ＧＳＭ－Ｒ系統(tǒng)在鐵路無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展

趙　旺

摘要：隨著鐵路現(xiàn)代化的全面推進(jìn)及鐵路建設(shè)新一輪高潮的到來，鐵路無線通信系統(tǒng)作為鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)的傳輸通道，為保障鐵路運(yùn)輸安全和運(yùn)輸效率起到了越來越重要的作用。GSM-R無線通信系統(tǒng)將以高效、靈活、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可擴(kuò)展等特性滿足鐵路無線通信的要求及未來發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鐵路無線通信；GSM-R；技術(shù)規(guī)范

中圖分類號(hào)：TP313文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）02-0070-02

隨著我國鐵路建設(shè)新一輪高潮的到來，今后新建的客運(yùn)專線，城際鐵路，高速鐵路，均采用GSM-R系統(tǒng)作為其綜合無線通信系統(tǒng)，因此我國未來鐵路無線通信系統(tǒng)平臺(tái)必將建立在GSM-R的系統(tǒng)平臺(tái)上，本文為此具體探討了GSM-R網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中的作用，主要業(yè)務(wù)功能，未來發(fā)展方向和業(yè)務(wù)應(yīng)用。

一、GSM-R系統(tǒng)的內(nèi)涵

（一）傳統(tǒng)鐵路無線通信方式的不足

傳統(tǒng)的傳統(tǒng)通信方式有：（1）站場(chǎng)有線廣播、“小電話”（接在轉(zhuǎn)轍機(jī)上的有線電話）；（2）傳統(tǒng)的對(duì)講機(jī)方式。隨著鐵路系統(tǒng)的多次提速，對(duì)信息的時(shí)實(shí)性有了更高的要求。依托固定的通信的網(wǎng)絡(luò)不能滿足鐵路移動(dòng)的車、移動(dòng)的客戶、移動(dòng)的工作人員、移動(dòng)的貨物等移動(dòng)通信需求。

（二）GSM-R的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

GSM-R是在公網(wǎng)GSM標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，通過增加鐵路調(diào)度通信功能和高速環(huán)境組成要素而建立起來的技術(shù)體系。GSM-R技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，包括現(xiàn)有的GSM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及為滿足鐵路需求而制定的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，是GSM—R領(lǐng)域內(nèi)所有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的集合。根據(jù)我國鐵路和業(yè)務(wù)實(shí)際應(yīng)用情況，目前我國GSM-R技術(shù)規(guī)范體系包含綜合類、系統(tǒng)類、工程類、設(shè)備類、應(yīng)用業(yè)務(wù)類、設(shè)備測(cè)試類、接口技術(shù)要求及測(cè)試類共計(jì)7大類，40項(xiàng)。該體系總體上與歐洲FRS和SRS相對(duì)應(yīng)，40項(xiàng)規(guī)范中除了根據(jù)我國實(shí)際情況制定了系統(tǒng)類和應(yīng)用業(yè)務(wù)類，其余各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范基本上與歐洲規(guī)范的各個(gè)章節(jié)相對(duì)應(yīng)，并根據(jù)我國實(shí)際情況做出了相應(yīng)的規(guī)定。

（三）GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1 GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

GSM-R系統(tǒng)一般由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS），基站子系統(tǒng)（BSS）、運(yùn)行與維護(hù)子系統(tǒng)（OMC）等組成。根據(jù)我國鐵路行車密度高、運(yùn)輸組織復(fù)雜等特點(diǎn)，為了解決大量的非列控?cái)?shù)據(jù)傳輸，經(jīng)過反復(fù)論證，引進(jìn)了通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)（GPRS），與既有有線調(diào)度通信系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了有線與無線調(diào)度的兩網(wǎng)有機(jī)結(jié)合。

二、GSM-R系統(tǒng)在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中的作用

（一）實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸指揮調(diào)度系統(tǒng)的語音及數(shù)據(jù)傳送

GSM-R系統(tǒng)具有功能號(hào)呼叫、語音廣播和組呼業(yè)務(wù)、基于列車位置尋址等高級(jí)語音呼叫功能，不僅可以替代目前各種無線通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)列車調(diào)度、區(qū)間維修、工程施工、應(yīng)急搶險(xiǎn)等移動(dòng)通信功能，還可以取代傳統(tǒng)的電纜加通話柱的區(qū)間通信方式，能夠給鐵路運(yùn)輸指揮提供更多的先進(jìn)通信功能。

（二）為現(xiàn)代信號(hào)控制技術(shù)提供強(qiáng)有力的通信支持

傳統(tǒng)的功能單一、控制分散、獨(dú)立運(yùn)行的信號(hào)控制技術(shù)，正向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和綜合化方向發(fā)展。以新一代分散自律調(diào)度集中（CTC）和列車控制系統(tǒng)（CTCS）為代表的現(xiàn)代化信號(hào)控制技術(shù)，是中國鐵路提高裝備水平、確保行車安全和實(shí)現(xiàn)鐵路跨越式發(fā)展的重要內(nèi)容。這些技術(shù)都將基于移動(dòng)通信技術(shù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。GSM-R系統(tǒng)承擔(dān)地面控制中心和移動(dòng)機(jī)車之間車次號(hào)、列車位置及完整性信息、列車速度信息等控車信息的傳輸任務(wù)。

歐洲GSM—R系統(tǒng)設(shè)備供貨廠家有北電、西門子，在我國，除了上述兩個(gè)廠家外，還有華為公司，需要解決三家設(shè)備之間互聯(lián)互通問題，因此，需要制定接口技術(shù)要求和測(cè)試規(guī)范?；诖松?，必須制定適合我國鐵路應(yīng)用的GSM-R技術(shù)規(guī)范，用于指導(dǎo)、規(guī)范全網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)。此外，還需組織制定其他相關(guān)技術(shù)規(guī)范，建立健全適合我國鐵路應(yīng)用的GSM-R技術(shù)規(guī)范體系，滿足我國鐵路發(fā)展的需要。發(fā)展GSM-R將為鐵路運(yùn)輸帶來更大效益

三、GSM-R系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)功能

（一）語音組呼業(yè)務(wù)

為適應(yīng)專用移動(dòng)通信網(wǎng)的要求，在GSM-R中引入了組呼業(yè)務(wù)，允許一種由多方參加（GSM-R移動(dòng)臺(tái)或固定電話），一人講話、多方聆聽的語音通信方式，工作于半雙工模式下。語音組呼業(yè)務(wù)突破了GSM網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的局限性，能夠以簡(jiǎn)捷的方式建立組呼叫，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮、緊急通信等特定功能，尤其適用于鐵路的行車指揮調(diào)度部門，用以完成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的組呼業(yè)務(wù)和群呼業(yè)務(wù)。

（二）語音廣播呼叫業(yè)務(wù)

允許—個(gè)業(yè)務(wù)用戶，將話音或其他用話音編碼傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)送到某一個(gè)預(yù)先定義的地理區(qū)域內(nèi)的所有用戶或者用戶組。同語音組呼業(yè)務(wù)一樣，語音廣播呼叫也提供了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)呼叫的能力，適用于鐵路的行車調(diào)度。

（三）增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆業(yè)務(wù)

GSM-R還具有增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆功能，規(guī)定了在呼叫建立或越區(qū)切換時(shí)呼叫接續(xù)的不同優(yōu)先級(jí)，以及資源不足時(shí)的資源搶占能力。這種業(yè)務(wù)為滿足鐵路對(duì)于某些類型通信的高性能要求，保證高等級(jí)呼叫或緊急呼叫快速可靠地建立，提供了一種強(qiáng)制能力，符合無線列車調(diào)度通信的特點(diǎn)。

四、GSM-R系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展方向

（一）加快建成核心網(wǎng)

GSM—R是一個(gè)基于交換技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)，與分散設(shè)置、直接對(duì)講無線通信有很大區(qū)別。GSM—R網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)、智能網(wǎng)等許多設(shè)備，不僅僅屬于某一段專用，而是許多線路、甚至全網(wǎng)共用。因此，必須統(tǒng)籌合理安排核心網(wǎng)交換機(jī)的建設(shè)，統(tǒng)一規(guī)劃，分層次、分階段進(jìn)行，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)資源配置，降低工程總體造價(jià)。

（二）管好用好無線電頻率資源

GSM-R頻率帶寬目前只有4MHz，相對(duì)于鐵路需求而言，無線頻率資源是非常緊張的。我們必須合理規(guī)劃，嚴(yán)格高效地利用有限的頻率資源，以保證GSM—R系統(tǒng)不受到干擾，保證通信的高安全性。無線電管理包括兩個(gè)面：GSM—R系統(tǒng)內(nèi)部無線電規(guī)劃管理和GSM—R系統(tǒng)外部無線電干擾的監(jiān)測(cè)和處理。而GSM—R系統(tǒng)外部干擾中最為突出的問題是與中國移動(dòng)按地域復(fù)用頻率資源的邊界場(chǎng)強(qiáng)協(xié)調(diào)及干擾協(xié)調(diào)工作。

五、GSM-R系統(tǒng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用

（一）智能網(wǎng)系統(tǒng)

基于智能網(wǎng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)具有快速、有效、經(jīng)濟(jì)、靈活等特點(diǎn)。GSM—R智能網(wǎng)主要用來實(shí)現(xiàn)鐵路特定業(yè)務(wù)，同時(shí)，能夠解決多廠家設(shè)備組網(wǎng)環(huán)境下業(yè)務(wù)互聯(lián)互通的問題。根據(jù)互聯(lián)互通需要，同時(shí)考慮今后業(yè)務(wù)的發(fā)展，我國GSM—R智能網(wǎng)基于CAMEL3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范應(yīng)根據(jù)3GPP和國內(nèi)相關(guān)行業(yè)規(guī)范，結(jié)合我國鐵路實(shí)際需求，從系統(tǒng)構(gòu)成、業(yè)務(wù)技術(shù)要求及信令流程、服務(wù)質(zhì)量要求、管理和維護(hù)、軟件要求、主要設(shè)備技術(shù)要求等方面做出具體的規(guī)定。

（二）感應(yīng)通信的特色

從感應(yīng)通信的傳播過程來說，它既具有移動(dòng)無線通信的靈活性，又具有有線傳輸?shù)奶匦?，通過選擇適當(dāng)?shù)念l率和耦合空間，減少耦合衰耗，經(jīng)波導(dǎo)線的引導(dǎo)傳輸，解決了山區(qū)、隧道內(nèi)、井下等弱電場(chǎng)現(xiàn)象，保證了在這些地區(qū)建立可靠的移動(dòng)通信。感應(yīng)通信雖然不是最先進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù)，但有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。我國現(xiàn)采用接觸網(wǎng)導(dǎo)線做波導(dǎo)線的鐵路感應(yīng)通信比漏泄電纜方式（LCX方式）和國外的感應(yīng)通信方式（IR方式），更具有投資少、施工快、操作簡(jiǎn)單、維修方便、效果好，符合我國路情、國情的特點(diǎn)。盡管這種方式必須依靠電氣化鐵路的接觸網(wǎng)設(shè)備才能進(jìn)行傳輸，有一定的局限性，但在目前為止，它在我國某些區(qū)段鐵路的使用中為提高運(yùn)輸效率，保證行車安全，發(fā)揮了很大的作用，從而為解決山區(qū)電氣化鐵路無線通信建立了一種新制式。

總之，我國鐵路GSM—R系統(tǒng)應(yīng)用前景良好，青藏鐵路的建成及通車說明我國在吸收消化國外應(yīng)用GSM—R系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)后，已經(jīng)形成了符合我國鐵路實(shí)際需要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，并且為GSM—R在我國的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為保證GSM-R在我國健康、順利發(fā)展，目前，急需建立健全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，嚴(yán)格執(zhí)行并不斷完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從而為GSM-R發(fā)展、建設(shè)提供有利支撐條件。

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作者簡(jiǎn)介：趙旺，安徽桐城人，中鐵四局集團(tuán)電氣化工程有限公司工程師，研究方向：通信工程。