铁路通信信号一体化技术探索论文
摘要：铁路通信信号一体化是当前我国铁路通信领域迫切需要解决的一个大课题，包括方案设计、故障排除、研发/维护团队一体化等多方面的内容。文章重点分析了我国铁路通信信号设备技术现状和不足，阐述了我国铁路通信信号一体化技术的优势，对该领域的一些关键技术进行了探索。
关键词：铁路通信;信号一体化;技术
铁路通信信号承担的任务是采用以信息技术为核心的通信手段以及控制手段对铁路上运行的列车进行协调控制，保障线路的安全运行，防止由于缺乏沟通协调而造成的安全事故。通信与信号之间是相互统一的，没有信号就无法进行通信，离开了通信信号也就失去了存在的意义。通信技术为信号的传递提供一个承载媒介。因此铁路通信一体化是当前铁路通信迫切需要解决的课题。
1通信信号设备现状
1.1机车信号与超速防护(ATP)。
1.1.1轨道电路制式多。当前的铁路通信系统存在多种制式的通信，采用的轨道电路有交流计数、极频、4信息移频、8信息移频、18信息移频、UM71、UM2000以及ZPW-2000无绝缘移频自动闭塞等制式。由于多种制式并存导致传输的信号十分混乱。随着列车信号主体化的发展趋势，当前的轨道电路已经不能胜任这个工作。除此之外，列车信号译码由于不同制式轨道电路的不同信息含义而变得十分困难。1.1.2站内轨道电路电码化困难。站内电码化不可能一步到位，需要一个逐步完善的过程。在站内电码化初期，由于系统设计的欠缺，有可能存在兼容性差、协调不够以及抗干扰性能差等问题。这些问题最终导致发码时间滞后、码畸变、移频轨道电路与交流计数轨道电路结合部出现掉码等问题。随着列车不断提速，在站内轨道区段较短处，列车接收的信息往往不完整，造成机车信号闪白灯，在车站岔区也会造成机车信号闪白灯。
1.1.3站内干扰严重。同频干扰、带内干扰、外界干扰等类型不同的干扰是站内轨道电路常常出现的问题，这种问题大多是由来源繁多的站内信号造成的。其中最为严重的是邻线干扰问题和牵引回流干扰问题，有时邻线干扰会导致列车信号升级。1.1.4机车信号信息不能进行闭环确认。由于机车信号信息不能返回地面，地面无法确定发出的信号是否被机车接收或收到的信息是否正确。1.1.5信息量小。由于钢轨传输自身的局限性，每次传输的信息量很小，而且多采用模拟信息传输方式，可靠性不高，无法满足当前列车对信号的要求。最为严重的是一旦轨道电路中断信号传输就无法正常进行。
1.2调度集中。我国的铁路行业大多采用调度集中，这种方式比较传统且效果不是很理想，无法适应现代铁路信息化的发展趋势。而且存在很多不足之处，其中最为主要的原因是无线通信手段无法满足需求。
1.3无线列调。(1)技术落后。采用模拟单信道，存在通信质量差和干扰严重等问题。(2)能力饱和。在完成列尾风压、车次号、调度命令等信息传输对于现存的无线列调来说已经很不容易了，对于实时性更强、可靠性要求更高的列车控制、控制信息和公务移动通信等业务就显得力不从心了。(3)效率低下。各专业部门各自为政建设的专用系统不经济，技术不合理，无线电频率资源浪费。
2通信信号一体化的优势
采用通信来实现信号传输相对于传统的轨道电路传送信号而言具有更大的优势，主要表现在以下几个方面：
2.1传输可靠性高。在传统的轨道电路传送信号中，发送信号者只能被动的将信号发出，至于信号是否被接收者接收或者接受的信息是否正确就不得而知了，这是由于在轨道电路中的信号传输是开环的。与之相比，CBTC系统使发信者和接受者的互相通信成为可能，除此之外，更为重要的是CBTC系统可以通过反馈纠错技术以及各类冗余技术等多种技术手段提高信号传输的可靠性，使接受者获得的信号是准确的，保证铁路信号通过无线网络传输的实时性和安全性。
2.2传输效率高。铁路通信信号通过无线的方式进行传输可以使移动自动闭塞能够实现，其有着可随列车的运行而移动的.，可以变化的分区长度。闭塞分区通过列车上的无线设备接收前方车站距离以及前方列车距离等信息来实现对列车的控制，与地面信号相比，列车上的无线设备接收的信息具有更高的准确性和及时性，因此地面信号已经被停止使用。
2.3传输信息量大。传统的轨道电路系统传输信号数据量小且速度很慢，这是因为信号在铁轨上传输的缘故，而在同时运行在铁轨上的列车数量很多，导致铁轨上的列车控制信号随之越来越多，这势必影响传输的速度。与传统的轨道电路系统相比，无线通信网所能传输的数据量要大很多，列车控制对信号传输的需要能够被很好地满足。
2.4降低工程投资和生存期成本。端站尾轨和站台的长度由于列车编组的缩短和运行密度的提高也随之缩短。铁路信号的传输设备主要安装在列车内和车站内，不在设立在轨道上，极大的降低了投资成本。
同时铁路故障也由于轨道电路和地面色灯信号机等装置的取消而大大减少。无线机车信号在车站跨越了轨道电路,摆脱了车站轨道电路电码化的制约,系统结构更简洁。
2.5具有通用性和灵活性。在有特殊情况发生或者线路出现故障的时候，由于系统在不增加其他设备的情况下具有双向通信的能力，因而反向控制将变得更加简单。系统的可靠性和性能也不会随着列车的反向运行而降低。由于CBTC系统大大降低了对列车与信号系统的接口要求，因此，性能不同的列车以及编组长度不同的列车都可以在系统内部同时运行，系统内部的类型不同以及线路不同的列车之间的相互连通将变得十分简单。列车控制不会受到互相独立的子系统升级或者换代的影响，因为系统采用的是通用组件。
3通信信号一体化系统结构及关键
技术按照从低到高的顺序，铁路信号系统在广义上可以分为四个层次，分别是：第一层也就是最低层，包括现场的道岔设备、轨道电路、信号机、机车信号、通信的传输装置等。第二层，安全控制设备。包括车站联锁、列控装置、道口安全控制等。第三层是分局(局)调度中心,包括调度集中、电力调度、机车调度、车辆调度、设备维修中心等。第四层也是最高层，包括：局(部)调度中心,宏观的决策系统。系统通过四大部分来实现铁路通信信号一体化。这四大部分包括：综合调度中心子系统、列控车载子系统、车站联锁列控子系统、信号设备。通信网络技术包括安全局域网技术、无线通信、定位技术、综合业务承载和接入技术。除了提升无线技术层面的适应力等传统技术手段外，推荐以下两种改进技术。
(1)优化GSM-R切换流程。按照GSM-R双网交织覆盖场景，每小区平均覆盖大约一千米的范围，平均约时间为八秒，高速列车将进入小区切换流程。通过在目标小区CSD资源预留算法，加速切换流程，将会一定程度改变因切换带来的丢包问题。(2)更改信号业务层面的传输层协议。将业务包分割成小包，并且每小包进行固定3～4次重传。通过多包的传递将高误码率打散，从而提高整包的一次性传递成功概率结语：随着电子计算机技术的飞速发展及其在铁路通信领域的广泛使用，传统的铁路通信技术正发生着翻天覆地的变革。随着其他运输行业的快速发展，铁路运输行业也随着告诉发展，面对来自其他运输行业的激烈竞争，列车不断提升运行速度，以提高自身竞争力。列车提速后，机车信号主体化成为必然的趋势，因此必须加快推进铁路通信信号技术一体化。
参考文献
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