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（湖南高速铁路职业技术学院 湖南 衡阳 421001）
摘 要：本文对TD-LTE在高速铁路通信系统中的现状进行了探讨，针对高速铁路TD-LTE网络覆盖展开研究，分析在高铁部署TD-LTE网络所面临的问题，同时分析了TD-LTE在无线通信技术中的铁路应用情况。
关键词：高速铁路；通信系统；现状应用
1引言
经过10多年的高速铁路建设，我国目前已经拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网，总里程达到10463公里，“四纵”干线基本成型，运营里程约占世界高铁运营里程的45%，稳居世界高铁里程榜首。高速铁路最大特点是高速运行在200km/h以上的速度区间内，国内最高曾达到过486.1km/h。在其快速运行过程中会出现基站信道迅速、频繁的切换，以及多普勒效应的产生，这会导致列车上无线数据交换速度缓慢、通话不连续甚至中断等问题。在高铁全速运行时要保持与外界的通话和数据交换，需要新的通信机制的产生及高速前提下新一代铁路移动通信系统的研发。现有的针对措施主要包括：增大基站发射频率及密度，但这将导致运营成本的迅速增加；另外可设置车载转发系统或对现有通信制式及算法进行有针对性的优化。后者由于其可行性较高，已逐渐成为高铁无线通信的研究重点。
2高速铁路TD-LTE覆盖问题分析
2.1多普勒效应
无线电发射机在高速列车上进行通信时，由于发射机与接收机的相对运动，无线电波会产生“多普勒效应”，发射机的信号频率在到达接收机时，会产生一定的频率偏差。
对于TD-LTE频段，由于多普勒频移较大，一般设备厂商都会有相应的频偏校正技术。目前业内各厂家TD-LTE设备均支持频偏校正技术，容忍能力介于1400Hz-2000Hz之间，能够满足高速铁路场景下的多普勒频偏校正需求。而鉴于D频段频偏范围更大，建议采用F频段进行高速铁路覆盖，降低多普勒平移对接收机的影响。
2.2切换影响分析
在高铁场景下，由于列车运行速度非常快，用户将快速地从一个小区进入到另一个小区，造成频繁切换，一方面会给网络资源带来很大的压力，另一方面为保证高速运行下的切换成功率带来了很大难度。
针对频繁切换的问题，目前主流做法是采用光纤拉远组网和小区合并技术，将相邻若干个子小区合并成一个小区，这样同小区内将不存在切换，从而在整个路段减少切换次数，同时也降低了切换失败的可能性。
为保证移动终端的切换和通话质量，相邻小区需要有一定的信号重叠覆盖区列车在高速运行情况下，需设计足够的重叠覆盖区长度，以确保移动终端有足够的时间完成切换。
2.3车体损耗分析
高速铁路运行的车辆一般为CRH车型，该列车分为CRH1、CRH2、CRH3和CRH5这4个种类。广东境内铁路目前行驶的CRH多为CRH1、CRH2和CRH3型列车。
CRH列车采用密闭式厢体设计，增大了车体损耗。各种类型的CRH列车具有不同的穿透损耗。在规划设计时，为保证有足够的冗余度，应选取车体损耗最大的CRH1车型（庞巴迪列车）进行考虑，即车体损耗应取24dB。
3TD-LTE无线通信系统的铁路应用
3.1TD-LTE在无线调度系统中的应用
当前我国铁路无线列调提供的业务只有两种，包括窄带数据业务和语音业务。通过VOIP技术，LTE可以使得一个eNB小区在同一时间满足600个用户的语音通信需求。另外，LTE技术还具备宽带集群调度的功能，比GSM-R的系统容量更加大、时延也更加短，而且具有语音数据融合调度的特点。LTE还可以为视频调度提供技术支持，有利于使用车辆的人进行精确定位，从而将列车调度的可靠性以及安全性有效提高起来。
3.2TD-LTE在车载数据及视频监控中的应用
在当前车载数据类型应用如下：
（1）列车设备运行监控数据：实时监控机车动力、电力等设备状态。
（2）列车控制数据：列控以及ATP，ATO和车机联控等高可靠数据。
（3）列车多媒体视频广播：根据地域特点和旅客类型进行高清视频广播，提供旅客舒适性。
（4）车厢视频监控：了解乘客和车厢状态，保证列车和乘客安全。
（5）列车外部视频监控数据：了解司机工作状态，保证驾驶安全，调度中心通过视频，可以随时了解车厢内外实际情况。
3.3在旅客信息服务系统中的应用
随着信息技术的飞速发展，网络已成为人们生活中的重要组成部分，同时也成为了乘客需要服务的部分。LTE通过TAU为乘客提供网络等多媒体信息服务。高清视频广播服务：采用H.264或MPEG4流运行在多个典型场景下的无线信道环境。该结果验证了提出的无线信道仿真机制能够支持变化的场景下GSM-R系统的无线信道仿真。
4结语
综上所述，TD-LTE在铁路上的应用很广泛特别是在铁路单元重载、高密度、高速度条件下对提升运输效率、持续扩大运能具有非常重要的现实意义，而且前景十分光明。当前很多路段都已一次性升级为TD-LTF通信系统。但是在D-LTE在不断发展的过程中，也需要将各种存在的问题进行解决，如今无线通信的发展趋势就是高速宽带，在对铁路通信系统进行升级管理过程中，需要对后期维护管理进行简化，推动铁路无线宽带通信的更进一步发展。
参考文献：
[1]蘭慧.智能天线技术在无线通信中的应用[J].中国新通信，2014，10（14）：80-81.
[2]许准.TD-LTE无线通信系统在铁路管理中的应用[J].中国高新技术企业，2015（07）：51-53.
[3]刘绍鹏.TD-LTE在未来地铁无线通信中的应用[J].中国新通信，2015（12）：89.
摘 要：本文对TD-LTE在高速铁路通信系统中的现状进行了探讨，针对高速铁路TD-LTE网络覆盖展开研究，分析在高铁部署TD-LTE网络所面临的问题，同时分析了TD-LTE在无线通信技术中的铁路应用情况。
关键词：高速铁路；通信系统；现状应用
1引言
经过10多年的高速铁路建设，我国目前已经拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网，总里程达到10463公里，“四纵”干线基本成型，运营里程约占世界高铁运营里程的45%，稳居世界高铁里程榜首。高速铁路最大特点是高速运行在200km/h以上的速度区间内，国内最高曾达到过486.1km/h。在其快速运行过程中会出现基站信道迅速、频繁的切换，以及多普勒效应的产生，这会导致列车上无线数据交换速度缓慢、通话不连续甚至中断等问题。在高铁全速运行时要保持与外界的通话和数据交换，需要新的通信机制的产生及高速前提下新一代铁路移动通信系统的研发。现有的针对措施主要包括：增大基站发射频率及密度，但这将导致运营成本的迅速增加；另外可设置车载转发系统或对现有通信制式及算法进行有针对性的优化。后者由于其可行性较高，已逐渐成为高铁无线通信的研究重点。
2高速铁路TD-LTE覆盖问题分析
2.1多普勒效应
无线电发射机在高速列车上进行通信时，由于发射机与接收机的相对运动，无线电波会产生“多普勒效应”，发射机的信号频率在到达接收机时，会产生一定的频率偏差。
对于TD-LTE频段，由于多普勒频移较大，一般设备厂商都会有相应的频偏校正技术。目前业内各厂家TD-LTE设备均支持频偏校正技术，容忍能力介于1400Hz-2000Hz之间，能够满足高速铁路场景下的多普勒频偏校正需求。而鉴于D频段频偏范围更大，建议采用F频段进行高速铁路覆盖，降低多普勒平移对接收机的影响。
2.2切换影响分析
在高铁场景下，由于列车运行速度非常快，用户将快速地从一个小区进入到另一个小区，造成频繁切换，一方面会给网络资源带来很大的压力，另一方面为保证高速运行下的切换成功率带来了很大难度。
针对频繁切换的问题，目前主流做法是采用光纤拉远组网和小区合并技术，将相邻若干个子小区合并成一个小区，这样同小区内将不存在切换，从而在整个路段减少切换次数，同时也降低了切换失败的可能性。
为保证移动终端的切换和通话质量，相邻小区需要有一定的信号重叠覆盖区列车在高速运行情况下，需设计足够的重叠覆盖区长度，以确保移动终端有足够的时间完成切换。
2.3车体损耗分析
高速铁路运行的车辆一般为CRH车型，该列车分为CRH1、CRH2、CRH3和CRH5这4个种类。广东境内铁路目前行驶的CRH多为CRH1、CRH2和CRH3型列车。
CRH列车采用密闭式厢体设计，增大了车体损耗。各种类型的CRH列车具有不同的穿透损耗。在规划设计时，为保证有足够的冗余度，应选取车体损耗最大的CRH1车型（庞巴迪列车）进行考虑，即车体损耗应取24dB。
3TD-LTE无线通信系统的铁路应用
3.1TD-LTE在无线调度系统中的应用
当前我国铁路无线列调提供的业务只有两种，包括窄带数据业务和语音业务。通过VOIP技术，LTE可以使得一个eNB小区在同一时间满足600个用户的语音通信需求。另外，LTE技术还具备宽带集群调度的功能，比GSM-R的系统容量更加大、时延也更加短，而且具有语音数据融合调度的特点。LTE还可以为视频调度提供技术支持，有利于使用车辆的人进行精确定位，从而将列车调度的可靠性以及安全性有效提高起来。
3.2TD-LTE在车载数据及视频监控中的应用
在当前车载数据类型应用如下：
（1）列车设备运行监控数据：实时监控机车动力、电力等设备状态。
（2）列车控制数据：列控以及ATP，ATO和车机联控等高可靠数据。
（3）列车多媒体视频广播：根据地域特点和旅客类型进行高清视频广播，提供旅客舒适性。
（4）车厢视频监控：了解乘客和车厢状态，保证列车和乘客安全。
（5）列车外部视频监控数据：了解司机工作状态，保证驾驶安全，调度中心通过视频，可以随时了解车厢内外实际情况。
3.3在旅客信息服务系统中的应用
随着信息技术的飞速发展，网络已成为人们生活中的重要组成部分，同时也成为了乘客需要服务的部分。LTE通过TAU为乘客提供网络等多媒体信息服务。高清视频广播服务：采用H.264或MPEG4流运行在多个典型场景下的无线信道环境。该结果验证了提出的无线信道仿真机制能够支持变化的场景下GSM-R系统的无线信道仿真。
4结语
综上所述，TD-LTE在铁路上的应用很广泛特别是在铁路单元重载、高密度、高速度条件下对提升运输效率、持续扩大运能具有非常重要的现实意义，而且前景十分光明。当前很多路段都已一次性升级为TD-LTF通信系统。但是在D-LTE在不断发展的过程中，也需要将各种存在的问题进行解决，如今无线通信的发展趋势就是高速宽带，在对铁路通信系统进行升级管理过程中，需要对后期维护管理进行简化，推动铁路无线宽带通信的更进一步发展。
参考文献：
[1]蘭慧.智能天线技术在无线通信中的应用[J].中国新通信，2014，10（14）：80-81.
[2]许准.TD-LTE无线通信系统在铁路管理中的应用[J].中国高新技术企业，2015（07）：51-53.
[3]刘绍鹏.TD-LTE在未来地铁无线通信中的应用[J].中国新通信，2015（12）：89.