1.2 GSM-R技术及滤波器简介

1.2.1 GSM-R 系统和滤波器产生背景及发展

铁路数字移动通信网络系统在上个世纪90年代第一次出现在瑞典的，在第二年，瑞典就将这项技术运用在了实际的铁路业务上。截至2011年底，瑞士的铁路总长达到了5千公里，目前计划将铁路数字移动通信网络覆盖到国内全线的铁路系统中去。芬兰则是已经使用铁路数字移动通信网络系统和已有的模拟系统，为GSM-R网络建设国家铁路5800公里。丹麦则签署了使用铁路数字移动通信网络系统五年协议的方案，打算在大部分线路覆盖中使用这项技术，并且实现覆盖整个铁路网。而德国，则是从2001年到2007年分两次完成铁路数字移动通信网络系统技术的建设的，现在，德国的铁路数字移动通信网络系统覆盖近80%。并且德国选择的是另一种覆盖方案——采用位置寄存器和高级网冗灾备份。至于法国则是在06年签订了公私合作协议，协议在第一批项目中就规定了包括铁路数字移动通信网络的建设、运营及维护等方面的内容。目前，法国的铁路数字移动通信网络几乎覆盖了所有的运行线路。挪威铁路扩大GSM-R网络覆盖范围主要表现是将列车员、轨道工等人员也都一并纳入GSM-R系统的用户中。而我国铁路系统通信发展则是从21世纪开始，GSM-R技术作为铁路通信方面的专用技术被定为的技术趋向。

然而对于无线通信来说，滤波器是一种非常重要的器件，它们用于去除镜频干扰，频分复用，噪声衰减，并且在高性能的震荡，倍频，混频，放大电路里，都需要滤波器完成。 经典滤波理论和现代滤波理论是微波滤波器的两个主要发展方向。 其中，经典滤波理论是由佐贝尔和坎贝尔在1820年左右开发出来的，具有使用图像参数方法来设计无源集总滤波器的中心内容。大约在90年前，Cauer和Darlington确立了现代滤波器理论，其方法主要有使用精确的传递函数法来接近滤波器的技术指标，并以此实现滤波器网络的设计。

20世纪初期，LC滤波器被美国坎贝尔和德国瓦格纳各自独立地创造了出来，并且三年后被用在了载波电话系统中。后来，特别是二战爆发以后，军事上的需求更是使得无线电技术飞速发展。在无源LC滤波器渐渐变得完美之后，有源RC滤波器便慢慢开始出现。20世纪30年代，斯科特开发了RC频率放大器，这是历史上有源RC滤波器的第一个原型。到了20世纪中期，Linvill发布了一个带有负阻抗变换器的有源RC滤波器，并开始大量研究有源RC滤波器。自1960年以来，有源滤波器就越来越向着小型化发展，集成电路的发展也加快了滤波器的更新换代，而且，再加上了集成运算放大器的出现，有源滤波器的研究可谓是跨越式的发展。到20世纪70年代末，CMOS技术的兴起提高了速度，微功率和集成度。到了40年前，集成有源SC滤波器由Hositicha首先提出，一年以后，由单片集成的有源SR滤波器就开始进入了市场。1980年左右，因为出现了高临界温度超导材料，这让设计出低耗散和更加便携的微波滤波器成为了可能。又因为高温超导材料能用于滤波器的制造，且这种滤波器如果被运用在移动基站的前端，将能够提高基站的性能，所以高温超导滤波器吸引了许多科学家做研究。随着时代的进步，通信系统对于滤波器的要求也越来越高，优秀的带内性能——插入损耗低，有衰减极点，匹配好等已经不是唯一的要求了，它更要具有良好的带外性能，即阻带要足够宽。这样才能使得通信系统更加稳定安全的工作。 文献综述

另一方面，《中长期铁路网计划》自2004年1月经国务院批准通过，计划从2003年至2020年在中国铁路覆盖GSM-R技术。自2006年至2012年，我国首先在青藏、大秦、胶济、合宁、京津、合武、石太等近41线铁路线路中将GSM-R铁路专用通信技术投入使用。我们计划进一步的完善工作将GSM-R技术的覆盖范围扩大到铁路的所有客运线路。但是地形复杂，列车运行速度的差异过大、共线运行模式等特殊情况导致了中国铁路技术对GSM-R系统的可靠性有非常高的要求。也因为这些原因，铁路数字通信系统能够少发生甚至不发生事故对于整个铁路运输网的安全性方面起着举足轻重的作用。但实际上，铁路通信系统很容易受到运营商的高功率信号的干扰，导致通信被阻塞和掉线。特别是在紧急情况下，这种通信阻塞往往会增加意外事件造成的损失的程度。所以如何降低铁路无线通信系统的干扰，确保铁路运行系统运行顺利，不发生故障成了一个非常严峻的问题。所以，为了解决上述问题，我们需要开发一种精准滤波器以满足铁路系统的需要。