专栏·朔黄铁路
2014年9月28日，朔黄铁路LTE（简称朔黄LTE）无线宽带系统上线运行，为2万t重载列车运行提供了可搭载的通信平台。按照设计，目前在平台上成功搭载了机车重联、可控列尾、调度电话通信、调度命令上车、车次号校核等应用。在确保既有核心业务畅通下，研究和探索平台的有效搭载能力，科学合理地应用该平台搭载更多的业务，是当前需要思考和研究的问题。1 朔黄LTE网络概述 1.1 网络特点
（1）较高可靠性。将10M带宽的频率资源，按照5M 异频组网方式实行共站址双网覆盖，实现双层网络采用主备冗余和负荷分担，当单点故障时不影响正常业务，具有较高的可靠性。共站址双网频率规划见图1。
（2）可直接进行语音通信。由于LTE标准不再支持用于支撑语音传输的电路交换技术，它只能进行全IP网络下的包交换，所以单独研发配套了无线一键通（POC）集语音交换系统，通过SIP中继实现FAS主系统与POC设备交叉连接，从而实现有线及LTE无线语音调度一体化，支持个呼、组呼和多优先级，
在调度台、车站台、司机和车站值班员手持台之间形成大、小三角通信，完成车机联控等业务，并提供和其他铁路公务通信业务互联[1]。
（3）较强专用性。朔黄LTE网络为铁路运输服务，其主要承载重载列车机车无线重联安全数据信息、调度命令和车次号校核信息、集调度通信和视频监控等业 朔黄铁路LTE宽带网络pmoled
搭载应用业务扩展研究
胡跃华：朔黄铁路发展有限责任公司，网管中心主任，高级工程师，河北 肃宁，062350
摘 要：随着时代的进步，全球的宽带网络技术
都在进步和发展，LTE以其技术产业优势成为产业
共识，是各国网络技术部门研究的对象和重点。
我国对LTE及其技术产业展开系统研究，通过一
系列试验，完成了产品的认证测试，产业发展迅
速。但目前LTE宽带集发展的形势依然不容乐
观，不论是在技术本身还是商业模式方面，都还
有很多问题值得探讨和研究。针对朔黄铁路LTE宽
带网络搭载应用业务扩展问题，探讨LTE网络的基
本理念和技术能力，并对如何更好地搭载更多的
业务进行设想和求证，重点分析朔黄铁路LTE宽带
网络搭载应用业务扩展方法和具体流程，以提升
宽带网络的应用效果。
关键词：朔黄铁路；LTE宽带网络；应用业务；扩
展；组网
中图分类号：U285 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2016）08-0081-05
图1 共站址双网频率规划示意图
A网 F1 F1 F1 F1 B网 F2 F2 F2 F2
朔黄铁路LTE宽带网络搭载应用业务扩展研究 胡跃华
务。面对这些业务，其设备终端有较强的专用性，包含手持终端、重载无线重联车载数据通信设备、列车调度通信平台、列尾车载通信设备等设备终端。1.2 与运营商LTE网络、GSM-R网络的比较
朔黄LTE网络是首例将LTE通信技术运用于铁路运输的专用网络，与运营商LTE网络和铁路GSM-R网络有较大区别（见表1）。
2 网络能力分析
2.1 网络速率
朔黄LTE网络采用5M带宽组网，时隙配比采用SA1即2U∶2D；特殊子帧配置采用10∶2∶2。那么5M带宽组网含有25个资源块（RB）资源，每个RB有12个子载波，10 ms为1个无线帧，1 s内有100个无线帧[2]
。考虑到下行系统开销一般约25%（下行开销包含RS信号（2/21）、PDCCH/PCFICH/PHICH（4/21）、SCH、BCH等），即下行有效传输数据速率的比例为75%。下行最高调制方式为64QAM，效率为0.93，MIMO为2T2R。下行理想峰值速率为：
100×（8×7×6×0.93+2×10×6×0.93）×25×12×75%×2=9 541 800 bit/s×2=9.1 Mb/s×2=18.2 Mb/s。
上行系统开销一般约21%（考虑RS消耗1/7、SRS消耗1/14），即上行有效传输数据速率的比例为79%。上行最高调制方式为16QAM，效率为0.75。上行理想峰值速率为：
100×（8×7×4×0.75+2×2×4×0.75）×25×12×79%=4 266 000 bit/s=4.06 Mb/s。
以上计算为朔黄LTE系统的理论峰值速率，而在实际
运用中由于外界磁场环境和天气因素，达不到峰值速率，在小区重叠覆盖的小区边缘有效最小速率大于2 Mb/s。2.2 朔黄LTE网络实测速率
通过前期实际测试，发现朔黄LTE网络在下行参考信号接收功率（RSRP）、下行参考信号接收质量（RSRQ）等参数较好的情况下，上行速率和下行速率分别达到4 Mb/s和15 Mb/s，而在小区重叠覆盖的小区边缘上行速率和下行速率分别达到3.2 Mb/s和2 Mb/s（见图2）。
2.3 现有应用占用带宽分析
纱窗角码按照设计，朔黄LTE网络可搭载4类业务（见表2）。
目前，根据现有闭塞区段设置和LTE小区设置，按列车追踪间隔10 min、列车时速80 km计算，则列车最小间隔距离为13 km，列车为双向对开。以小区覆盖半径3 km计算，则双线铁路一个区间覆盖
范围内最多同时有2列通过列车，每列重载列车按4台2机车和1个列尾组成的最大机车数计算，其所需容量见表3、表4。
如表3、表4所示，在只考虑列车安全运行，不考虑手持台语音通话的情况下，A网所需最大容量为930 kb/s，B 网所需最大容量为674 kb/s，且机车综合无线通信设备（CIR）语音通信属间歇性、短时间，没有特殊情况不会长时间占用，因此，大多数时间处于空闲状态，带宽
存在可利用的空间和时间。
表1 朔黄LTE网络与运营商LTE网络、GSM-R网络的比较
图2 朔黄LTE网络速率
表2 朔黄LTE网络搭载业务情况
速率/（M b ·s -1）
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
4.06
上行速率
下行速率
理论值 实测最大值 小区边缘值
18.2
4
15.2
3.2
2
朔黄铁路LTE宽带网络搭载应用业务扩展研究 胡跃华
在神池南、肃宁北、黄骅南、黄骅港4个技术站，存在可能有几列列车同时重新解编组的情况，车站停留机车较多，CIR台的数量有一定增加，但有多在服务。
3 朔黄LTE网络搭载更多业务的分析与设想
3.1 车载类移动业务
（1）移动闭塞。目前，朔黄铁路正在进行重载铁路移动闭塞技术的研究和试验，移动闭塞属于控制类业务，小流量、间断性，实时性稳定性要求高，利用LTE网络进行承载，实现车车、车地间通信信息的实时稳定传送，避免通过卫星的覆盖缺陷和信号传送延时的缺陷。
（2）机车运行状态监测信息适时传送。机车的状态和司机的操作至关重要，能够实时获得机车主要部件的运行状态数据，获得司机实时的操作数据，是地面机车维护人员和管理人员的迫切需求，这样就可以为机车状态监测提供实时运行数据。可实现司机操作数据远程转储和实时监测分析，也可实现
司机车上远程退勤，减少司机的出退勤时间，从而增加休息时间，为机车维修和运用管理提供极大的方便和效率。利用LTE网络，可将机车主要监测和操作数据信息传回地面中心服务器进行分析。
监测接口可利用机车上CIR平台接口，适当扩大CIR平台SIM卡的速率（机车监控信息最大速率可控制在90 kb/s），优化设置监测信息发送的间隔、速率及优先
等级，就可保证车机联控的优先使用，也可实
现车上监测数据的可靠传输[3]。
（3）线路综合检测车的大值报警信息实时传送。铁路的线路综合检测车承担了线路、接触网、信号、通信等行车设备状态参数的测试工作，在检测车运行中探测到大量的线路和设备的状态信息，分析人员希望数据能及时传回地面中心进行分析。因数据量太大，不适宜在LTE网络上传输，但车上检测到的大值告警紧急信息数据量并不大，可通过LTE及时传至地面中心和维护人员终端，及时核实检查维护，可避免目前使用短信方式不及时到达而造成的延误。
助板
3.2 固定非移动业务
（1）铁路应急抢险通信。在铁路发生重
大事故或自然灾害时，正常的行车秩序被打乱或中断，能及时接通现场应急抢险通信系统，实现现场和调度指挥中心的视频和通话通信是当务之急。传统的做法是利用架设微波通道或临时辐射应急光缆来建立传输通道，或通过卫星通道接入应急通信系统。而GSM-R系统接入语音比较方便，接入高清视频信号则有其局限性。利用LTE无线网络可以快速便捷接入，至少可搭载1路或2路高清视频信号，将抢险现场的实地视频信息及时传回调度中心，建立语音通信系统，为抢险建立通畅的通信联络。这样就解决了传统应急通信接入就近车站通信网的困难，也可代替海事卫星等卫星通道，从而节约昂贵的上星费用[4]。
（2）搭载铁路防灾监测系统。高速铁路防灾监测系统涵盖了铁路沿线的风速、风向、雨量、雪、落物、泥石流、地震、异物侵限监测等项目（属小流量、间歇性项目），实现预警和实时灾害报警，防止突发自然灾害对列车的列车侵害。高铁防灾监测系统构成见图3。对重点地段线路、桥梁、隧道等基础设施受自然灾害侵害，以及重载列车运行对线路的冲击影响进行监测，如：线路沉降、路肩位移、轨温变化；对桥梁的挠度、振动、应力、轴重进行动态传感；梁体、杆件裂纹的产生和裂纹性质；轮轨位置关系的测量监测等，为线路状态提供提前预警。
（3）远程传送计量监测信息。铁路的用电核算包
表3 朔黄LTE网络所需容量（A网）
表4 朔黄LTE网络所需容量（B网）
朔黄铁路LTE宽带网络搭载应用业务扩展研究 胡跃华
括机车用电计量、各办公生产楼宇用电计量和各变电所的输入输出电量计量，需要大量的人工计抄，费事耗力，若配套相应的传输接口，可通过LTE网实现无线抄表。
4 朔黄LTE网络搭载业务的接入和组网模型
由于目前LTE网络搭载的业务主要是铁路行车业务，网络设计比照GSM-R的组网思想，考虑到网络的安全性是独立成网，与外界原则上物理隔离[5]。若有业务信息对外交换，传统的稳妥做法是在两网间通过建立接口服务器实现间接互通，虽然比较安全，但这种交互方式随着加载业务的增多，会建立多套接口服务器（见图4）。
如果要充分利用LTE网络，再加载一些其他的监测和运输等管理类业务，就需要和企业既有的内网建立信息交互，但必须考虑对LTE专用网络的安全问题。如果要避免多业务接口服务器方式的弊端，同时还方便多业务信息交互，给出的方案是：在内网和LTE网络间建立非军事化区（DMZ）数据交互区，设立严格的访问控制策略，实现信息交互（见图5）。
因为LTE网只是和企业的内网进行信息交互，本身受入侵的风险就比内网和互联网间的入侵分险小很
多，因此网络的信息交互安全完全可控，也便于信息交互，同时可避免增加太多的接口
服务器。与之对应的新加载业务接入LTE网络结构见图6。
图3 高铁防灾监测系统构成拉链鞋
图4 独立成网方案
图5 在内网和LTE网络间建立DMZ数据交互区
监控数据处理设备
交换机
数据库服务器
数据库服务器 磁盘阵列 应用服务器应用服务器 接口服务器 接口服务器 时钟服务器
维护终端
防火墙
燃油调压阀
防火墙
相邻防灾系统
通信设备
调度所
防灾终端 接口服务器 接口服务器
运调等信息系统
防火墙防火墙
通信设备
工务调度、工务段
工务终端
短信模块
可由LTE网络承载传输
通信SDH（MSTP）传输系统
监控单元
监控单元
监控单元监控单元
监控设备
雨量计
风速风向计 双电网传感器 地震仪
轨旁控制器
雪深计
双电网传感器 轨旁控制器
风速风向计 双电网传感器 地震仪
轨旁控制器
列控系统 列控系统 列控系统 牵引供电系统牵引供电系统
L T E 网络
接口服务器1
接口服务器1
接口服务器2
接口服务器2
接口服务器n 接口
服务器n
防火墙1
防火墙2
防火墙n 内网
L T E 网络
DMZ隔离区
服务器
业务服务器
内网
朔黄铁路LTE宽带网络搭载应用业务扩展研究 胡跃华
5 结束语
朔黄LTE宽带网络的应用提高了相关工作效率，也提升了系统运行品质。在搭载应用业务的过程中，进行
了科学合理的扩展，在充分应用朔黄LTE宽带网络的情
况下，确保网络运行畅通。
参考文献
[1] 郭庆. 基于LTE承载条件下的PTN网络质量测试方案研
究[J]. 决策与信息旬刊，2015(32)：259.
[2] 牛瑞燕，李媛. 无线传感技术在室内环境监测与控
制中的应用[M]. 北京联合大学，北京数字科普协会.
博物馆的数字化之路. 北京：电子工业出版社， 2015.
[3] 张艳丽，侯峰. GSM的检测方法研究[C]//第
数字媒体播放系统十一届中国通信学会学术年会论文集. 南昌，2015.[4] 张国平. 朔黄铁路综合运输信息系统实施及维护[J].
铁路技术创新，2013(2)：55-58.[5] 李锐. 铁路无线通信从GSM-R向LTE-R的演进[J]. 中
国铁路，2014(9)：90-94.
责任编辑 卢敏
收稿日期 2016-02-21
（a）车对地业务
（b）地对地业务
图6 新加载业务的接入LTE网络结构
eNodeB
eNodeB
eNodeB
S D H 传输
LTE核心网
MME S-GW P -GW
防火墙 防火墙 DMZ 内网
业务服务器
服务器地
面采集器 地面采集器
地面采
集器
eNodeB
eNodeB
eNodeB S D H 传输
LTE核心网
MME S-GW P -GW
防火墙 防火墙
DMZ
内网
业务
服务器
服务器
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