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基于认知无线网络的铁路专网频谱共享方法基于认知无线网络的铁路专网频谱共享方法--发表时间：2019-11-22T09:50:51.000Z来源：《基层建设》2019年第24期作者：周旷晨[导读]摘要：现如今，我国是科学技术发展的新时期，通信技术得到了快速的发展，与此同时，频谱资源十分紧缺。长沙市轨道交通运营有限公司湖南长沙410000摘要：现如今，我国是科学技术发展的新时期，通信技术得到了快速的发展，与此同时，频谱资源十分紧缺。为满足人们在搭乘列车出行时对移动网络的需求，铁路通信受到越来越广泛的重视。长期以来，铁路通信作为一种专用通信，享有特定频段。但铁路通信频段在大多时间里存在频谱浪费。鉴于此，通过在铁路专网中构建认知无线网络的方法，可以提高铁路专网频谱的利用率。在铁路专网的认知无线网络中，LTE-R基站在不影响列车行驶安全的前提下，将专网频谱共享给车上的人员使用，并尽可能保证人员设备实时业务的低延时。仿真结果表明，在不影响列车与地面控制中心正常通信的前提下，使用认知无线网络提高了铁路通信系统频谱的利用率，且保证了人员低延时业务的通信时效性。关键词：铁路通信系统；认知无线网络；LTE-R；车载网关引言目前铁路的运行需要以高效稳定的通讯作为基础，而其中移动通讯系统起到了重要的作用，并且随着技术的不断提升，铁路的运行速度也有了很大的提高，这就要求运行过程中移动通讯系统的数据传输能够适应这种高速运行的要求。有效的达成调度、通讯功能，避免发生事故，保证铁路系统运行的安全稳定。1铁路通信工程无线接入技术无线接入技术就是将无线传输媒体接入到网络中，将固定或移动终端服务向用户进行提供，但是因为铁路的运行速度是非常快的，使得在铁路通信网络中大多数使用的都是无线接入网络。铁路通信的主要作用就是为相关人员提供及时、可靠的通信，比如人员、工作人员、运维人员以及应急救援等等，使铁路运输的效率得以大大提高，使服务水平不断提升，从而使车辆的安全得以有效保证。同时，随着铁路通信式程中无线接入技术的不断发展，想要使铁路通信功能得到保证，其增值服务以及相关业务也要能使铁路的通信需求得以满足。2基于通信的铁路业务和移动终端业务2.1铁路通信业务在GSM-R系统中，铁路通信业务可以总结为以下3种业务类型：（1）安全性通信应用业务（如列车控制信号ETCS消息）；（2）铁路管理运营的相关通信业务（如对讲机通话）；（3）其他通信应用业务，不干扰列车运行（如车载CCTV系统、定时语音报站、车载设备文件更新等）。由于上述3种基于通信的铁路业务数据速率较小，难以对铁路通信网络的容量造成影响。为了更好地观察CPU使用网络对无线电频谱管理的影响，在仿真实验中，文件更新业务使用以下仿真数据，下行数据速率分别是500kbit/s、1Mbit/s、2Mbit/s、3Mbit/s。本文主要从无线电应用和管理的角度研究铁路专网系统中频谱资源的使用问题，且仅研究其下行链路资源的使用，包含以下4种PU的业务：（1）ETCS应用业务，负责包括车载单元和地面控制中心两部分的数据交换，主要实现地面控制中心对列车行驶的控制，如实现对列车的加减速和制动等操作。每条ETCS应用大约为128B。ETCS属于安全性通信应用。（2）语音通话业务，铁路运营管理的基本通信应用业务。在铁路运营管理过程中，对讲机是最常用的通信设备，如铁路维修人员之间的通话。本文的仿真实验中，假设在整个仿真过程中施工人员一直通话，且数据速率是64kbit/s。（3）定时语音报站业务，主要以广播形式定时给列车上的通报当前列车所在位置和当前列车乘载的人员数量。在仿真实验中，假设列车上的车载设备每隔20s就会收到地面控制中心发来的报站信息，且每条信息的平均持续时间是5s，数据速率是64kbit/s。（4）文件更新业务，主要是车载通信设备通过车地无线接口从控制中心下载更新文件，以更新车载设备信息。2.2在自动报点系统中的应用自动报点系统是铁路通讯系统的重要组成部分，有利于中心及时了解列车的运行参数，从而做出正确的调整，避免出现安全隐患。因此，在实际运用阶段，需要在列车上安装移动通信终端，其主要组成结构为天线随动系统、编码器、译码器等设备组成，有利于在固定的频段进行通讯，防止出现串频或跑频等问题。同时，还需要在列车内部安装车载控制器，可以起到读写列车运行参数的作用，包括车次、列车速度、到站时间等。当数据提取完毕后，需要进行处理工作，并将数据传输至移动通信终端内，从而向卫星发射信息，再传输至地面，以完成数据的传输工作。2.3GSM-RGSM-R通信技术最早起源于欧洲，是在GSM公众移动通信系统的基础上增加了铁路运输专用调度通信功能，它主要由交换机、基站、机车综合通信设备、手机等组成，目前在德国、意大利、瑞典等大多数国家普遍应用，我国铁路于2000