引言
近年來，我國高速鐵路快速發展，爲地區經濟發展和改善人們的交通出行條件做出了突出的貢獻。高速鐵路的正常執行離不開移動通信系統的支援，透過移動通信系統，實現高速鐵路和運營部門之間的數據通信。同時隨着各種現代化移動通信技術越來越成熟，移動通信相關的產品在高速鐵路中的應用越來越普遍。
一、移動通信系統在高速鐵路中應用情況的發展
高速鐵路移動通信系統有兩種無線覆蓋方式，分別爲雙層蜂窩網絡架構和蜂窩/資訊站混合架構覆蓋。雙層蜂窩網絡架構中，其中一層爲主用網絡提供通信鏈路，另一層爲備份網絡（該層網絡具有更低的切換門限）；對於蜂窩/資訊站混合覆蓋架構而言，蜂窩網絡的基站與資訊站透過有線方式與骨幹網絡的內容服務器相連，蜂窩網絡用來給接入用戶提供無縫的無線覆蓋，用來接收用戶的服務請求，而資訊站則在用戶信道狀態良好時，用來給用戶發送請求的業務，但是其卻沒有無縫覆蓋保證。對於兩種網絡架構而言，高速鐵路系統在鐵路沿線均釆用鏈狀覆蓋的拓撲結構。當列車從一個基站向相鄰基站行駛時，平均接收信噪比呈週期性變化，當移動臺從目標基站接收到信噪比高於從當前基站接收到的信噪比加上切換閾值時，將發生越區切換，移動臺將連接至目標基站。
二、當前高速鐵路移動通信系統性能
我國的通信行業已經發展的較爲迅速，人們更加註重的是系統的性能，透過對高速鐵路移動通信系統性能的研究，來計算整個移動網絡對通信的承載情況。移動網絡的發展史還是在近期開始的，它的根基不是很穩，發展的速度也不夠快，所以在發展的過程中總是遇到瓶頸，所以不得不透過理論研究的方式來對移動通信的各種指標進行測定，例如傳輸速度等指標，對這些指標進行研究後可以更快的發現通信系統性能上的不足。發現性能上的不足後，纔可以針對這些不足進行改進，使通信系統有大幅度的進步。移動通信系統的性能之一是傳輸干擾性能，這個性能更大的作用是判斷分析通信系統對鐵路的可靠安全性。下面主要是針對傳輸干擾的性能進行分析。鐵路通信中斷是造成通信系統傳輸干擾的最直接原因，一般產生中斷的原因和種類很多：一是，信道變化速度快，衰落速度也快，計算機是需要進行解碼的，但是由於信道的衰落速度、變化都很快，衰落後會造成代碼接收機的工作無法正常進行，也就是所謂的無法進行解碼工作，這個問題一旦發生，就會直接對鐵路上的移動通信系統造成影響，導致傳輸錯誤資訊；二是，目前的移動通信系統普遍採用的就是切換的技術手段，所以，在兩種信號進行切換的時候極容易發生通信中斷的問題。
三、高速鐵路移動通信系統的關鍵應用技術
（一）高速鐵路移動資訊業務傳輸
最近十年間，鐵路旅客無線因特網接入業務吸引了越來越多人的關注。爲了給鐵路旅客提供寬帶因特網接入服務，學術界和工業界研究了多種不同的接入網絡架構。一種分層的兩跳網絡架構被工業界和學術界廣泛接受。第一跳鏈路是由軌邊設備（如基站、資訊站或者轉發站）到安裝在機車頂部的中繼器（或者大功率天線）。第二跳鏈路部署在車廂內部的無線局域網絡。基於這種網絡架構，提出了一些旅客因特網接入的資源分配算法，但是如何同時傳輸列控與監測業務以及旅客資訊業務暫時還沒有解決。與旅客資訊業務相比，列車控制與監測業務對於高速鐵路的安全性具有不可替代的作用，尤其是移動授權資訊的傳輸，其傳輸的可靠性以及安全性必須得到保障。
（二）可分級調製
當多路信號透過不同的信號同時傳輸至多個用戶時，相比分時傳輸方式，採用疊加編碼的傳輸方式可以達到更高的廣播信道容量域。但是執行某些疊加編碼方案需要對現有的收發信機的硬件結構進行升級，同時解調算法也相對複雜，因此疊加編碼並沒有被移動通信系統廣泛的釆用。疊加編碼促使另一種新的調製技術--可分級調製產生，該調製技術可以提供比特級的差分業務。可分級調製是基於傳統的多進制正交幅度調製M-QAM設計而成的，從傳統M-QAM星座圖中選出一部分星座點表示不同的符號位置，來構成可分級調製的星座圖。當選擇的星座點聚合到一張星座圖後，星座點間的最小歐幾里德距離是不同的，該距離取決於相鄰的兩個點是否屬於不同的簇。透過以上方法，可分級調製的符號可以被映射成不同層的具有不同誤碼率性能的多個比特。由於可分級調製可以透過提供的疊加增益提高廣播信道的`容量，因此可分級調製可以應用在多種場景。在文獻中，應用可分級調製可以支援無線網絡中可分級視頻流的傳輸。該場景下，具有較高信道質量的用戶可以獲得更好的體驗質量QoE，其他的用戶依然可以無中斷的平穩回放具有較低分辨率（質量）視頻。
（三）控制面和用戶面分離
一般情況下，服務基站和接入用戶之間會存在兩個平面的連接，也就是控制面和用戶面，在這之中，控制面是承載用戶與接入網的控制指令的，而用戶面則是處理業務數據傳輸功能的。當控制面的覆蓋範圍能夠滿足移動範圍時，用戶整體的移動性就都得到了保障。所以，在此結構中，用戶的控制面會被保留於低頻頻段，因爲次頻段具備優質的傳輸性能，並且覆蓋的範圍也非常廣泛。可是如果要考慮成本問題，這一頻段也可以採取利用LTE-R遺留頻段的方法已達到目的，但同時真正的用戶面就應被搬離出去。應將數據的承載者放置在高頻段處，以此擴大系統的容量。
（四）高速鐵路旅客無線網絡接入系統
（1）透過無線車頂匯聚設備將移動、聯通、電信等多家電信運營商網絡的帶寬聚合，提供一到多個外網連接出口，改善和彌補運營商不同網絡性能之間的差異，成倍增加旅客上網帶寬的能力，提高車地通信連接的魯棒性，提升旅客乘坐舒適度。
（2）車內建設基於802.11的車廂無線局域網，俗稱車廂WiFi，一般車廂覆蓋採用802.11g/n/ac標準，車廂之間的連接採用不同頻率或信道的802.11a/n/ac標準。透過車內內置海量內容服務器吸引消化車內旅客免費WiFi寬帶上網業務，透過與互聯網內容提供商的協作，在沒有地面信號覆蓋或地面信號覆蓋較差的區段提供離線的車內免費WiFi網絡多媒體內容，如電影、小說、遊戲、應用下載等，同時提供新型的廣告和電子商務，爲旅客改善服務體驗，同時給客運管理部門帶來新的經濟收入機會。
（3）透過給車站和車上提供全程WiFi服務，提高高速鐵路對飛機、長途汽車等交通方式的競爭能力。
（4）爲了保持車內用戶對標準公網的持續和相容接入能力，也可以透過車廂局域網連接具有標準3G/4G/5G空口特徵的Femto基站設備。
四、高速鐵路上的移動通信系統的不足及改進
傳輸干擾是通信系統性能研究中我們需要考慮的最重要的一個問題，也是我國目前在研究性能的過程中的短板。通信系統的性能還有很重要的一個研究方向，就是對旅客資訊的業務開展，我國目前在這個方面還沒有進行性能影響的研究，因爲我們還沒有研究出合理的方式來進行模型處理，高速鐵路上的移動通信系統具有周期性短這個特徵，它很容易在一段時間後，產生系統漏洞，需要及時進行維護。信道衰落是整個系統性能中受影響最大的一點，但是高速鐵路是基本固定的，這也給高速鐵路上的通信系統的優化帶來了一定的便利性。目前鐵路上的資訊通信業務與鐵路上列車的控制系統是兩個完全分開的、不同的系統。未來首先需要做的就是將這兩個系統進行簡單的整合，減少工作人員的工作量，並且在很大程度上減少系統的建設成本，更利於對系統性能進行研究分析。針對整個移動通信系統上的傳輸性能的不足，對整個性能的分析可以採取很多辦法，例如採用概率計算的方式，對鐵路傳輸干擾性能進行多方面的分析，分析內容包括信道的衰落過程，通信傳輸的移動速度以及列車對信道的控制對性能產生的影響，之後再採用一個名爲資訊傳輸的碰撞率的指標來進行傳輸干擾這個性能的影響分析切換，製作出一個合理的模型來進行研究，利用分析與實際測試相互配合的方式來進行影響因素的性能計算與預估，將列車的資訊傳輸精準控制。將鐵路傳輸信號中斷的現象進行有效遏制，由此對鐵路的移動通信系統的性能進行改進。
結束語
總之，在引領世界高速鐵路技術的同時，我們要從國家發展戰略出發，及時佈局未來5～10年高速鐵路寬帶移動通信的前瞻性技術研究，應對寬帶移動通信系統傳輸性能、可靠性和安全性等方面的諸多挑戰，尤其是結合高速移動場景的寬帶移動通信的空口傳輸體制、高速移動下抗干擾與干擾協調、高速移動下高可靠資訊傳輸技術，以及下一代高速鐵路車載無線接入技術，確立和有效解決其中的科學問題與關鍵技術問題，推動高速鐵路下一代移動通信系統的平滑演進，這無疑對於保持我國高速鐵路成套技術的領先地位具有非常重要的意義。
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