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抓住机遇推进铁路无线通信技术创新发展

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抓住机遇推进铁路无线通信技术创新发展

2019-01-31 20:10:49

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    中国铁路总公司是国务院直接管理的大型国有铁路运输企业,总公司所属铁路运输企业39个,专业运输公司3个,投资管理的合资铁路公司197家。在党中央、国务院的领导下,我国铁路持续快速发展。截至2017年年底,全国铁路营业里程达12.697万公里,其中国家铁路67277.5公里,合资铁路53555公里,地方铁路6137.3公里;高铁营业里程25163.8公里,占全国铁路的20%,高铁线路里程居世界首位,占世界高铁总量的66.3%。如今,全国铁路年发送旅客总量超过30亿人次,发送货物超过36亿吨。可以说,铁路是我国综合交通运输体系中的重要力量,在经济社会发展、西部开发和“一带一路”建设等方面发挥着重要作用。习总书记盛赞“复兴号奔驰在祖国广袤的大地上”,对铁路工作给予了高度赞扬和充分肯定。

    实施“交通强国”战略对铁路发展提出新的更高要求 

    党的十九大胜利召开后,中国铁路总公司全面贯彻党中央、国务院战略部署,在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下,提出了“交通强国、铁路先行”的发展战略,着力构建“三位一体”安全保障体系,加快实施我国《中长期铁路网规划》,努力提升铁路运输供给质量和服务品质,实现铁路现代化。一是在铁路网规划和质量上达到世界领先,到2020年基本建成布局合理、覆盖广泛、高效便捷、功能完善、世界上最现代化的铁路网和高铁网。全国铁路营业里程将达到15万公里左右,基本覆盖20万人口以上城市,其中高铁将达到3万公里,覆盖80%以上的大城市。二是铁路技术装备和创新能力达到世界领先,到2020年,铁路成套技术标准体系更加先进成熟、科学完善、经济适用,高速铁路、重载铁路、高原铁路、高寒铁路技术在世界领先,铁路速度、密度、重量、效率等主要技术指标达到世界领先水平。铁路装备智能化水平全面提升,智能动车组等一系列智能化技术装备的研制和使用取得新的突破。铁路信息化水平大幅提升,高铁网和互联网深度融合,数字铁路、智能铁路建设取得系统性成果。三是铁路运输安全和经营管理水平达到世界领先。到2020年,我国铁路要建成科学完备的铁路安全防范体系和技术标准体系,运输安全可靠性和运输安全指标在世界领先。铁路大数据中心建设和12306、95306客货运输服务平台建设取得重大突破,建成更加方便快捷、优质高效的现代化客运服务体系和更加完善的调度指挥、市场营销、服务保障与运营维护体系。

    实现铁路现代化的这一重大目标,对铁路科技工作者提出了更高更新的要求,必须依靠先进的科技手段,全面发展智能铁路技术,保持我国铁路技术领先优势。按照中国铁路总公司提出的智能高铁建设目标,铁路将广泛应用大数据、云计算、人工智能、宽带通信、物联网等技术,综合利用各类资源,实现铁路移动装备、固定基础设施以及内外部环境的全面感知、泛在互联、融合处理、自主学习和科学决策,

    构建全生命周期一体化管理的智能化铁路系统,使铁路更加方便快捷,更加安全可靠,更加运营舒适,更加经济高效,更加节能环保,促进铁路建设、铁路装备、铁路运营的智能发展和创新发展,为我国经济社会发展作出更大的贡献。

    加快实现铁路移动通信技术进步是支撑智能铁路发展的基础和关键 

    铁路专用移动通信是铁路信息化、数字化、智能化的重要基础设施和关键技术装备,在支撑铁路运营、保障行车安全、提高运输效率等方面发挥着重要作用。我国在高速铁路发展初期,学习借鉴欧洲等先进国家铁路发展经验,引进采用了铁路GSM-R专用移动通信技术和成套设备,有力支撑和保障了我国高速铁路、重载铁路、高原铁路行车指挥调度通信和列车运行控制系统安全稳定运用的需要,实现了铁路跨越式发展,并在此基础上,形成了适应我国国情和路情的铁路专用移动通信技术体系,基于GSM-R系统的调度指挥信息传送、列车车次号校核信息、地震监测预警信息、大风监测报警信息、机车和车辆等各类移动体设备监测检测系统通过GSM-R实现了车地间信息的安全传送,成为铁路信息技术应用不可或缺的重要技术手段。

    铁路快速发展和智能技术应用,对铁路移动通信技术提出了新的挑战。现有的基于2G技术的铁路GSM-R系统存在频率资源少、带宽速率低、承载能力有限等先天不足的矛盾日益突显,在铁路枢纽地区、多条铁路线路交会和跨越地段等特殊条件下,铁路已有的2×4MHz带宽900MHz频率资源难以规划和解决系统内的频率干扰问题,无法满足智能铁路对大数据应用、全面感知和泛在互联的需要,急需采用更先进的技术实现升级换代。2015年中国铁路总公司组织科研、生产企业成立了中国铁路下一代移动通信技术研究组,全面分析和梳理了铁路对下一代移动通信的需求,参考3GPP规范对4G、5G等公众移动通信技术及适用频率进行了全面研究,提出了我国铁路下一代移动通信业务和功能需求、系统需求,结合当前我国铁路移动通信用频和《中华人民共和国无线电频率划分规定》,提出了我国铁路基于LTE的宽带移动通信用频方案和下一代移动通信技术体系;同时,结合国际电信联盟1.11铁路频率议题的研究,提出在450-470MHz频段和铁路现有GSM-R系统900MHz频段发展铁路下一代宽带移动通信系统的建议,得到了国家无线电主管部门的充分肯定。在工业和信息化部的大力支持下,2018年中国铁路总公司在京沈客专辽宁段高速铁路智能关键技术综合试验中,采用450MHz频段2×5MHz带宽(B31)开展了铁路下一代宽带移动通信技术试验,在时速350公里时高速适应性、系统承载能力和端到端传输时延等技术参数,能够满足我国高铁应用需要;系统运行稳定,可以满足行车指挥调度通信、列车运行控制系统应用和车地间多种业务数据传输需要。通过试验验证,450MHz频段的FDD/LTE-R技术可以作为我国铁路下一代移动通信候选技术。

    发展铁路移动通信技术的基本思路 

    (1)坚持自主创新发展是铁路发展的必由之路

    过去一个时期,我国铁路发展主要得益于学习借鉴和引进国外先进铁路技术。近年来,随着我国综合国力的显著增强,铁路部门全面加快了自主创新的步伐。特别是自2008年以来,我国用10年时间全面实现了动车组制造、高铁列车控制、铁路移动通信等技术的国产化和自主化,逐步成为世界铁路先进技术的领跑者,我国铁路装备技术水平不仅大幅提升,而且铁路技术装备国际竞争能力显著增强,为实现铁路“走

    出去”创造了有利条件。在铁路下一代移动通信技术方面,我国铁路不仅与欧洲铁路联盟和相关国家同步开展相关技术研究,并且在试验验证、产品开发、标准体系建设等方面处于相对领先的地位。加快推进我国铁路宽带移动通信技术研究和部署规模应用,对保持我国铁路技术领先优势、引领铁路移动通信技术进步、推动我国铁路装备“走出去”具有极其重要的意义。

    (2)科学规划和分配频率是保障铁路移动通信技术发展的重要基础

    铁路专用移动通信同属于陆地移动通信系统,与公众移动通信技术相近、频率相邻。铁路运输具有点多线长的特点,移动通信系统需要沿铁路线无缝覆盖铁路车站、区间线路,既要解决列车运行时的移动通信问题,同时还要兼顾车站内客货运组织、旅客服务等,需要采用多种无线通信技术解决不同场景下的通信问题,因此科学规划铁路无线通信系统用频十分关键。根据铁路行业应用特点和科学试验情况,铁路宽带移动通信适用频率宜优先采用1000MHz以下频段,同时要兼顾我国移动通信系统的频率划分,重点研究解决铁路专用移动通信系统与公众移动通信系统、广播电视系统等相关无线电系统的频率兼容和共存问题,确保铁路无线电频率不受干扰,保障铁路行车指挥调度通信畅通和列车运行控制系统数据传输安全可靠。

    (3)完善技术标准体系是促进铁路移动通信技术发展的重要支撑

    铁路通信网是铁路重要的信息通信基础设施,为降低铁路专用通信研发制造成本和使用成本,铁路下一代移动通信需要紧密结合公众移动通信技术发展路线,保持技术先进性、适用性,充分利用公众移动通信取得的科技成果和产业优势,在现有国际、国家的通用技术标准基础上,通过自主创新,研发满足铁路高速移动场景下的适用于铁路指挥调度需要的专用系统。通过研究,中国铁路总公司提出的下一代移动通信技术标准体系,涵盖了系统方案、产品制造、检测检验、业务应用、工程设计与施工等一系列技术标准,形成完善的技术标准体系,这些技术标准在2019年将逐步制定,全面支撑我国铁路宽带移动通信系统建设和运用维护。

    (4)增强自主研发能力建设是铁路移动通信技术发展的关键保障

    信息通信技术发展快速、应用广泛,特别是5G技术面临商用,为信息通信产业带来巨大的市场商机,同时贸易保护主义壁垒也对我国信息产业带来重大影响,对铁路专用移动通信产品生产制造带来新的挑战。铁路下一代移动通信技术研究,吸引了华为、中兴、桑达、大唐、KAPCSH、NOKIA等国内外移动通信系统、终端、核心芯片等通信制造企业的高度关注,将按计划重点开展基于450MHz、900MHz频段的多频段、多模式手机终端和车载通信模块的研制开发,形成以国内企业为主、国外企业为辅的系统性综合配套能力和完整的产业链,支持铁路移动通信装备实现业务兼容和平滑过渡。

    (5)继续推进与电信企业合作,拓展铁路移动通信技术应用渠道

    无线电频率是国家重要的战略资源,由于资源紧缺且各方需求大,铁路可以取得和利用的专用无线电频谱资源十分有限。面向智能铁路建设和应用,仅仅建设一个铁路专用宽带移动通信系统无法满足铁路全行业的应用需要。一方面,铁路部门在发展专用移动通信系统基础上,将逐步把铁路无线通信业务部署和调整到GSM-R系统与即将部署的宽带移动通信系统上,发挥系统网络化、覆盖无缝化的优势,提升频谱利用效率;另一方面,在一些特殊场景,传统的对讲通信方式具有投资小和部署方便、运用灵活的特点,在铁路客货站场内、区间养护维修、应急处置等方面具有很强的技术生命力,还将利用铁路现有的频率资源长期使用,并作为移动通信系统的后备手段;此外,将积极研究2.4GHz、5.8GHz等非授权频率和毫米波技术、物联网技术在铁路客货站场、综合交通枢纽的可用性,构建宽窄带融合的铁路专用无线通信接入系统,全方位支撑铁路各类移动通信业务的泛在接入。在中国铁路总公司、工业和信息化部共同推进通信基础设施共建共享的背景下,要继续推进铁路沿线、车站的公众移动通信网络覆盖和高铁列车WiFi网络建设,深化铁路与电信企业的技术合作,让社会公众在享受高铁舒适服务的同时,解决旅客对信息通信的迫切需要;铁路部门还将借助先进的公众宽带移动通信网络和物联网平台,增强高铁网和互联网的融合,促进5G技术的行业垂直应用,提升铁路信息化应用水平。

    (6)深化与地方无线电管理部门合作,增强铁路无线电频率安全保护能力

    工信部对铁路无线电工作高度重视,2010年会同铁道部建立了铁路专用无线电频率保护工作长效机制,将铁路无线电频率保护纳入无线电管理机构日常工作,对维护铁路无线电频率安全和铁路运输安全发挥了重要作用。各省(区、市)无线电主管部门联合铁路运输企业和有关电信企业、设台单位,在无线电台站日常管理、干扰排查、应急处置等方面积累了宝贵经验,对保障铁路持续健康发展具有重要的指导意义。《中华人民共和国无线电管理条例》修订后,工信部无线电管理局联合铁路总公司、国家铁路局,按照《条例》有关规定制定了《铁路无线电管理规定》,对铁路专用无线电频率保护在政策上、制度上给予了保证,并对铁路监管部门和铁路企业无线电管理基础设施、技术设施和队伍建设,以及增强监测能力和干扰源查找能力等方面提出了新的更高要求,为铁路总公司无线电管理工作指明了方向,有利于促进路地双方共同维护铁路无线电频率安全。

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