铁路上的无线通信系统

辛妍

2013年5月《经济学人》的一篇文章指出，由美国政府资助的州际铁路客运专线Amtrak提供的无线网速度慢、不可靠，而且经常令人发怒。虽然Amtrak宣布它已经升级了列车上的移动无线互联网，使其基于4G技术上运行，但乘客仍无法观看视频、收听互联网广播、或是一次下载超过10Mb。但无可否认，升级至少让速度加快了一点儿，而且也更可靠了。况且，与同样缓慢、不可靠、和经常激怒人的飞机上的无线网络连接（Wi-Fi）相比，至少Amtrak的服务是免费的。该文最后甚至建议，要在Amtrak的列车上使用可靠的无线网络，最好还是使用自己的宽带调制解调器，或者是与自己的手机共享服务。

其实，从铁路历史的早期开始，铁路工业就依赖于通信。除了需要有成本效益的运营，铁路公司也面临着一系列的挑战，比如乘客安全、车站和路口的安全、以及日益增长的乘客需求等。而无线通信在现代铁路的安全、效率和运营中扮演着越来越重要的角色。

铁路中的无线通信包括两部分，一部分是专业通信，另一部分是公众通信。

专用通信主要是针对铁路运营的日常功能。比如铁路信息系统支持铁路信息的收集、传送、处理、和异化等，以确保安全稳定的铁路运输，并且提供高水平的运营服务和乘客信息服务。面对快速增长的“高速度和高密度”的铁路运输需求，同时还要应对来自于其他运输方式的挑战——比如飞机和汽车，铁路运营商必须要升级过时的，以离线和窄带宽为特点的铁路信息系统。

公众通信意味着乘客在列车上可以享受到和他们在地面上时一样的服务，比如上网、收发邮件、观看视频节目等。在列车中，乘客通常是无所事事的，他们在有限的空间中会倍感无聊。而在列车上提供高速稳定的无线连接无疑为乘客带来了便利，并且最终可能会增加乘客人数。

从200年前第一个现代铁路系统建立至今，列车通信系统的基本技术从许多方面来说改进并不大。如今许多铁路网络仍然使用基本的“眼球标记”视觉信号系统，这甚至对于19世纪的机车操作员来说都不陌生。然而，现在新的无线数据技术使得在未来的列车系统中创建像电力、磁悬浮等这样先进级别的列车通信系统成为可能。需要注意的是，铁路无线环境具有独特的复杂特点，包括持续变化的噪音、多来源的介入、潜在的多用户竞争有限的频谱、以及用户不可预知的使用等。为了满足不断增长的专业通信和公众通信的需求，现代的列车通信系统必须要在列车内部、列车与地面间、已有铁轨旁网络等方面进行全面升级。

未来需求的关键点

无论是专业通信还是公众通信，都需要更多的带宽、更实时的响应时间和更高的可靠性。

带宽：现在的旅客期望有更高水平的便利性、安全性和服务。要满足这些高期望，列车运营商使用电话和数据系统进行实时监控，使用现代客运信息和娱乐系统向乘客提供丰富的娱乐和信息内容，包括新闻、天气、游戏、甚至是上网。而所有这些应用都需要有足够的带宽。此外，足够的带宽才能使语音、视频和其他运行数据合并在一个列车控制网络中成为可能，从而大大简化操作和维护。众所周知，电话服务、数据和客运信息娱乐系统等都是带宽密集型应用，耗尽了现有网络的极限，因此未来的需求中，具有足够的带宽是第一要务。

响应时间：老式的列车控制方法依靠人工操作员，他通过无线电、视觉信号和轨道电路的某种组合来指引方向。该方法的响应时间缓慢，而且出于安全考虑，轨道被划分为长的“段”或“块”，为防止灾难，同一时间在一段铁路上只允许有一列火车通行。基于通信的列车控制（CBTC）技术的推出能让运营商缩短“段”的长度却不会危及安全，从而提高了铁路运营效率。然而，由于基于通信的列车控制系统接管了人工操作员，而该系统的功效高度依赖于通信的响应时间，因此快速的响应时间成为了顺利运作的中心问题。如果系统响应时间很长，那么系统使用起来就会很繁琐，而且改进也不大；相反，实时响应时间能让基于通信的列车控制系统安全而高效地工作，尽可能让更多的列车同时在轨道上运行。

在恶劣环境中的可靠性：随着运营商利用先进的列车通信系统的新功能，越来越多的列车会依赖于可靠的通信。下一代铁路无线通信系统必须足够可靠，以承担起这些新责任。特别是通信必须具有足够的弹性来克服铁路运输中特有的危害，如天气、冲击、振动和电磁干扰等。并且依赖通信系统的铁路运营商越多，对这些系统的可靠性要求就越高。

寻求可能的解决方案

IEEE802.11标准（俗称Wi-Fi）从1997年开始为无线局域网（WLAN）所用。采用最新宽带无线技术，比如IEEE802.11x，铁路信息系统的数据通信网络部署方面已经做出了巨大的努力。

无线技术将运营商从通信系统布线的局限和复杂中解放出来，尤其是对如铁路系统这样的很多部件都是移动的应用而言，通信系统布线更是个艰巨的任务。在现有的无线技术解决方案中，无线局域网因其能力和成本的最佳平衡脱颖而出。对铁路运营商来说，无线局域网提供了带宽和成本效益的最优组合。

从表1比较可见，无线局域网是个较好的选择，它能提供最大的带宽和最低的总成本，意味着可以有能吃并吃得起的蛋糕。月服务费是卫星和蜂窝通信的一项主要的长期持续开销。如果采用无线局域网，不仅安装成本低，而且不需要向卫星或蜂窝提供商支付数据服务费。作为最后一片拼图，优化的漫游技术的发展使得无线局域网具有足够的移动性水平，即使是在相对高的巡航速度下也能支持列车到地面的通信。

无线局域网的优点

无线局域网在铁轨旁通信、列车内通信和列车到地面的通信方面都具有其独特的优点，为它们带来诸多益处。

无线局域网对铁轨旁通信的益处：无线局域网消除了铁轨旁网络布线的难题，比如被盗、维护和破损等。

铁轨旁网络由许多机柜组成，用以共享一定长度轨道上的数据上传和下载。这些网络对一些轨道要素的运行起作用，比如轮轴计数、轨道转换、照相、铁路交叉等。另外，铁轨旁网络为列车到地面的通信网络提供接入点。

现有的铁轨旁网络通常是依靠路边机柜间的线缆来完成通信。这一脆弱的线缆可能会成为路旁基础设施中薄弱的连接，因为它可能会成为破坏公物的目标，或者是被天气所损坏。况且线缆中的贵金属常被小偷作为目标，因此要支撑一个真正的铁轨旁网络所需的很多米长的线缆意味着巨大的不间断的更换和维护成本。如果用无线局域网单元代替每个路旁机柜的线缆则会消除这些弱点。

无线局域网对列车内通信的益处：相对于联结器，无线局域网有更高的流量和更低的维护成本。

铁路运营商号召列车内网络来支持更多的应用，包括乘客信息、公众公告、视频监督、内部通话系统、和数据驱动的列车控制系统等。

传统的有线列车内通信是靠车厢间的联结器传送数据。由于车厢不停运动造成的磨损，这些联结器需要经常更换。更糟糕的是，联结器带宽固定、数据速率有限，这给列车内网络的升级造成了严重的障碍。无线局域网对列车内网络来说简直是绝配，不仅能降低维护成本，而且能提高流量，足以支持列车内今天甚至是未来的更多应用。

无线局域网对列车到地面通信的益处：无线局域网可以轻松地支持高级基于通信的列车控制和乘客娱乐信息系统。

做为铁轨旁网络基础设施和列车内网络间的关键连接，列车到地面通信是实现重大变革的下一代铁路应用的关键，比如丰富的乘客娱乐信息系统、通过基于通信的列车控制达成的自动列车运行等。

很显然，使用现有的列车到地面通信系统这些下一代的铁路应用都是不可能实现的。自动列车运行不依靠中心控制就可以实现列车调试配合，从而达到轨道的最大使用率，提高服务效率和频率。为能安全地做到这一点，控制中心必须接收和发送大量数据，包括列车状态、乘客状态、摄像头传来的视频数据、和紧急控制等。此外，乘客娱乐信息系统必须要传输实时的视频、广告、新内容或更多。要支持这些下一代的应用，10Mbps（或更高）是对流量的一个合理的估计。

显而易见，这个级别的流量需求远超过无线电通信的能力，这一从20世纪50年代开始的技术只能传输小流量数据。这一级别的流量需求甚至对现代的卫星和蜂窝技术——比如高速下行分组接入（HSDPA）和全球移动通信系统（GSM）——来说都是一种负担。IEEE802.11无线局域网标准最大可以传输300Mb的数据，它可以轻松实现今天可见的所有应用，并且有足够的多余流量应对未来的可能应用。

迎接铁路通信的未来

铁路运行环境复杂，比如要经过隧道，也要经过繁忙的城区，而且铁轨也可能会有急弯等，因此列车到地面通信要面对独特的挑战。一个可靠且有能力的列车到地面通信联结是许多有价值的下一代列车系统的基础，但要建立这个联结却是个令人怯步的任务。怎么才能在固定铁轨旁的接入点和快速运行、通过许多不同运行环境的列车间建立保持一致的、不被打断的联结？无线局域网很可能是最优解决方案，因为它可以从不同的天线战略中进行选择，以适应不同的环境挑战。

比如在铁路隧道内，这是个介入有限的环境，对这种环境而言，天线是一个具有成本效益的覆盖解决方案。当铁轨通过急弯时可能会更复杂，但只需要简单地增加接入点的密度就可以确保连续的无线覆盖。

地面上的接入需求可能很高，尤其是在繁忙的城区。无线局域网依旧可以使用多种策略创建网络，以确保在这种情况下的稳定可靠。比如具有快速漫游和双重射频冗余的室外无线接入点就非常适合这类情况，尤其是高接入密度部署时。

铁路通信的未来已经到来，为了更好地发展，列车通信系统必须要做得更多。不断变化的市场预期和技术进步推动了列车通信技术的发展，使其正在经历过渡期。业内专业人士必须做好准备，以应对新挑战或新风险。传统的无线局域网技术在列车上实现无线连接存在挑战，尤其是需要覆盖成百上千公里长的长途列车时挑战更为巨大，但这都可以通过各种方式得以解决。未来铁路上的无线通信终将会让乘客享受到同在地面上一样的高质量服务。

行业洗牌在所难免

对众多光伏中小企业来说，中欧光伏协议并非“雪中送炭”，不啻为倒逼他们转型升级，靠信誉度和产品品质抢占市场，而非一味打价格战。当然，这个过程中，部分产能落后企业将被淘汰，光伏行业将借此进入整合加速期。

为防止人为操纵市场价格，中欧双方商定的光伏出口具体价格和数量没有对外公开，但业内人士普遍推测，出口价格最低限度约为每瓦0.56欧元，总量在7GW左右，而去年，中国对欧盟出口的光伏产品总量约为12GW。

浙江龙柏光伏科技有限公司原本参与了这次谈判，却因失望，最终没有在协议上签字。“我们公司光伏产品原先的出口价格大约每瓦0.45欧元，如果按0.56欧元的最低要求，相当于涨价了20%，这我们肯定接受不了。”龙柏副总经理王小鑫表示，过高的底价，让他们的产品丧失了价格竞争优势。

与他们情况类似的中小光伏企业还有很多，而在品质和服务上，大部分中小企业也不具备竞争优势。

“光伏产业到了差异化发展的时代，一窝蜂投资、过剩后又拼价格，这种传统做法，要终结掉。”杭州市太阳能光伏产业协会秘书长赵永红说。

业内人士指出，政策接连利好有利于光伏行业长期发展，但行业洗牌也会提前到来。实际上，国家也鼓励通过兼并重组实现产业优化。

《意见》提出，利用“市场倒逼”机制，鼓励企业兼并重组。加强政策引导和推动，建立健全淘汰落后产能长效机制，加快关停淘汰落后光伏产能。重点支持技术水平高、市场竞争力强的多晶硅和光伏电池制造企业发展，培育形成一批综合能耗低、物料消耗少、具有国际竞争力的多晶硅制造企业和技术研发能力强、具有自主知识产权和品牌优势的光伏电池制造企业。

日前，汉能控股集团成功并购美国Global Solar Energy公司，成为全球首家实现柔性薄膜太阳能组件大规模量产的公司。这是汉能继2012年并购德国Solibro和美国MiaSolé公司之后，在一年内完成的第三次海外技术并购。

汉能控股集团董事局主席李河君表示，柔性化、薄膜化是光伏产业发展的未来和总趋势。随着GSE并购的完成，汉能的柔性薄膜太阳能电池组件将开始大规模量产。这将大幅加速中国光伏产业的转型与升级，为中国的太阳能光伏应用市场开辟新天地。

据了解，中国光伏业95%以上为晶硅太阳能，而在欧美日，薄膜太阳能技术几乎占据了整个行业的70%。薄膜太阳能将成为未来光伏行业的主流发展方向，中国光伏在技术上仍有很大缺陷。

光伏业的“寒冬”让许多同质化的中小企业陷入困境，出路只有两个：转型升级或退出重组。当然，有核心竞争力的企业在此次危机中不仅安然无恙，而且逆势而上，扩大了战果。

浙江合大太阳能科技有限公司并未参与此次谈判，因为它们的主打产品光伏陶瓷瓦本身价格就在每瓦0.8～1欧元，远高于限价。

该公司总经理侯生中表示，他们研发的光伏陶瓷瓦是差异性产品，具有独特的竞争优势，所以订单受到的影响不大。“光伏技术跟建筑结合是一个趋势，我们的产品50%出口，主要市场就是欧洲。目前国内和国外的订单都很多，在谈的项目订单就有2亿元。”

光伏产业究竟如何实现转型升级？中国可再生能源学会副理事长孟宪淦说，“光伏是技术和工艺更新换代很快的一个行业。光伏行业前些年成倍增长的粗放扩张模式不可持续，未来光伏企业发展的方向不是靠规模效益和压低产品价格，而是依赖技术进步和科技创新。”

对此，经济学博士马红漫也表示，有关部门在为光伏发电应用提供专向财政补贴的同时，也应着手建立和完善相关技术创新激励机制，提高企业自主知识产权管理和支持能力。政府部门可以建立与光伏产业园区相对接的技术孵化平台，加快专业人才输送、技术瓶颈反馈、实验成果转化的速度，全面推动光伏产业技术升级。

治本之策：改革和市场

面对欧美喋喋不休的“双反”调查，许多人都在纳闷：过去几年中国光伏企业为何舍近求远跑到欧美拓展市场，以至受制于人。

业内人士透露，大部分光伏企业如果想要在国内销售，都会面临“关系”瓶颈，即如果没有一定的国企背景，进入国内市场困难重重，这种困难甚至比在美欧遭遇到的阻力更大。

全国工商联新能源商会秘书长曾少军也佐证了这种观点。他举例说，自己所在的全国工商联的会员大部分以私营企业为主，在新能源风风火火开展时，大部分国企已经跑马圈地，占好了地盘。在他过去的经历中，凡是竞标成功的案例，都是因为和几个央企联合竞标。

但即使大规模放开国内市场，光伏业的危机就不会上演吗？产能过剩就不存在了吗？如果是，那出现绝对和长期性过剩的钢铁、水泥又该如何解释？

数据显示，当前国内市场对光伏发电的消化能力不到既有产能的5%。针对光伏等产能过剩的成因，国务院发展研究中心产业经济研究部部长冯飞在“2013京都论坛—产业结构调整与转型”的主题演讲中作了深刻阐述。

他指出，政府行政力量推动产业发展是造成这一轮产能过剩的重要原因。地方政府行政力量主导产业发展，造成产业雷同。特别是以土地、矿产资源、投资配套等极具诱惑力的手段吸引大型投资项目落地，使部分企业更加看重投资项目以外地方政府所给予的资源，造成投资行为异化，这其中包括很多民营企业。而从中央政府角度来看，投资项目行政审批制度存在弊端，扭曲了投资者行为。

其次，经济运行波动性大，外需的急剧收缩加剧产能过剩，短期政策也影响投资者预期。冯飞建议政府在制定政策时不要大起大落，“一会儿猛踩刹车，有时候又猛转方向。”

再者，当前还存在政策有效性不高，政府服务信息不足的问题。信息不对称造成地方政府、企业不能在信息充分的基础上，做出科学规划或理性的投资决策。

在解决过剩产能的问题上，冯飞认为，事实证明用行政的办法不能治本，根本出路还是要充分发挥市场的矫正和调节作用。

一方面要转变思路，标本兼治，采取短期措施与长效矫正机制相结合的方式。短期措施要管住政府，特别是地方政府土地的出让、矿产资源的出让要公开、透明、合规，避免对投资、金融的直接干预，更不应该用财政直接补贴投资。

长效机制是要建立新型的准入制度，把审批制度以经济规模作为主要审批依据转变为以社会性管制为主的方式，并且要以节能、环保和安全生产作为前置性条件；监管方式也应该从前置性审批，转变为事中和事后的过程监管。此外，要强化政府的信息披露和服务职能，建立产业发展预警机制，引导社会投资。

另一方面，要尊重市场规律，推动破产和产业重组，通过实施节能减排加速部分企业退出，同时建立退出援助体制对失业职工进行再就业和培训。

国务院发展研究中心金融研究所副所长巴曙松近日也撰文指出，与上世纪90年代相比，虽然当前产能过剩的背景、特征具有一定相似性，但可能面临着不同的宏观约束。基于不同的约束条件，预计本轮去产能过程需要更多依靠改革和市场的力量，才能达到效果。

目前，各有关部门正根据《意见》精神积极开展工作，加快推动光伏制造行业规范条件、光伏企业兼并重组实施意见、光伏标准体系、光伏发电相关补贴资金拨付管理办法等各项配套政策措施的制定实施。这些细则何时能落地？国内市场何时能全面启动？政府职能何时彻底转变？光伏企业希望有一个确定的未来，或许那才是中国光伏业的真正拐点。