日立采用毫米波实现240km/h列车与地面间的1.5Gbit/s高速通信

日立国际电气公司与日本铁道综合技术研究所、日本信息通信研究机构（NICT）合作，全球首次利用毫米波（90GHz频带）无线通信系统，以每秒1.5Gbit的带宽成功实施了时速约240km的列车与地面之间的数据传输实验，1.5Gbit/s的传输速率是目前高速铁路使用的列车通信系统的约750倍。其特点是利用光载无线通信（RoF: Radio over Fiber）技术使地面无线基站联网。

实验在北陆新干线的地面设备室里设置了中央控制装置，在轨道旁约2km的区间设置4个地面无线基站，在车尾驾驶席内设置车上无线基站，实施了传输试验（如下图）。地面无线基站利用光纤与中央控制装置连接，经由光纤无线网络自动追踪列车，能以所需最低限度的电波辐射维持稳定的高速通信。实验证明，在时速约240km的列车与地面设置的中央控制装置之间可维持每秒1.5Gbit的高速数据通信。

验证实验系统的构成

本实验着眼于铁路车辆在轨道上有序行驶的特性，开发了沿着轨道构筑无线区域的系统。具体来说，采用以一维线状构成单元，而非像移动网络那样二维排列单元的方式，可以利用光纤低损耗传输毫米波信号至所需位置，用无线信号在所需最低限度的距离内进行传输。系统构成及地面无线基站的配置主要由铁道综合技术研究所开发，日立国际电气和NICT开发了将无线信号转换成光信号，并以低损耗进行光纤传输的光载无线通信（RoF）技术。

车上无线基站和地面无线基站使用了此次开发的90GHz频带化合物半导体。地面无线基站与中央控制装置利用RoF技术连接，构筑了可随着列车的移动自动切换无线区域的系统。该系统在地面设备室设置中央控制装置，在轨道旁的电气化铁路架线柱上设置地面无线基站（约2km的区间设置4个），在车尾驾驶席内设置车上无线基站。经行驶实验确认，在时速约240km的列车与地面设置的中央控制装置之间可实现每秒1.5Gbit的高速数据通信，这一传输速率是现有高速铁路利用的列车通信系统的750倍，而且切换地面无线基站时无需人工切换。

此次确立了毫米波通信和RoF的基础技术，为了使采用这些新手段、适合高速铁路系统的新型无线通信系统实现实用化，将进一步推进技术研究，同时，包括本次实验采用的频带在内，还将在国际电信联盟（ITU）推进92.0-109.5GHz的铁路无线应用相关的国际标准化活动。

延伸阅读：

我国高铁通信技术的发展现状及趋势[苏杰]

1 高速铁路应用现代通信技术概述
1.1 高速铁路应用现代通信技术的重要性

随着我国科技技术的快速发展， 现代的通信技术也朝着多方面发展，智能化、数字化、个人化、高速化及宽带化等方面。人们无论在何地何时，都可以利用现代的通信技术，通过数据、视频及语音等方式传递，不仅实现了信息交流，提高了人们的工作效率，进而提高了人们的生活品质。现代通信技术在高速铁路上的应用， 乘客坐在车厢里真的就如同在办公室里一样，在高铁上感受到通信技术带来的快捷与方便。在高铁上办公，信息传递交流完全不受通信硬件设施的阻碍，实现了移动办公，与外界分享信息资源也很方便。

高速铁路的运行速度非常快，在完备的安全措施与多项技术系统支撑下，高铁才可以提升速度。分析我国通信技术调研发现，我国的高铁的快速发展，其中一个重要支撑就是现代通信技术的利用，通信技术高速铁路网路将通信技术作为基础， 加上可交互界面， 在高速铁路上进行信息传递就非常便捷，使高铁更具有操控性，在操控上更具有准确性，有效地控制高速铁路的速度。总之，现代通信技术为高铁的通信系统发展提供了有力技术保障。

1.2 在高铁领域通信技术应用特点
（1）在高速铁路上利用通信技术，实现了多领域间的渗透与融合，比如高铁的行车安全及现代化的行车组织等领域。
（2）在高铁上通信技术的应用，使通信技术的设计思想在信号系统中，综合集成和集散控制思想体现出来了。
（3）在高铁领域利用通信技术，不仅使高铁调度中心管理可以更安全，而且是高铁调度的质量保障的有效手段。
（4）高铁通信技术采用“人机对话”的管理模式在高铁通信技术管理上采取“人机对话”管理模式，可以使通信技术对通信系统的运行信息更准确， 信息可以及时得到反馈，进而进行采集和处理，使信息资源得到共享。
1.3 高铁对于通信技术演进的要求
近几年，我国的高速铁路建设快速步伐，对通信系统技术的演进和发展要求越来越多。
1.3.1 高铁的控制与调度需求
为了提高我国高速铁路的控制与调度效率， 使覆盖的范围越来越广阔， 更需要高铁的通信技术的承载量可以满足发展需求。
1.3.2 高铁系统的安全监控需求
随着高速铁路的安全监控水平的提升， 高铁的运行安全及其重要，只有应用先进的通信技术才能保障高铁安全运行。
1.3.3 高铁乘客的业务需求

我国通信技术的发展，出行乘客对通信技术也有越来越多的需求，只有提高通信环境，更加便利，更加畅通无阻，才能满足人们的需求。

2 高铁通信技术的发展现状

随着我国铁路通信技术的不断发展， 高铁通信技术也在不断发展。通信系统集合了很多通信技术，其中光纤是一种可以利用的通信技术。虽然我国光纤技术的发展到如今才二十多年的时间，但由于光纤技术的传导速度快，高铁通信技术利用更为普遍，满足了高铁通信系统的时代要求，提升了我国的通信技术，完善了高铁通信系统。在高铁通信技术的发展上，还有许多技术维持着高铁通信系统的正常运行， 如数字程控交换技术、主干通信网技术、收费系统技术及监控系统技术等部分。

在高速铁路通信技术的发展演变中，经历了模拟通信阶段、集群通信阶段到GSM-R网络通信阶段。如今在高铁领域，通信技术主要围绕着GSM-R 网络为主， 也就是通信技术GSM-R，随着对通信技术的要求标准的提升，GSM-R通信技术可以使高铁系统得到有效控制，并且在高铁环境中GSM-R技术运用自如。在我国，GSM-R 系统经历了三个阶段：第一阶段，铁路的信息建设刚刚起步，只是实现了移动系统和信息化系统的同步工作； 第二阶段，GSM－R 系统实现了与铁路的CTC 系统的同步，在这基础上提供了一些语音服务；最后一个阶段，随着铁路新建项目的增多，GSM－R 系统也与之同步，避免了重复建设。

纵观GSM-R 的演进和发展，其过程中主要问题表现在以下几个方面：高铁速度的加快，环境的改变，影响到了GSM－R系统的稳定性和可靠性；GSM-R 系统的数据传输速率较低，是因为GSM-R系统的通信频谱较窄，其上下行的频谱仅为4MHz，导致GSM-R 系统提供的数据传输速率是十分有限的；受到GSM－R系统自身的通信制式影响，GSM-R系统的延迟较高。在高铁技术发展的历程中，GSM-R系统的演进和发展受到了很大的局限。在高铁运行中，随着技术的不断发展，各种各样的问题越来越多，只有继续完善通信技术，提高高铁的通信技术，进而提高乘客的满意度。

3 高铁通信技术存在的常见问题
3.1 通信质量问题
高铁运行中，地区与地区的地理位置的转换，导致通信信号的强弱不同，极易引发高铁通信的质量。如接通率低、网速慢、切换转换问题、掉线率高及话务接通信号差等等问题，在这其中最难的问题莫过于高速切换， 因为高速铁路在经过一个地区位置时，它的信号也会进行切换，使移动通信的网络信号薄弱，多次出现通信上的失败。
3.2 多普勒效应

相对普通铁路对通信技术的要求，高铁的技术要求很高，所以就会出现很多的问题。多普勒效应就是其中一个问题，较多发生在高速移动的环境中，那在低速环境中就是影响甚微。在高铁的运行中，如果对多普勒效应处理不当，间接会影响到频率的容差及无线列调，影响到了高铁通信运行系统，会产生不良影响。

4 高铁通信技术的发展趋势
随着3G 及4G 技术的不断发展，移动宽带的时代已经来临。同时无线局域网技术的发展更为我们带来便利，我们用手机上网更为快捷。但在互联网数据业务上，3G 移动网络有着典型的频谱效率不高的缺陷， 其标准化组织就在原有框架的基础上提出了3G 网络的分组接入技术， 从而大大提升了3G网络的数据下载速率。随着高铁通信技术的不断发展，可以借鉴学习3G、4G技术的发展经验，以至高铁通信技术更快更好地实现通信快捷畅通，提供给乘客更优质的通信体验。

总之，我国高铁的快速发展，给我们交通上注入活力，对通信技术的要求也是越来越高。在高铁上通信技术的运用，未来高铁的通信业务发展需求会不断扩大， 未来的高铁速度也会进一步提升。因此对通信技术提出了更严格要求，只有在高铁领域通信技术的演进中，总结经验，把握发展方向，创新提高通信技术，才会使高铁通信技术更有利于人们的信息传递，使高铁系统更稳定发展。

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