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1,无线电技术在铁路的应用及 发展规划,中国铁路总公司无线电管理办公室 赵波 2019年9月22日,内容提要,铁路发展概况,铁路无线电管理重点工作,铁路下一代移动通信系统发展方向,2,无线电技术在铁路的应用,面临的挑战,一 、铁路发展概况,铁路是国民经济大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具。 2013年底，全国铁路营业里程10.3万公里，其中高铁营业里程1.1万公里，居世界第一位。 合资铁路3.2万公里，地方铁路0.4万公里。 基本建设5327亿元，投产新线5586公里，其中高铁1672公里。 国家铁路运输总收入6050亿元，从业人员218万人。 机车拥有量2万台，客车58820辆，货车688042辆。 和谐号动车组上线运用1308多组。 客运量21亿人，货运量39亿吨。,3,一 、铁路发展概况,4,GSM-R通信系统发展情况,二、无线电技术在铁路的应用,5,铁路无线电业务,话音业务,数据业务,列车调度,站场调车,客/货列尾通信,机车同步操控,车号自动识别,列车控制,站车客运信息无线交互,调度命令及车次号校核,监测信息传送,养护维修,车内通信,联检作业,防护报警,调车监控,公安保卫,铁路无线电的主要业务,二、无线电技术在铁路的应用,6,铁路无线通信制式发展历史,二、无线电技术在铁路的应用,7,1、列车无线调度指挥系统,（1）无线列调系统 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，使用A、B、C三种制式。 专用频率： 457.2458.650MHz、467.2468.650MHz（1.45M双工带宽） 主要由调度台、调度总机、车站电台、机车电台、便携电台、区间中继设施、有线通道和专用维护设备等构成。 目前覆盖里程为7万多公里，无线列调站台、列调机车台，列尾电台，450M模拟手持台共计约30.6万台。,二、无线电技术在铁路的应用,8,1、列车无线调度指挥系统,（2）铁路数字移动通信系统（GSM-R） 随着我国高速铁路、新建铁路的建设，铁路数字移动通信系统（GSM-R）在我国铁路逐步实现大范围应用。 专用频率： 885-889MHz、930-934MHz（4M双工带宽） 主要由网络交换子系统（NSS），基站子系统（BSS），智能网子系统（IN），网管子系统（OMC），通用分组无线子系统（GPRS），固定用户接入系统（FAS），终端子系统等部分构成。与公网的主要区别是有智能网。 GSM-R覆盖线路里程已达2万公里，装备了6000多个基站，车载终端2万多台，手持终端1万多部。,二、无线电技术在铁路的应用,9,1、列车无线调度指挥系统,（3）承载业务,二、无线电技术在铁路的应用,10,1、列车无线调度指挥系统,（4）主要终端设备,手持台,车载台 (CIR),二、无线电技术在铁路的应用,11,2、客/货列车尾部安全防护系统,（1）货物列车尾部安全防护系统 查询尾部风压、辅助排风制动、电池欠压及风压不正常报警、作为尾部标志。 专用频率： 由450MHz调整为400MHz，并逐步更换为双模列尾。 自1997年在全路正式投入使用，截止目前全路已投入使用约1万9千余台。,二、无线电技术在铁路的应用,12,2、客/货列车尾部安全防护系统,（2）旅客列车尾部安全防护系统 查询尾部风压、辅助排风制动、电池欠压及风压不正常报警；列车防护报警 专用频率： 866.2375/861.2375MHz。 全路已在1.8万余台机车、2100余列车辆上安装防护装置。经过1年试用期后，2014年10月15日在全路正式投入使用，并取消运转车长，解放劳动岗位1万余名。,二、无线电技术在铁路的应用,13,3、站场无线调车系统,铁路站场无线调车通信系统，使调车作业淘汰了手信号旗（信号灯）等传统调车作业方式，将调车作业带入了全新的时代。 频率：450M频率逐步调整为专用400M频率和非专用频率。 传输话音信号（通话）， 也能传输调车指令（数据）， 是一个数话并传的 同频单工分组网。,二、无线电技术在铁路的应用,14,4、机车同步操控系统,大秦线(大同秦皇岛)作为一条重载运煤专线，年运量4.5亿吨。采用多机车牵引模式，实现机车间的同步操控。 今年完成3万吨编组试验，总编组3*105辆，列车总长4公里。,二、无线电技术在铁路的应用,15,4、机车同步操控系统,由地面设备和机车车载设备组成，其中地面设备由应用节点组成，与GSM-R网络相连；机车车载设备包括Locotrol车载控制模块和GSM-R车载通信单元(OCU)组成。利用GSM-R与AN节点的会议功能，在主从控机车间传输数据。,二、无线电技术在铁路的应用,16,4、机车同步操控系统,如果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，降低运输效率。为了保证操作的可靠性，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。 通过采用基于GSM-R无线通信技术的机车同步操控系统，极大的提高了大秦线的日运量和年运量，保证了列车运行的安全可靠性和运输效率，创造了巨大的经济效益。 此项成果于2007年获得铁道部科学技术进步一等奖，并随大秦重载技术集成获得铁道部科技技术进步特等奖，2008年获得国家科技进步一等奖。,二、无线电技术在铁路的应用,17,5、基于GSM-R的CTCS-3级列控系统,铁路技规规定300km/h以上的高铁采用CTCS-3级列控系统，总体结构包括：地面设备、车载设备、GSM-R无线通信网络、地面信号数据传输网络四部分。,GSM-R无线通信网络,车载设备,地面设备,信号数据 传输网络,二、无线电技术在铁路的应用,18,5、基于GSM-R的CTCS-3级列控系统,C3系统是基于GSM-R无线通信的列车运行控制系统，采用固定自动闭塞，以目标距离连续速度控制模式监控列车运行。地面设备将行车许可、临时限速及线路描述信息等通过GSM-R网络传送给车载设备，车载设备可连续向地面设备报告列车位置、列车速度、线路等信息。 （1）列车占用检查由轨道电路完成。 （2）无线闭塞中心（RBC）根据车站连锁发送的轨道占用信息生成行车许可（MA），并通过GSM-R网络发送到车载设备。 （3）车载设备根据接收的MA、线路数据及临时限速命令，计算目标距离连续速度控制模式曲线，监控列车安全运行。,列控车载设备从应答器接收到呼叫RBC命令，与RBC建立通信会话，然后从RBC接收行车许可等信息； 列车前端通过分界处的切换应答器后，车载设备切换到CTCS-3级方式控车。,二、无线电技术在铁路的应用,5、基于GSM-R的CTCS-3级列控系统,（1）C2转C3,19,二、无线电技术在铁路的应用,5、基于GSM-R的CTCS-3级列控系统,（2）获得行车许可,正常的情况下列车获得行车许可、监控列车运行的过程。 发车进路、接车进路、通过进路和区间运行：调度集中（CTC）办理列车进路，联锁根据进路信息和轨道电路状态向RBC发送信号授权，RBC根据信号授权和列车位置生成行车许可，并通过GSM-R网络将行车许可等信息发送给车载设备。,20,二、无线电技术在铁路的应用,5、基于GSM-R的CTCS-3级列控系统,（3）临时限速,在调度中心设置临时限速： 调度员通过临时限速操作终端设置临时限速命令； 临时限速命令分别下达给相关的无线闭塞中心（RBC）和列控中心（TCC）； 分别通过GSM-R无线通信和有源应答器为列车提供临时限速信息。,21,二、无线电技术在铁路的应用,5、基于GSM-R的CTCS-3级列控系统,（4）C3降级,轨旁设备故障：区间轨道电路故障，列车应在故障区段前停车2分钟，司机确认后转目视行车模式。列车运行至正常的区段，自动转换成完全监控模式。 子系统故障：如RBC故障、无线通信中断等。列车将继续以先前收到的行车许可运行，直至7-20秒后如果故障仍未恢复，列车将实施最大常用制动，当速度低于CTCS-2级的允许速度时自动转换到CTCS-2级控车，某些情况下甚至触发紧急制动停车。当故障消除并具备CTCS-3级控车条件时，自动转换到CTCS-3级控车。,22,二、无线电技术在铁路的应用,6、养护维修、客货站业务联络,工务、电务、供电等部门在铁路车站、沿线的养护维修通信、业务联络； 大型客站、货站车务人员、旅服人员的业务联络； 动车组司机、车长、车站客运人员通信联络； 动车所（段）、机务段检修库联检人员的通信联络； 等等,23,三、铁路无线电管理重点工作,1、转变铁路无线电管理职能,2013年3月14日，十二届全国人大一次会议审议通过国务院机构改革和职能转变方案，组建国家铁路局和中国铁路总公司，不再保留铁道部。 原铁道部承担的铁路行业无线电行政管理工作，移交国家铁路局统一管理，中国铁路总司承担原铁道部的铁路企业无线电管理职能。 中国铁路总司无线电管理具体工作由运输局电务部负责。2014年3月国家铁路局成立无线电管理办公室，设备监督管理司负责具体工作。,24,三、铁路无线电管理重点工作,2、调整频率及业务,工业和信息化部关于无线电台站规范化管理若干问题的通知（工信部无2013157号）要求不再指配450-470MHz频段的频率，停止审批该频段新设对讲机台站，对于铁路、公安和人防等部门及其他有设台手续的用户，积极引导使用公众对讲机频点或其他符合规划的对讲机频段。 为顺应国家政策，铁路总公司发布中国铁路总公司关于调整铁路专用无线通信业务和频率有关工作的通知，对相关工作进行布置： （1）新建、改建铁路不再安排450MHz无线列调系统的设计，全面采用GSM-R系统。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。,25,三、铁路无线电管理重点工作,2、调整频率规划,（2）站场平调尽量使用铁路专用400MHz频段频率，不足的可向地方无委申请400MHz频率。对当前在用的450-470MHz频段的站场调车无线通信系统，应结合设备大修更新逐步调整为400MHz数字频率。 （3）在GSM-R区段，货列尾通信由GSM-R系统承载，在非GSM-R区段，货列尾通信使用400MHz专用频率。 （4）用于铁路养护维修、生产组织、监控监测、公安保卫、应急保障等各类区域性无线电对讲通信业务，由所属铁路局统一向属地省级无线电管理部门申请400、150、160MHz频率解决。,26,三、铁路无线电管理重点工作,3、铁路无线电频率保护,2013年7月24日国务院第18次常务会议通过铁路安全管理条例（国务院令第639号），2014年1月1日起施行。其中第74条规定“禁止使用无线电台（站）以及其他仪器、装置干扰铁路运营指挥调度无线电频率的正常使用。”，第91条还包含干扰后的处罚规定。 2012年开始，财政部安排专项资金对开通使用的GSMR线路，采用频谱监测、频谱分析、定向监测等技术手段查找干扰源，通过铁路专用频率长效保护机制，由产生干扰的部门调整使用频率，达到排除频率干扰的目的。,27,三、铁路无线电管理重点工作,4、日常检测,总公司组织对高速铁路和普速铁路繁忙干线、干线的无线通信场强覆盖及GSM-R网络服务质量进行动态检测和抽查，高速铁路每季不少于1次，普速铁路繁忙干线和干线线路每年不少于1次。,28,铁路局定期对普速铁路的无线通信场强覆盖及GSM-R网络服务质量进行动态检测，GSM-R区段每半年不少于1次；无线列调区段，繁忙干线和干线线路每年不少于1次，其他线路每2年不少于1次。,四、铁路下一代移动通信发展方向,1、现有通信制式不足,（1）铁路第一代移动通信系统（模拟列调） 技术特点：模拟窄带 存在的问题：系统容量小；业务类型单一；干扰严重，通话质量差。,29,（2）铁路第二代移动通信系统（GSM-R ） 技术特点：数字窄带 存在的问题：只能承载少量低速数据业务，无法支持多媒体业务；容量已近饱和，特别是在编组站、并线区段，频率资源极为紧张；难以实现对运输多个部门全面综合支持；市场及设备逐渐萎缩。,四、铁路下一代移动通信发展方向,2004年铁道部发布的铁路信息化总体规划中提出涵盖铁路行业各主要业务环节的38个信息系统。 规划提出的目标包括： 提高运输效率 扩大运输能力 优化资源配置 保障运输安全 移动通信系统是铁路信息化基础平台，在铁路信息化中发挥着重要作用。,30,改进服务质量 提升管理水平 增加经济效益,2、铁路下一代移动通信系统需求,四、铁路下一代移动通信发展方向,国际铁路联盟（UIC）的E-Train 项目调研了铁路公司与列车运营商的需求及现状，归纳整理了超过200种业务需求。,31,2、铁路下一代移动通信系统需求,四、铁路下一代移动通信发展方向,32,2、铁路下一代移动通信系统需求,2013年5月21-23日，UIC在印度德里召开的“Global Signalling & Telecom conference”国际研讨会上，提出了铁路移动通信系统的六大类业务，包括 列车控制 故障诊断 维护 运营管理 调度 旅客信息服务与车上娱乐,四、铁路下一代移动通信发展方向,33,2、铁路下一代移动通信系统需求,2013年9月10-11日， UIC在法国巴黎召开“GSM-R Asset and Evolution” 国际研讨会，会议研讨GSM-R向铁路下一代移动通信的演进。 目前UIC正与3GPP合作开展铁路下一代移动 通信系统标准化工作，计划于2020年前完成 LTE-R的标准化工作，开始LTE-R正式建设。,四、铁路下一代移动通信发展方向,LTE是中国铁路下一代移动通信的发展方向 （1）技术方面：LTE技术从整体上较为符合高速铁路移动通信系统的需求。 （2）产业方面：LTE作为公众移动通信的发展方向，得到了国家的政策支持，产业链完整，产品、技术、应用和工程建设已经成熟。,34,3、铁路下一代移动通信系统（LTE-R ）,高带宽,20M带宽下： DL: 100Mbps; UL: 50Mbps 更高的频谱效率: HSDPA的3-4倍, HSUPA的2-3倍 更宽广的业务平台，更丰富的业务功能,低时延,更安全,扁平化系统架构 CP: 100ms UP:5ms,硬件端到端加密 采用LTE协议安全机制AS,NAS 接入鉴权 遥毙复活,四、铁路下一代移动通信发展方向,TD-LTE制式是我国LTE-R建设的优先选择 案例：2012年，华为公司在朔黄铁路建成了TD-LTE专网。,35,3、铁路下一代移动通信系统（LTE-R ）,频谱丰富,时隙配比 灵活,技术领先,产业链,高带宽，带来更丰富的业务支撑能力； 大覆盖，降低站点数，减少投资； 低时延，保证更好的用户体验； 更安全，先进的安全机制,TDD频谱资源丰富，不需要对称性； 受到政府支持，易于申请,TD-LTE可灵活配置上下行时隙，可量身定制 上下行带宽； 尤其适合上下行不对称的多媒体数据业务,TD-LTE已具备从芯片、终端，系统到核心网 端到端完善的商用产业链布局 全球规模商用部署蓬勃展开,四、铁路下一代移动通信发展方向,业务组网方案,36,3、铁路下一代移动通信系统（LTE-R ）,四、铁路下一代移动通信发展方向,37,4、铁路下一代移动通信系统（LTE-R ）主要业务,（1）列车运行控制系统,四、铁路下一代移动通信发展方向,38,4、铁路下一代移动通信系统（LTE-R ）主要业务,（2）列车自动驾驶 列车自动驾驶（Automatic Train Operation，ATO）指列车的启动、加速、惰行、减速以及车门的开启均由设备自动完成。 使用ATO可以减小列车司机的工作量，保障安全，提高列车运行的正点率和舒适度。,ATO已经应用于城市轨道交通和城际铁路，如北京、上海、深圳、广州、武汉等城市的地铁线路已经得到了应用，深圳至香港的高铁也将采用。,四、铁路下一代移动通信发展方向,39,4、铁路下一代移动通信系统（LTE-R ）主要业务,（3）铁路多媒体调度指挥系统 铁路多媒体调度指挥系统则能够实时、准确地向调度员提供包括文字、数据、语音、图像、视频等全方位调度信息，能够满足调度员的现场感和交互感，提高调度指挥的效率，为生产调度和统一指挥提供了科学手段。 目前总公司已开始在机车、 动车组司机室开始加装视频 摄像机。,四、铁路下一代移动通信发展方向,40,4、铁路下一代移动通信系统（LTE-R ）主要业务,（4）移动电子商务 当前铁路逐渐向公交化运营方向发展。移动客票系统将列车员手持的移动票务终端通过移动通信网络与票务系统实现联网，进行无线检票和无线售票，方便旅客出行，并加强对售票的监管。,借助该系统，旅客还可以使用银行卡付款，购买车票及列车其他商品。,四、铁路下一代移动通信发展方向,41,4、铁路下一代移动通信系统（LTE-R ）主要业务,（5）铁路救援指挥系统（RCS） 在发生自然灾害、事故或其他突发性事件时，为快速反应、科学决策、综合指挥，实现跨部门、跨区域、跨社会的联合救援行动，提供语音、数据、图像等通信。 LTE-R应具有快速部署、快速响应的特点，并具有很强抗毁性。,四、铁路下一代移动通信发展方向,42,4、铁路下一代移动通信系统（LTE-R ）主要业务,（6）客运服务系统（PTSS） LTE-R作为铁路专网，应以服务铁路运输管理为首要目标。 为了使得旅客在长途旅行中得到高品质、高舒适度的体验，实现铁路的可持续发展，需要在保障铁路安全运营的前提下，逐步完善客运服务系统，满足旅客信息服务需求，开辟新的增值业务，增加铁路收入。 客运服务系统主要功能有： 信息发布 公共信息查询 音频/视频广播 旅客互联网,五、面临的挑战,43,1、枢纽地区GSM-R频率规划问题,GSM-R发展受到频率资源的制约。铁路枢纽、铁路并线和交越地区频率规划困难。 新的线路引入枢纽时GSM-R系统存在接入困难的问题，并造成既有网络的大幅调整。,五、面临的挑战,44,2、无线电干扰问题,（1）运营商 在部分高铁、普铁线路违规占用铁路GSM-R频点，干扰铁路无线电专用频率，影响铁路GSM-R网络的正常使用。 违规占用铁路800M客列尾通信和防护报警频点。 基站或直放站信号强度大，提升GSM-R下行频段的底噪，造成车载设备通信质量下降，甚至阻塞了车载设备。,三、铁路无线电管理重点工作,2、无线电干扰问题,2012年全路共安排41条线路963处监测点的干扰监测工作，共发现各类干扰107处，占监测点总数的11.1%。经分析监测数据，其中：电磁环境不良全频段底噪提升影响52处（占48.6%），运营商及网内同频干扰42处（占39.2%），其他干扰13处（占12.1%）。 2013年全路共安排22条线路273处监测点的干扰监测工作，共发现各类干扰74处，占监测点总数的27.1%。经分析监测数据，其中：电磁环境不良全频段底噪提升影响55处（占74.3%），运营商及网内同频干扰10处（占13.5%），其他干扰9处（占12.2%）。,45,三、铁路无线电管理重点工作,2、无线电干扰问题,宝鸡、太原站800M频点被中国电信占用，京九线两处被中国联通占用； 武广线清远-广州北 K2238-K2241区间,46,移动基站频率对铁路造成了比较严重地互调干扰和阻塞干扰。,五、面临的挑战,47,2、无线电干扰问题,（2）无线电屏蔽器 2012年11月沈阳大学组织期末考试，在教室内安装无线电屏蔽器，造成邻近的哈大高