电气化铁路及轨道交通无线通信系统用频研究

林于新，赖新权

（国家无线电监测中心福建监测站，厦门 361004）

1 引言

近年来，大量高速铁路和城市轨道交通线路的投入使用极大的提升了我国交通事业，而电气化铁路和城市轨道交通系统应用大量工作在不同频段的无线通信系统来保证通信和运行安全。随着各无线通信系统日益增多以及电磁环境愈加复杂，干扰现象时有发生，各地无线电管理机构时有收到来自铁路部门的干扰投诉。为了保障电气化铁路及城市轨道交通无线通信系统的安全及稳定运行，无线管理部门应当掌握其用频特性及主要功能。有鉴于此，本文对电气化铁路和城市轨道交通主要无线通信系统的功能及用频特性进行了阐述。

2 电气化铁路主要无线通信系统

2.1 GSM-R

GSM-R数字移动通信技术是当前中国铁路主要采用的无线通信技术，高速铁路、客运专线、重载铁路、城际铁路及部分普速铁路均选择GSM-R构建铁路无线通信系统，主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等通信功能，并可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道。为此，铁路总公司建立了一整套相关的标准和规定，不断规范GSM-R的使用。

GSM-R的工作频段为885-889MHz（上行）及930-934MHz（下行），相邻频道间隔为200kHz。作为综合无线通信系统，GSM-R在铁路得到了广泛应用。

2.1.1 基于GSM-R的机车同步操控系统[4]

该系统主要应用于大秦（大同至秦皇岛）重载运煤专线。为了提高运力，重载铁路采用多机车牵引模式，如果多牵引机车操作不同步，就会造成车箱间的挤压或者拉钩现象，影响运输安全及工作效率。大秦铁路利用GSM-R网络提供可靠的数据传输通道，采用无线通信的方式来实现机车间的同步操控，保证了运行的可靠性。

2.1.2 基于GSM-R的CTCS-3级列控系统

CTCS-3系统是基于GSM-R无线通信的列车运行控制系统。该系统通过轨道电路和应当器实现列车占用检查及定位，无线闭塞中心RBC根据区间轨道电路、联锁系统生成的进路状态信息生成行车许可，再通过GSM-R系统将行车许可、线路参数、临时限速等信息传输给列车，车载设备根据此信息及列车参数，生成列车动态速度曲线，保证列车的高速安全运行。该系统主要应用于时速300至350公里高速铁路上，是高铁核心技术之一。

在CTCS-3中，应答器主要向车载设备传输区间定位、级间转换和RBC切换等信息。点式应答器设备分为地面应答器和车载传输设备（BTM）两部分。工作频率为27.xxx MHz（车至地传输/4.xxx MHz（地至车传输），调制方式为FSK。

2.2 站场无线通信系统[1]

2.2.1 列车无线调度通信系统

列车无线调度通信系统以运输调度为目的，主要完成列车与调度中心间或列车间的通信，简称无线列调。我国铁路列车从20世纪50年代开始使用无线调度电台，从90年代开始，工作频段逐步从150MHz过渡到450MHz频段，目前列车无线调度通信主要采用GSM-R系统或450MHz列车无线调度通信系统。典型450MHz列车无线调度通信系统构成如图1所示。该系统主要实现调度台、机车电台、车站电台间语音通话功能以及车次号校核、调度命令、列车尾部风压数据信息的数字承载功能。工作频段为457.200MHz-458.650MHz和467.200MHz-468.650MHz。

图1 450MHz列车无线调度通信系统构成示意图

根据铁路总公司相关规定，新建、改建铁路将全面采用GSM-R系统，而不再安排450MHz无线列调系统的设计。在建的无线列调工程项目，可根据项目实施情况对设计方案进行调整，具备条件的可变更为GSM-R系统。

2.2.2 站场常规通信系统

站场常规无线通信主要为站场的流动作业人员之间、流动作业人员与固定作业人员之间提供无线通信和信息传送，主要包括调车作业、监控、货检、列检、客运等业务。

2.2.2.1 模拟对讲系统

模拟对讲系统在铁路站场内被广泛采用，主要工作频率为450-470MHz。但该系统功能单一、占用频点较多、易受内外部干扰、无网络能力，已不能适应时代发展的需求。目前，国家已停止对150MHz、400MHz频段模拟对讲机设备的型号核准，全面推广数字对讲机，铁路部门也表态推进“模转数”工作，可见铁路部门在用的模拟对讲系统将逐渐被数字系统所取代。

2.2.2.2 数字集群通信系统[2]

DMR（Digital Mobile Radio，数字移动无线通信）技术，是欧洲电信标准协会（ESTI）制定的数字对讲机标准，于2005年被正式批准，在国内拥有众多供应商支持。在铁路系统主要使用403-470MHz频段的专用频点。目前，该技术已在成都、成都南、成都东等客站成功运营，解决了铁路客站无线通信网建设滞后、传输通道拥挤堵塞等问题。

数字制式相比传统模拟制式的语音通信功能，增加了数据通信、联网、网管等功能，但频点也受限于国家指配给铁路的400MHz频点，系统能提供的业务容量有限。

2.2.2.3 WLAN无线局域网技术[3]

WLAN技术在铁路货运方面被广泛使用，部分大型货运站、物流园区在场内布置WLAN热点，并为集卡车辆和作业人员配置终端，通过无线网络下达调度命令，引导司机行驶，提高了作业效率。此外，部分铁路站场使用WLAN无线接入平台，实现了售票、补票、充值、进出站等各类票卡的业务办理及数据存储分析。

2.3 货列车尾部安全防护系统

2.3.1 货车尾部安全防护系统

货车守车取消后，该系统被用于保证尾部无人职守情况下的安全运输，主要功能有查询尾部风压、辅助排风制动、电池欠压及风压不正常报警并可兼作列车昼夜尾部标识等。

根据铁路总公司相关文件要求，货车列尾装置可采用GSM-R/400MHz双模列尾，双模货车列尾装置具有GSM-R和400MHz数字两种通信方式。GSM-R通信方式下，列尾装置通信由GSM-R/GPRS网络承载；在非GSM-R铁路区段，列尾无线通信使用400MHz数字工作方式，采用DMR点对点直接通信方式下的CSBK协议传输，收发频率为414.xxx MHz/404.xxx MHz。

2.3.2 旅客列车尾部安全防护系统

该系统主要功能与货车列尾装置相似，系统由数据采集编码器、800MHz机车电台（LBJ）、道口报警设备、施工防护报警设备、列车接近预警器、旅客列车尾部安全防护装置（KLW）和专用维护设备等组成。

编码器和LBJ安装于机车，KLW安装于列车尾部，道口报警设备安装于道口，工务人员配备施工防护报警设备和预警器，维护人员配备便携测试台和数据管理器，出入库检测设备安装于机车出入库检测地点。其工作频点表1所示。

2.4 基于LTE的铁路无线通信系统

针对现有GSM-R系统频谱资源有限、传输速率低、呼叫建立时间长的缺点，国际铁路联盟UIC己经确定铁路下一代移动通信系统直接由GSM-R技术向LTE-R演进。相比于GSM-R通信系统，LTE-R 系统可提供高速率、大容量的传输效果，可承载的铁路业务类型从调度语音、列控信息、车次信息等传统业务扩展到视频监控、电话会议、旅客业务等新型业务。

表1 旅客列车列尾系统频率配置表

朔黄铁路是世界首条采用TD-LTE方案的重载货运铁路，工作频段为1785MHz-1795MHz，承载重载列车重联数据传输、列车调度通信、车次号校验、视频监控等业务[5]。

此外，部分铁路局站也引入LTE技术应用于站场货检、无线对讲和作业信息的传送。可以预见，未来LTE将被广泛应用于铁路系统。

3 城市轨道交通主要无线通信系统

3.1 专用无线通信系统

该系统主要为运营人员提供无线语音通信以及调度台和车载台之间的数据通信服务。

各城市轨道交通专用无线调度网基本采用800MHz TETRA数字集群系统。TETRA数字无线集群系统的工作频率为上行806-821MHz和下行851-866MHz，频道间隔为25kHz。可以为轨道交通提供通话、编组、呼叫及数据传送功能。

3.2 基于无线通信的列车控制移动闭塞CBTC 系统[6]

CBTC系统通过部署在列车上以及轨道旁的无线设备，实现了车地间不中断的双向通信，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算和调整列车的最大制动距离，保证相邻列车以很小的间隔同时前进，从而提高运营效率。

系统主要基于IEEE802.11标准并工作ISM频段，至2015年底，我国共有75条城市轨道交通线路采用了2.4GHz频段CBTC系统。但另一方面，该频段为公用频段，共享此频谱系统众多，电磁环境复杂，一旦出现外来有害干扰，并且干扰时间超过车地双向通信允许的最长时延，列车自动保护（ATP）系统将触发紧急制动。2012年，深圳地铁蛇口线和环中线列车多次发生车地通信系统被乘客随身携带的Wi-Fi干扰而引起列车紧急制动的事故。

表2 国内部分使用LTE车地无线系统的城市轨道交通系统

3.3 基于LTE的轨道交通车地无线通信系统

针对CBTC系统所存在的问题，中国城市轨道交通协会于2015年发文建议各城市轨道交通单位尽快申请1785-1805MHz频段内的专用频率，专用频率主要考虑承载以CBTC信号系统为核心的城市轨道交通业务。同时，申请专用频段时应明确采用TD-LTE技术制式。近年来，国内新建轨道交通开始广泛采用基于LTE的车地无线传输系统，工作频率为1795～1805MHz，主要承载CBTC（含列车状态信息）、PIS（乘客信息系统，含车载视频监控CCTV、紧急文本）业务。表2为国内部分使用LTE车地无线系统的城市轨道交通系统。

4 结束语

面对铁路、轨道交通无线系统不断发展、电磁环境日益复杂以及用频不规范时有发生的紧迫形势，无线电部门只有做到紧密跟踪其用频需求，对频率进行合理规划，引导规范用频行为，才能保证铁路和轨道交通系统的安全稳定运行。

[1] 谢衡元.铁路站场综合无线通信技术研究[J].铁路通信信号工程技术，2015，12（03）：26-30.

[2] 赵武元，胡华，段永奇.铁路客站数字无线通信系统[J].中国铁路，2011（12）：23-26.

[3] 严思广.铁路WLAN技术应用及发展趋势探讨[J].铁路计算机应用，2013，22（01）：82-84.

[4] 李培钊.基于GSM-R的大秦线机车同步操控QoS保障的研究[D].北京交通大学，2007.

[5] 曹彦平.TD-LTE技术构建朔黄铁路宽带移动通信系统可行性研究[J].铁道通信信号，2014，50（04）：68-72.

[6] 李土超.CBTC技术的发展及无线干扰研究[D].中国铁道科学研究院，2015.