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摘要：将领先的数字通信技术和控制技术运用到现有的铁路应急指挥系统中，铁路应急指挥有望以一种多样化的方式满足新时代的生产发展需求。通过对LTE移动通信技术在铁路应急指挥中的系统应用进行了归纳和概括。LTE-U相比已应用的GPRS、GSM-R、WiFi等具有大带宽、低延时、高可靠性、高保密性等优势，能够通过灵活可靠的无线移动通信方式为铁路应急指挥提供全方位的语音、图像、视频等数据传输服务。
关键词：LTE-U；移动通信；铁路应急指挥
引言
当铁路发生自然灾害或者列车重大事故等突发事件时，必须实现快速沟通反馈、科学指挥救援和设备故障处理恢复。本文的目标是探索可应用于铁路应急指挥应用的各种短距离和远距离通信技术。然而，在铁路应急指挥中，通信链路的数量巨大，从经济或物理层面来说不适合使用有线解决方案；另一方面，无线技术带来的好处包括安装成本降低、不需要建立专用通道、基建工程投资小、部署迅速、访问广泛以及灵活性更高等。
本文首先介绍了LTE-U的相关知识，分析了现代移动通信技术在铁路应急指挥的应用现状，针对铁路应急指挥对通信系统的要求，得出LTE-U应用到铁路应急指挥有突出的有事的结论，并从铁路运营设备视频监控、应急抢险指挥两个方面介绍LTE-U技术在铁路应急指挥中的应用。
1 铁路应急指挥通信系统现状
铁路应急指挥中心的正常运行需要借助于有效的通信手段，将指挥中心的命令传送到远方终端，并将反应远方设备运用情况的数据信息收集到控制中心。目前常用的通信方式有现场总线、电话专线、光纤通信、无线扩频等。这些通信方式普遍存在的问题是要自建专用信道，且工程投资大，维护工作繁重。随着无线通信技术的不断发展，利用移动运营商提供的移动通信技术实现铁路应急指挥中的数据传输，将是铁路应急指挥的主要发展方向。
2 LTE-U技术
2.1 LTE-U（Long Term Evolution ,长期演进）并非人们普遍误解的4G技术，而是4G与5G技术之间的一个过度，是Pre5G的标准。它改进并增强了4G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。
2.2在MBB时代，从2017年到 2022年期间，全球移动数据总流量预计将增长8倍，年复合增长率预计将达到46%。免授权的频谱是一个金矿。充分利用免授权的频谱是提高移动网络性能和最终用户体验的一种经济有效、快速的途径。
免授权频谱是WIFI的领域，但现在LTE-U技术的发展给这片领域带来了挑战。WIFI和LTE-U技术有什么不同呢？
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图1 LTE-U和WIFI技术性能对比
LTE-U对比Wifi具备的优势：覆盖率好，容量大，安全性高。
选择LTE-U的原因：在非视距场景中覆盖良好；具有USIM和双向认证的高安全性；内置高增益天线；可移植、即插即用和灵活部署；内置DHCP服务器、DNS客户端和NAT功能；确保强大的高速路由能力；支持二层模式；与ICIC持续部署；GPS同步；高接收灵敏度；载波级高可靠性；抗干扰。
2.3 LTE-U组网方式
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图2 LTE-U组网方式
2.3 LTE-U铁路应用场景
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图3 LTE-U设备在铁路应用框图
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表1：LTE-U铁路应用设备配置表
LTE-U技术在铁路应急指挥中的具体功能应用：
（1）铁路运营设备监控
铁路信号、供电、通信设备需要监控大量的信号设备终端、变压器检测设备，并需要向调度中心传输各种信息，如遥测、遥信主要设备状态和监控各种报警信息。随着视频监控信息的发展，越来越多的火车站、中继站采用无人值守方式，为了提高安全性和可靠性，采用视频和LTE-U通信技术，可实时传输清晰的动态视频信息，满足铁路用设备实施监控的需求。
将LTE-U技术视频业务和铁路设备监控相结合。一方面，在有线宽带不能通达的监测点安装移动视频监测装置，实现视频监控；另一方面，使设备维护和指挥中心人员可使用手机，实时了解运营情况，在设备故障应急处置的时候也能调阅已经备份的资料进行数据分析。由于移动视频监控对宽带要求比较高，只有使用LTE-U移动通信技术才能获得较好的业务质量。
（2）铁路设备故障应急指挥
在铁路运营中，通常会突发各类设备的故障，这些都是影响铁路安全生产的不良因素，如果处置不当，会使一些隐患、很小的故障扩大造成很大的影响，甚至引发安全问题。目前铁路应急指挥中心普遍采用电话模式进行指挥现场人员处理故障，存在故障处理现场测试数据不能及时、准确传到调度指挥中心，导致调度指挥中心接收错误信息而发出错误指令，最终现场处理故障人员盲目处理故障，会造成故障扩大，出现安全问题或更大的经济损失。
在发生故障的时候，运用LTE-U技术可以实现远程实时指挥故障处理，现场应急人员采用手持或者头戴终端，实时将故障现场的设备和人员信息实时传送到调度指挥中心，减少了数据上报和沟通环节，便于指挥中心分析故障原因，直接下达准确有效的命令给现场处理故障人员，提高应急指挥小组整体分析故障、处理故障的能力。
2.4LTE-U铁路应用数据测试
在深圳北动车所将LTE-U设备运用到铁路设备的实际生产场景中，测试数据信息的传输质量。测试直线距离：2KM，测试角度：采用扇区中线对齐测试。测试结果如下表所示：
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图4 LTE-U在深北动车所应用测试场景图
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表2：LTE-U在深北动车所实际测试数据
目前主流的视频记录设备大概每台需要传输带宽为1.5Mbps，由以上测试数据可知：上行吞吐量平均值25.065Mbps，上行可同时并行16台设备进行通信。相当于在动车所设置一台LTE-U基站可以同时与16台终端(人或者设备）进行视频数据回传。
结语
综上所述，将LTE-U移动通信技术运用在铁路应急指挥中，相当于给调度指挥中心安装上了眼睛，可实时监控故障设备的数据和现场应急处置的情况，正确指挥现场应急人员测试数据和处理故障，同时也能杜绝故障处理中的各种违章行为，极大地减少了故障延时，给铁路设备故障应急处置和生产方式提高一种全新的体验。