动中通在铁路通信、调度、指挥、安全中应用的探讨

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1、“动中通“ 在铁路通信、调度、指挥、安全中应用的探讨 李俊峰高山 摘要：移动载体( 汽车、火车、轮船、飞机) 上的宽带多媒体通信问题一直是通信界的 难题，“动中通”的发明立即成为解决这一难题的最佳方案。“动中通”是本文作者李俊峰的 原创发明。在列车上使用“动中通”，使列车具有与火车站同样的通信能力，外加几十套电 视节目，几十套立体声调频广播，必将使我国的列车通信系统达到世界一流水平。“动中通” 系统投资少、容易建设、设备集中便于维护且抗毁性强；“动中通”在列车上的应用将为列 车调度、控制、安全提供良好的通信手段；同时将开辟一块巨大、稳定、长久、铁路专有的 广告、通信市场，年收入可达几十个亿；还

2、有利于提高铁路的竞争力，增加客源，提高服务 质量，大大增加列车的收入，乘坐列车也更加轻松、舒适、方便。 1 概述 1 9 9 9 年本文作者一李俊峰发明了“动中通”，并获得国防发明专利，处于国际领先水平。 “动中通”是一种能够在移动载体运动过程中，通过地球同步通信卫星实现与其它卫星通信 站进行卫星通信的系统。“动中通”是全新的宽带移动通信解决方案；该系统是将卫星地球 站安装在( 汽车、火车、飞机、轮船等) 移动载体上，不论载体处于行使状态还 是停止状态都可以进行卫星通信。实现 了卫星通信的重大变革。 列车调度、安全、控制的实现，依 赖于可靠的宽带通信网，可以毫不夸张 地说，没有一个发达的、完善

3、的铁路通 信网，就没有中国铁路的信息化和现代 化。 列车是移动的载体，移动范围大、 移动速度快，解决列车的宽带通信一直 是通信界的难题，至今没有得到解决。随着列车的提速，列车的运行速度将达到3 0 0 5 0 0 k m h ，解决列车的通信问题更加困难，这给铁路通信提出了新的课题。如此巨大、稳定、 长久、铁路专有的广告、通信市场无人占领，几乎空白的列车专用通信，与世隔绝、非常贫 乏的旅途生活，这一切完全是因为技术的限制，人们虽然在这方面做出了巨大努力，提出了 大量方案，仍然无法实现人们的梦想。 列车调度、列车控制、安全非常需要一种移动宽带通信。在“动中通”发明以前，列车 3 6 通信只有移动

4、无线通信一种手段，这种通信系统可通率低、带宽窄、系统庞大、投入大、运 维成本高、可靠性和抗毁性差，而且只能实现铁路专用通信，不能实现旅客通信和电视接收。 在列车上装备“动中通”，就可以解决移动无线通信系统存在的所有问题和不足，同时 解决列车专用通信、旅客通信、，卫星电视接收等一系列问题，是解决这一难题的最佳方案。 2 列车通信的现状和急待解决的问题 随着列车的提速，列车的运行速度将达到3 0 0 “ - - 5 0 0 k m h ，这给铁路通信提出了新的课 题。 目前，铁路固定通信网比较完善，主要干线建设了光缆和数字同步传输系统，普及了数 字程控交换机，实现了全路范围内三等以上车站的长途自动

5、化，分期建设了铁路分组数据交 换网，还建成铁路卫星通信系统和电视电话会议系统，在全国主要铁路干线的每个车站都可 以提供2 M b s 速率以上的接入条件，干线长途通信的能力也较强。 但是移动体( 列车、工程车) 上的通信只有单信道模拟制式无线通信设备远远满足不了列 车专用通信的需要，铁路抢险通信、旅客通信和娱乐还基本是空白。试想如果能够在列车上 提供2 M b s 速率以上的接入条件，我国的铁路通信将是世界一流的，可以满足列车通信的一 切需求，这是我们梦寐以求的结果。“动中通”可以使这一梦想变为现实。 2 1 列车提速给铁路通信提出了新的课题 在高速移动的情况下，地基系统的频率选择性衰落和多普

6、勒效应问题更加严重，越区切 换更加频繁，将大大降低可通率和通信带宽。 电波传播有严重的衰落现象。移动台受城市高大建筑物的阻挡、反射和电离层的散射影 响，移动台收到的信号往往不是直接波，而是从各种途径来的散射波( 称为多径效应) ，这种 信号的幅度和相位都是随机的，其幅度是瑞利分布，而相位在0 3 6 0 。域内均匀分布，因 此出现严重的衰落现象。当移动台处于高速运动状态时，加快了衰落现象。具分析移动通信 的最大衰落可达3 0 d B 左右。这就要求移动台具有良好的抗衰落能力。 当频率增高，移动速度加快时，多普勒效应很明显。 由于列车的高速行使，频繁跨越小区，移动通信系统必须快速越区切换，频繁的

7、越区切 换造成频率利用率降低、通信容易中断、通信带宽下降。 2 2 列车通信手段非常贫乏 目前列车上的通信手段只有单信道模拟制式无线通信设备，主要是为满足话音通信而设 计，而且主要是到站停车时进行通话。在列车行驶过程中，由于基站覆盖、地理条件的变化、 天气的影响、电磁干扰、多普勒效应、多径效应的等诸多因素的影响，通话质量很难保证。 这给列车调度、控制、安全带来许多不便与隐患。 铁道部确定了采用G S M - - R 技术体制发展铁路数字移动通信。主要完成铁路调度通信、 站场通信、应急通信、区段通信、公务通信、运输信息( 短消息、G P R S ) 传输等功能。但 是G S M R 仍然是一种地

8、基系统，存在地基系统无法解决的一系列问题。 3 7 2 3 铁路工程维修、抢险通信更加困难 当出现铁路大事件( 自然灾害，爆炸、人为事故等) 时，往往地面通信设施也全部被摧 毁，然而此时是最需要通信保障的时候，需要现场通信调度指挥，需要将现场的各种信息实 时地传回各级指挥中心，作为领导决策的第一手资料，然而这些需求目前都不能实现。 2 4 列车旅客通信、娱乐 在全国七万多公里铁路线上运行的2 0 0 0 对左右( 年客运量高达十亿多人次) 旅客列车上， 旅客通信、电视传播基本还是一片空白。 列车旅途时间长，不能实时收看电视节目，也没有与外界联络的任何通信手段，手机基 本上无法使用。同时列车旅客

9、通信、娱乐也是一块巨大的市场，其中大有商机。电视接收平 台，同时也是很好的广告平台。列车多媒体宽带通信的实现，可以解决列车上旅客电话通信、 传真、上因特网、收发电子邮件、实现移动办公。这不但是一块巨大的市场，同时也有利于 增加客运量。 目前广源传媒正在推广列车电视系统，该系统仍然采用地基系统，方案是否可行且不说， 能否达到预期效果就更难说，目前城市公交车上的移动电视也是时断时续。 3 “动中通“ 是列车宽带通信、电视接收的最佳方案 目前正在部署的G S M - R 通信系统功能和性能有很大提高但是G S M R 仍然是一种地 基系统，存在地基系统的所有问题和局限性。 广源媒体基于C D M A

10、 l X 技术的列车电视系统仍然是一种地基系统；G S M - R 解决语音 通信和低速数据传输，列车电视解决电视接收和移动上网，意味着要上两套地基系统，造成 资源的极大浪费。而一套“动中通”系统就可以解决以上所有问题。 “动中通”是一种全新的移动载体通信解决方案，通信带宽可以轻松实现2 M b p s 以上， 还可以同时实现卫星电视接收，电视接收的频道数不受限制。 目前列车上正在使用的单信道模拟制式无线通信设备，目前正在部署的G S M R 通信系 统，广源媒体的列车电视系统都是地基系统。下面比较地基系统和“动中通”的特点。 3 1 “动中通”与地基系统的比较 地基系统总成本高，特别是一次性

11、投入成本高，投资风险大，必须沿着铁路线每隔5 1 0 k i n 建一个基站，工程量大，基站分散维护困难且维护成本高，基站信息的传输通过电缆、 光纤、微波等手段，环节多，可靠性差，容易被毁：而且通信质量不稳定，可通率低，通信 带宽窄，传输的信息量小；没有列车通过时，所有机站处于闲置状态，利用率低。 “动中通”是卫星通信系统，只有一个基站天上的卫星，是天基系统。天基系统可以 实现无缝覆盖，通信环节少( 主站卫星“动中通”) 可靠性高、抗毁性强、维护方便、 成本低。 3 1 。1 地基系统的主要特点 可通率低、带宽窄、系统庞大、投入大、运维成本高、可靠性和抗毁性差等一系列问题。 3 1 1 1 地

12、基系统可通率低 移动通信是通信条件比较差的一种通信方式，在陆地上受地形、地物、环境干扰等因素 的影响较严重。现将移动通信的特点概述如下： ( 1 ) 电波传播有严重的衰落现象( 称为多径效应) ，当移动台处于高速运动状态时，加快了衰 落现象，最大衰落可达3 0 d B 左右。 ( 2 ) 存在远近效应。移动台之间将出现近处移动台干扰远处移动台。 ( 3 ) 在强干扰条件下工作。移动台通信环境变化很大，很可能进入强干扰区进行通信 ( 4 ) 铁路移动通信系统仅仅在铁路沿线部署，使得其网络覆盖范围十分狭小，进而降低了网 络的频率复用能力，极大地减少了通信网络所能支持的用户数量。 ( 5 ) 由于列

13、车的高速行使，频繁跨越小区，移动通信系统必须具有快速越区切换的功能 ( 6 ) 存在阴影区( 盲区) 。移动台进入某些待定区域，因电波被吸收或反射而收不到信号 ( 7 ) 多普勒效应。当频率增高，移动速度加快时，多普勒效应很明显。 ( 8 ) 地面通信设施布局分散，无法管理，容易遭受人为破坏、自然灾害破坏，造成通信中断。 3 1 1 2 地基系统庞大、投入大、运维成本高、可靠性差、抗毁性差 蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统( N S S ) 、无线基站子系统( s s s ) 和移动台 ( M S ) 三大部分组成。 全国G S M 移动电话网按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心

14、、移动业务本 地网设立端局构成三级网路结构。它与P S T N 网( 公用电话网) 连接，是一个庞大的系统。从 可靠性的角度看，系统越庞大，保障一定的可靠性就越困难。 采用地基系统实现一条铁路线的通信，必须在沿线每隔5 1 0 k i n 建立一个基站，每个 基站还必须通过电缆、光纤、微波等手段与汇结中心相连接，各级汇接中一t l , 也必须同时建立 起来，一次性投入大，总投入也大。系统庞大，设备分散，运维成本高。系统地面设备分布 在铁路沿线全国各地，人为破坏、自然灾害损害通信设施造成通信中断的事件也时有发生， 系统抗毁性差。 3 1 2 “动中通”的主要优势 “动中通”是一种卫星通信系统，传

15、播距离远，覆盖面远远大于地面线路和地面无线通 信，而且是二维无缝覆盖；除了隧道和少数山体、树林遮挡外，基本无盲区；没有越区切换 问题。 ( 1 ) 建设成本低，不必一次性大量投资，中继卫星是现成的，只需要建设一个主站，在每辆 列车上装备一套“动中通”即可，建设速度快，风险小 ( 2 ) 后期的维护也远易于地面线路和地面无线通信系统 ( 3 ) 传输环节少，可靠性高，卫星提供空间转发器，用户之间通信不依赖于地面通信网，这 使得卫星通信系统与地面通信基础设施相对独立，设备集中便于维护、不容易被破坏， 抗毁性强 3 9 ( 4 ) 不受地理条件和气象的影响，特别是在地理环境、气候条件恶劣的地区优势较

16、为明显 ( 5 ) 通信容量大。一颗通信卫星，可携带几十个转发器，列车上安装一套“动中通”系统就 可以同时解决铁路专用通信、旅客通信、卫星电视接收等问题 ( 6 ) 通信质量好、系统误码率可以达到1 0 1 2 ( 7 ) 保密性强，通过确认唯一且保密的地址，加之采用独特的加密技术，完全避免了数据在 空中被拦截 ( 8 ) 容易实现信息广播，接收卫星电视节目非常方便，频道数不受限制，而且电视接收基本 无成本 ( 9 ) 不需要额外的频率资源 ( 1 0 ) 列车最高时速3 0 0 k i n h - - - 5 0 0 k m h 的移动速度引起多普勒效应，但是， 播方向的速度只是一个分量，“动中通”已经在飞机上成功的应用 ( 1 1 ) “动中通”系统问题就是存在少量遮挡( 隧道、山体、树林、高楼) ， 率比其他通信系统高得多。 4 列车“动中通”的应用前景 列车沿着电波传 即使如此，可通 在列车上装备“动中通”就可以实现将宽带网延伸到高速移动的列车上，列车通过卫星 主站，实现与铁路数字程控交换机、铁路分组数据交换网、卫