铁路集装箱内陆港无线覆盖方案研究①

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　　摘   要：主要针对非洲东部国家某铁路集装箱内陆港的无线覆盖方案进行分析，面向各种类型的用户，结合当地无线频率资源分配情况，研究用户对无线系统的需求，包含铁路部门使用的铁路专用移动通信系统、平面调车系统、站场调度通信系统、港务局使用的甚高频通信系统。满足了各类用户的日常使用，节省了建设投资，为今后类似项目的设计提供参考依据。
　　关键词：铁路集装箱内陆港  无线覆盖  平面调车  铁路专用移动通信（GSM-R）
　　中图分类号：F550                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）09（b）-0028-02
　　Abstract： This paper mainly analyzes the wireless coverage scheme of a railway container inland port， studies the user requirements of the system， and determines the wireless system according to the requirements， so as to meet the daily use of various businesses and save investment， provides reference for the design of similar projects in the future.
　　Key Words： Railway inland container port;Wireless coverage;Flat shunting GSM-R
　　1  引言
　　随着国家“一带一路”战略合作的开展，中国与沿线各国在交通基础设施建设领域进行了深入的合作。它也促进了各国铁路、公路、港口、机场的加速发展。本文介绍的正是“一带一路”中非洲东部国家某铁路集装箱内陆港的建设，该内陆港利用铁路与其他运输方式能够快速便利连接的优势，成为本国和临近内陆国家的外贸集装箱转运、存储、装拆箱、搬运的枢纽节点，不仅能提供海关通关服务，也为内陆客户提供国际集装箱多式联运服务。使用铁路运输相比传统的公路运输存在较大的价格优势，能最大限度降低客户的运输成本。
　　该铁路集装箱内陆港建成后将有多家单位入驻，共同开展工作，如铁路部门、港务局等。因各部门的业务不同，对无线通信的需求也不尽相同，既要保证各部门的日常作业要求，同时尽量避免相互干扰，如何选择合适的无线系统进行覆盖就显得尤为重要。
　　2  需求分析
　　2.1 铁路相关业务分析
　　本次新建的铁路集装箱内陆港距离既有铁路车站约3.5km，两者之间存在多处高大钢结构建筑，既有铁路沿线的无线覆盖采用的是GSM-R网络，但无法利用既有车站的天线对铁路集装箱内陆港区域范围进行完全覆盖，该区域内部分地点存在弱场。但列车进入内陆港内仍需使用以下功能：列控数据传输功能、调度通信功能（主要包括列车调度、货物调度）、车次号信息传输功能、调度指令传送功能、调车机车信号和监控信息系统传输功能、应急通信功能、公务通信功能。
　　其次，为了满足该铁路集装箱内陆港站场范围内集装箱装卸、转运等功能，需要对场内的列车进行编组、调度，需要在调车员、调车区长和司机之间建立一个高效而且可靠的联络通道，顺利地传递语音及调车指令。
　　除了上述作业以外，还应考虑内陆港区域内的日常调度指挥的业务需求，如港口进行理货，场桥、岸桥和集装箱卡车的无线调度，控制中心与现场人员的沟通，日常检修作业等。
　　2.2 港务局相关业务分析
　　此铁路集装箱内陆港为客户提供通关服务，港务局及海关人员日常的通关管理需要建立安全可靠的通信，例如对进出口货物、集装箱、进出境运输工具的检查，能更好地保障货物、物品合法进出境。
　　3  解决方案
　　本次方案的设计原则是，尽量与既有相关业务的无线覆盖方式保持一致，这样做的好处是，既有利于控制投资，又有利于后期设备的维护。在新设备选择过程中进行方案比选，采用目前比较成熟的主流技术，要具有一定的先进性，保证短期之内不会被淘汰;要具有一定的兼容性，满足各类用户的接入使用;要具有良好的可扩展性，以便后期业务量增大时能够对该系统进行扩容升级;同时还要结合当地无线管理部门的频率分配情况进行选择。
　　3.1 铁路相关业务的无线覆盖
　　3.1.1 专用移动通信系统
　　因既有铁路沿线的无线覆盖为GSM-R系统，既有机车的车载台也为该系统，为了更好地保证兼容性，本方案采用在铁路集装箱内陆港范围内新增基站加直放站的方式，针对弱场区域进行补强覆盖。
　　3.1.2 平面调车系统
　　为满足列车的调度及编组作业需要，本工程新设平面调车系统，该系统是进行调车作业的过程中，调车区长、调车员和司机之间传递语音和数据（调车命令）的无线灯光显示系统。目前，主要的平面调车系统有模拟式和数字式两种。
　　模拟式平面调车系统：是利用模擬信号传递语音通话，也可以传递数据信号，其占用的频率带宽为25kHz。其优点是传输时延很小，因为模拟呼叫可以实时传输;目前模拟式平面调车技术相当成熟，所以其设备造价相对较低。但是模拟式平面调车也存在许多缺点，如：频谱利用率较低，在信道被占用时容易造成信道阻塞，在进行调车作业时容易造成相互干扰，而且其通信距离较短。总的来说，模拟式平面调车系统存在一定的安全隐患。 　　数字式平面调车系统：对传统的模拟信号经过数字编码和传输，在接收端设备，再将数字信号还原为模拟信号，其占用频率带宽为12.5kHz。其优点是频谱利用率相比模拟式有较大的提升，抗干扰能力更强，不会造成同频干扰，通话传输距离较远，语音和数据信号可以同时传输，安全性和可靠性大大提高。但由于其内部对信号处理机制的问题，使用数字式系统通话时存在一定的时延，其耗电量比模拟式的大，且设备造价比模拟式系统高。
　　因铁路调车作业对操作的安全性要求越来越高，而且当地的频率资源有限，对比两种制式的优缺点后，本方案采用数字式平面调车系统对内陆港范围进行覆盖。
　　3.1.3 站场调度通信系统
　　对于站场调度通信系统，目前技术比较成熟，应用较多的主要有窄带集群通信和宽带集群通信两种，这两种又以TETRA（陆地集群无线）和eLTE（企业级长期演进）最具有代表性。
　　方案一：TETRA
　　TETRA数字集群通信系统是一种被广泛应用的专业无线指挥调度通信技术标准。TETRA数字集群技术主要面向公共安全用户和政府，也用于机场、港口、地铁、大型企业等场所。
　　TETRA数字集群通信系统主要有以下几个方面的优点。
　　（1）信道资源利用率高：TETRA网内用户共享一组无线信道，但用户之间各自独立，不会相互影响，通信中不会发生信道忙闲不均情况。
　　（2）频谱利用率高：TETRA技术的空中接口为TDMA时分多址模式，即将一个载波频率为4时隙，可同时提供4个语音或数据信道。与模拟集群系统相比，系统容量可以增加4倍，可以满足大容量，高密度组网的需求。
　　（3）数字话音质量更好：TETRA系统采用先进的数字语音编码和信道编码技术来更好地抑制噪音和干扰，尤其是在覆盖区域的边缘。拥有比模拟技术更优的语音通信质量，可自如应对现场不断变化的复杂工作场景。
　　（4）数字编码、安全保密：TETRA系统是保密性较好的无线数字集群通信系统，它采用的是全数字化编码和通信加密协议，从根本上直接提升了系统的安全等级，保证了通信的保密性和安全性。能够适应复杂形势的挑战和要求。
　　（5）无线通信业务综合化：由于TETRA系统采用全数字编码，系统能同时处理语音和数据业务，即系统可以在实现语音业务的同时考虑数据业务。它可以提供一个综合的服务平台，集语音业务、短数据业务、分组数据、不同系统的互联互通服务于一体。
　　方案二：eLTE
　　eLTE是基于第四代移动通信LTE技术的宽带集群解决方案，传输数率可以达到50～100Mbps，可以传输语音，数据，图像及高清视频，支持语音和视频调度、远程数据采集和移动办公。语音集群组呼时延<300ms，群组呼叫抢占时延<150ms。eLTE支持400MHz、800MHz、1.4GHz、1.8GHz多种频段，可以根据实际需要进行选择。
　　该解决方案可以结合行业的特殊需求，定制高集成度的小型核心网设备和分布式基站，部署灵活，能够降低网络建设成本和维护成本;它具有多种类型的终端设备，可靠性高，滿足恶劣的户外环境，其较高的带宽能够提供现代化的办公信息处理平台。
　　方案比选：
　　TETRA窄带集群通信发展时间久，技术成熟，设备供应商较多，可选择的范围广，在各个行业应用的也较多，设备价格和终端价格更加低廉。而eLTE宽带集群通信是近年来伴随着4G产生的新兴技术，应用相对较少，设备主要由国内的少数厂家生产，设备价格和终端价格相对偏高，但其大带宽的优势又能为用户提供更多的业务选择。相信随着技术的成熟，设备价格可以逐步降低，将来会有越来越多的应用。
　　本方案使用TETRA窄带集群通信对铁路集装箱内陆港进行无线覆盖，结合当地国情，能够在节省投资的情况下，充分的满足用户需求。
　　3.2 港务局相关业务的无线覆盖
　　VHF通信系统，即甚高频通信系统，是一种视距范围内的通信系统。其频段一般是30～300MHz，信道间隔为25kHz，在海事部门应用较多，多用航海中船只与船只之间的通信，在港口区域还用于船和港口之间的通信。港务局既有使用的便是VHF系统，在该铁路集装箱内陆港区域内，当地无线管理部门给港务局分配频段为160MHz，故本次仍设置VHF系统对铁路集装箱内陆港区域范围进行覆盖，以满足港务局及海关的日常业务需要，且移动终端设备可以与既有系统通用，便于日后的使用和维护。
　　4  结语
　　面对铁路集装箱内陆港这种用户种类多，业务需求类型复杂的场所，需要对无线覆盖的系统进行合理的规划和选择，既要满足各类用户的需求，还要保证相互频率之间不造成干扰，在设计过程中就需要充分地进行比选和考量，在尽可能满足使用的前提下，节省建设的投资。本文通过对该铁路集装箱内陆港的无线覆盖方案进行研究，为此类项目的设计提供参考。
　　参考文献
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