术。能够实现移动终端在时速500km时的正常通信 即能够实现在与另一个新基站通信时．首先不中断跟原基站联系，而是在跟新的基站连接好后，再中断跟原基的连接，这也是3G网络优于2G网络的一个突出特点：W C D M A技术已经解决了高速运动物体的无缝覆盖问题 ；此 外 ，I'D — SC D M A 也对高铁通信的覆盖方案进行了研究。3G 移动通信 网络在技术层 面上已经具有为高铁提供通信保障的基本条件．为我国高铁发展过程中移动通信问题的完满解决奠定了坚实基础。
3.2 LTE技术
3.2.1 LTE技术简介
LTE (T he Long Term E vo lu tion ) 是 2008 年由3GPP 在 Release 8 标准 中提 出并定义 的一种新型 的无线 空中接 口标准 。 LTE 技术 是以移动通信技术 由3G 过渡到 4G 的衔接性标准 ， LTE 是移动通信 3G 到4G技 术 的过 渡 标 准 ， 它 是 基 于 UMTS／ HSPA 和G SM ／ EDGE 并在这两种技术上， 采用 OFDM 和 M IM O 作为其无线网络通信体系 构建与演进的唯一标准 。 在通信 结构 制式上 ，LTE 主要分 为两种 ： 一是 LTE— F DD，而是 TD -LTE 。 其 中 TD— LTE 技术是我 国通信 企业 普遍采 用的一种 LT E 标准。 TD— LTE 与 LT E F DD 两种制式在设计主架构和技术标 准上是基本统一 的， 尤 其是在高层协议方面 。 两 者之间的差异性主要体现在物理层上 。 这两种制式 是未来移动通信的未 来发 展趋势。 下一代铁路通信 系统应该采用两种制 式中哪一 种作 为 主要应 该模 式是 目前 行业 讨论 的焦 点 问题 。
3.2.2 关键技术
(1) 调制和信道编码技术
下一代铁路通信 LTE 制式可采用的调制编码技术可 以参考地面 电信通信系统 。 其下行链路 ， PDSCH物 理下 行共 享通 道 和 PMCH 物 理多播 信道 可采 用
16QAM 、 64QAM 和 QPSK 技术； PBCH 物理广播信道和物理控制格式指示信道可 以采 用 QP SK 技术； PCF ICH物理控制格式指示信道 可以采 用 QP SK ， BP SK 调制方式可 以用于 PHICH 物理混合 自动重传指示信道 ； 上行链路 中， 物理上行共享信道 PUSCH 可采用 16QA M、64QAM 和 QPSK 技术： PUCCH 物理上行控制信道可 采用 QP SK 。 同时，所采用 的 BPSK 调制方式还 可以有 效地 降低峰均值 比。 (2 ) OF DM 和 M IMO
与现在广泛应用 的 GSM— R 技 术相比， 下一 代铁路通信 LT E 系统可 以采用正交频分 复用 O FDM 和多输入 多输 出 M IM O 技术。 OFDM 技术 的功能实 原理为 通过 串并交换技术将高速数据流转 为较低的传输速 率并同时分配到多个相互正 交的子通道 。 通过利用 每个子通 道相对较长 的符号周 期， 来缓解无线通道 的时延扩展 问题 。 时 ， 可 以在 OFDM 传输信 号之 间插入保护 间隔， 并将保护 间隔的设置方式为大于信 道的最大 时延扩散， 从而使 时延 现象得 以缓解 ， 从 最大 化 的消除 信号 传输 时候 所带 来 的彼此 之 间的 干扰 。 同时， 为 了满足下一代铁 路通信系统对 高传 输速 率和高信 息传 输量 的要求， 高速铁路 LTE 系统可以引入 M IM O 技术 。 在 M IM O 技术 的系统配置方面 ，下行天线 的基本 配置可 以采用 2x2 的模式 ， 即采 用2 天线发送和 2 天线接收的技术 ， 在系统扩展技 术支持上最大满足 4 天线进行信息的 下行 四层传输 ，其 中所指 的天线为 M IMO 的虚拟 天线技术。 信号 的上行传输一般采用 1×2 的天线传输模式是 1×2 ， 即 一 个发送天线和两根接 收天线 。 M IMO 技术通过正 交频分 多址技术将信号传输分配成 多个相互正交 的通信子信道 ， M IMO 技 术对每个 子信道 进行信号处理，从而极 大意义上简化 了信号传输 频率选择次数 ， 低 了信号检测难度 。 其 中， 采用 M IMO 处理技术可 针对每 个子信道应用独立 的调制 编码方式 ， 使信道传输速率与 MIMO 信 息容量达到最 大程序 上的适 配，在宽带不增加
的情况下有效地提升频 谱效 率。 (3 ) 信道估计技术
现代铁路运 输体系向高速化方 向发展 ， 这是我国经济发展 的必 然所向。 同时 ， 铁 路的高速运行信息通信系统 的建 设也带来 了难度 。 受到铁 路高速运行的影响 ， 传输 信道的时变性转换度增 大， 同时运行所产生 的多普勒 效应对信号传输 也带来技术处理上的难度 。 为 了克服铁 路高速运行所 带来的信号衰落率增大 的现 象， 有必要采用信道估计技 术来使其误差降低到最小化。 下一代铁路通信 LTE 系统可 以LTE 的一般性信道估计 技术为参考 ， 并结合铁路系统建设 的实际情 况进行技术上 的适应性调整 。 其中，信 息传输 的上行通道估计技术可 以采用 Turbo 译码迭 代信 道估 计 方法 ， 其 功能 实现 的原 理为 ： 利 用Turb o 译码技术对信号传输数据 进行输 出判 断对比 ，然后 根据 比对结 果对信 号进行硬判决处理 ， 将 比对处理后 的信号发送 到信 号解制解调模块 ，将产生的最终信 号反馈到信 号估 计模块， 作为下一个信 号信道 估计可参照依据 。 下行信道估计技术 可以采用基 于内插的技术处理方 法， 其实现 的技术依据 为：符号在 其他载波位置上 的信道估计数值 的提取 可 以通过 一维线性插值来确 定 出同一符号 中的相邻导频值 ， 以此确定的导频值为相关信 道的估 计参 考标准 。利用线 性插值技术进行 信道估计 ， 可 以允许信道 在时域 内快速变化 ， 从而 有效地解决铁路快 速运行所产生 的信号衰变 问题 ， 这是利用 了插值可 以在 每个符号 的持续时间 内完成 的技术， 因为信道 的相关 时间在实 际中是非常短 ， 能够 通过此技术实现信 号的移动接收 ， 如果信道带 宽大于导 频信道 的间隔带宽，就 能准 确地进行信道估 计。 才外 ， 相对于 一维线 性插值信 道估计技术 ， 可 以研究和采用 的信道估计 技术还有 二维线性插值技 术、 高斯 内插滤波 技术、 维纳插值 滤波技术等 。 然 而， 这些技术 的相 关软硬 件设备 支持 尚不成熟 ， 需要进一步 的改善方 案以适 应铁路移动 通信
LTE 系统 的场景要求 。 (4) 差错控制技术
在信 息通信 系统中， 可以采 用两种 应用比较广泛 的差错 控制技术， 即前 向纠错 FEC 技术和 自动重复请求 ARQ 技术。 两种差错控制技 术各有优缺点 ，其 中 FEC 前向纠错技术 的效 率较 高， 但在 可靠度上远 不及 A RQ 技术 。ARQ 系统的效率是信道误码率 的函数， 其效率性很 大程度上受制约与信道 误码率 的增加 ， 这就导致在信道 受干扰度较大时难 以使用 。而采用 先进的 HARQ 技术可以融合 FEC 技术与 ARQ 技城市建筑 I道路· 铁路 I U RBA NISM A N D A RC H I TEC TU RE I ROAD · RA ILW AY术的优点， 能够获得 币 ARQ 更高的效率 ， 且 能有效对差错进行控制， 从而大大提高 了可靠性 。FEC 差错控制 技术 的技术 原理为 ： 首先 利用F EC 技术对信源数据进 行编 码处理， 通过发送端将信号发送， 接收端收到信息后首先进行 FEC 技术解码； 若正确进行数据解码 ， 则接收端 向发送端反 馈ACK 数据信息； 反之， 则向发送端反馈 NACK 信息 ；下一步发送端通 过接 收相关的 ACK／ NACK 数据进 行相关 性调整， 若为 ACK 则进行正常 的数据再传送 ，若为 NAE K 则启动 ARQ 进行数据重新传送， 发送端根据 FEC 解码错误 的数据包进行重新传送 ； 最后 ，接收端 根据不 同的信 号再 发送机制 ， 最重新传送 的数据进行独立 EFC 数据解码 ， 与之前传输 的正 常数据进行合并后执 行数据 的整体 FE C 解码处理 。
铁路运输 系统朝着高速化 、密集化、 高承载化 的发展趋势对 现阶段的 GSM — R 通信 技术提 出了新 的挑 战， 同时也显现出 了更多 的问题 。 实践表明 ， 要满足现代铁路通信的新时期 发展需求， 必须在原有 的 GSM- R基础 上进行制式升级。 而采用 LT E— R 技术， 既符合国际化 的铁路通信标准 ， 又能起到很好 的技术过作用。 实现铁路通信系统 由 GSM 向 LTE 技术 的演进 ，为铁路通信提供更 高的效率性并有效地
控制 建设成本， 同时可 以提供 安全 的语音和数据业务 。
3.3Wimax技术
3.3.1 Wimax技术简介
W iM A X 全 称 为 W orld Interoperab ility forM icrowave A ccess．即全球微波接入互 操作性 ．是一项基于 IEEE 802．16 标准 的新 的宽带无线接入城域网 技 术 (Broadband W ireless A ccess M etropolitanA rea N etw ork) 。 它是针对微波频段提出的一种新的空中接 口标准。
W iM A X 的基本 目标是提供一种在城域 网接人多厂商环境下 ． 确保不 同厂商的无线设备互连互通 ；主要用于为家庭 、企业 以及移动通信网络提供最后一公里的高速宽带人 ． 以及将来的个人移动通讯业务。 技术标准基于 IE EE 802．16 系列标准 ．主要是 802．16 d 和 802．16 e。 该标准仅仅制定了物理层 (PH Y )和媒质接入层 (M A C ) 的规范。为了推广 IEE E 802．16 无线宽带接入技术 ，促进和认证符合 IEE E 802．16 标准的宽带无线接入设备的兼容性和互操作性 ．由 Intel和 N okia 在 2001年发起并成立 了 W iM A X 论坛组织 ． 至今 已发展到470 多成员 ，成为行业 内最有影响力的组织 ．涵盖世界众多知名运 营商 、 芯片厂商 、 设备厂商的参与的W iM A X 论坛组织．形成了完整的产业链 。
3.3.2Wimax技术特点
(1) 标准化 ，成本低 ：由于使用同一技术标准 ．不同厂商设备可在同一系统中工作 ． 增加了运营商选择设备时的自主权 ，降低 了成本 ：
(2) 数据传输速率更高 ：W iM A X 所能提供的最高接入速度是 75 M ．目前实际应用时每 3．5 M H z载波可传输净速率为 18 M bps，频率利用系数高；
(3) N LO S (非视距传输 ) ：采用 O FD M ／ O FD M A技术 ．具备非视距传输能力 ．可