅途中完成一些必要的商务工作或者进行娱乐游戏消遣时间，已经成为了一种趋势，因此，LTE-R技术在铁路无线通信工程中得到了应用。

一、LTE-R技术的性能分析1.1 LTE-R的主要技术特征LTE-R（Long Term Evolution for Railway）是为了满足高速铁路运营需求而发展起来的新型移动宽带接入技术。

LTE-R技术具有一些传统技术所没有的特征：LTE-R技术可以提供好几种带宽服务，能确保百兆级的数据传输能力；LTE-R所使用的网络结构是全IP的，不管开展哪种业务，都是建立在IP分组交换的基础上；保证了无线网络的准时性。

将控制面的时间延迟控制在100ms以内；而用户面的时间延迟控制5ms以内；对很多无线接入技术具有特别的功效，比方说3G、2G、WiMaX、WiFi，在这些方面的连接能力相当强。

1.2 LTE—R的关键技术1、OFDM技术。

OFDM也叫做正交频分复用技术，是一种多载波调制技术。

OFDM技术能在很大程度上避免多径时延而导致的码间干扰与频率选择性不强等问题。

OFDM主要是把高速率信息变成无数个并行的低速率的分数据流，将其调制到正交的子载波上完成传输；接收端试用一样数量的子载波调解接收信号，在获取了低速信息后，再适时进行并与串的转变，获取高速信号。

如果子信道的带宽太小，能有效克服码间干扰。

为了减少发射终端的的成本消耗，LTE空中接口上行链路常常会用到SC-FDMA技术。

浅析LTE—R安全技术随着高速铁路的营运速度已经达到500km/h，高速铁路移动通信系统的演进问题也就越发突出。

国际铁路联盟在3GPP LTE研究进程中也提出了GSM-R向LTE-R演进的计划。

文章通过对比GSM-R的安全技术，LTE-R改善了现有GSM-R的安全缺陷，提升了铁路运输安全。

标签：LTE-R；GSM-R；安全1 LTE-R国内外研究状况随后LTE的研究和商用，关于LTE-R的研究也在各国国家相继展开：2010年“发展LTE-R宽带移动通信系统”在中国铁路第七届世界高速铁路大会上被提出；2011年国家设立了“基于TD-LTE 的高速铁路宽带通信的关键技术研究与应用验证”的重大专项研究课题；旅客宽带无线接入系统的研究和实验相继在日本、欧洲和北美展开；我国铁路拥有150MHz、450MHz和900MHz等频率资源，考虑采用跨频段频率资源聚合的方式研究多载波LTE-R系统，实现高速铁路列车车地数据的安全高效传输。

北京交大轨道交通控制与安全国家重点实验室曾指出：未来铁路通信系统将成为公众铁路与铁路专用网络互补的一体化异构移动通信网络。

铁路专用宽带移动通信系统LTE-R以高QoS、高移动性、高RAMS和高数据速率来满足列车控制数据的安全传输和安全监控，保证铁路通信系统的可靠性、有效性、可测性、可控性、安全性、保密性和可维护性等；未来铁路专用通信系统能够提供庞大的数据吞吐量，具有较高的通信效率，能够满足在铁路枢纽、并线区域等热点地区的各种业务需求。

2 GSM-R安全技术的分析及缺陷GSM-R在接入层主要提供了保密性服务和认证服务。

保密服务目的是防止无线窃听，其中有用户身份保密性、认证密钥保密性、信令数据保密性和用户语音保密性。

认证服务的目的是防止空中接口中的假冒攻击。

通过研究GSM-R仍存在一些安全缺陷：（1）GSM-R系统中的加密不是端到端的，加密功能没有延伸到核心网络，只是在无线信道的部分即MS和BTS之间的Um借口进行加密，从基站到基站之间的传输链路中用户信息和信令数据等均以名文的方式传输，这给攻击者特别是网络内部人员进行攻击提供了机会。

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-R LTE-R 局限MIMO OFDM 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，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]2 GSM-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2 400～9600bit/s，分组域数据业务的速率也仅能达到一百多kbit/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1 GSM—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900 MHz(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。