GSM—R技術(shù)在我國鐵路通信中的應(yīng)用和發(fā)展

姜廷軍

摘 要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷地提高，鐵路的的運(yùn)輸量也逐漸增加，在新形勢下，若想適應(yīng)高效而安全的運(yùn)行要求，就必須發(fā)展鐵路運(yùn)輸，將無線通信技術(shù)進(jìn)行有效地提升。GSM-R技術(shù)是數(shù)字式的移動(dòng)無線通信技術(shù)，就是專用于鐵路的運(yùn)行，具有指揮和調(diào)控鐵路運(yùn)行的作用。該文對我國鐵路通信中GSM-R技術(shù)進(jìn)行了研究和分析。

【關(guān)鍵詞】GSM-R技術(shù) 鐵路通信 應(yīng)用 發(fā)展

GSM-R技術(shù)是數(shù)字式移動(dòng)無線通信技術(shù)，對鐵路日常運(yùn)營具有指揮及調(diào)控的作用。成功應(yīng)用GSM-R技術(shù)，為發(fā)展我國鐵路的信號技術(shù)，提供了技術(shù)上的良好借鑒。引入GSM-R系統(tǒng)，不僅使鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)換代升級得以實(shí)現(xiàn)，還使語音的通信質(zhì)量得到了有效地改善，同時(shí)為應(yīng)用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，提供了數(shù)字無線的通信平臺(tái)，能夠給跟蹤車輛貨物和診斷列車，以及旅客信息服務(wù)和移動(dòng)售票等一系列新業(yè)務(wù)給予支持。

1 GSM-R系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

GSM-R技術(shù)，是將鐵路日常運(yùn)營進(jìn)行指揮和調(diào)度的專用移動(dòng)通信技術(shù)，是分組數(shù)據(jù)的一種通信方式。主要分為四個(gè)部分：

1.1 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

包括通用分組的無線業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)交換及移動(dòng)智能網(wǎng)子系統(tǒng)。首先，通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，重要的組成部分就是GPRS子系統(tǒng)，分為二層的結(jié)構(gòu)：

1.1.1 核心層

主要包括GGSN，SGSN，RADIUS，DNS。

1.1.2 無線接入層

主要包括PCU和基站及終端。

為了將投入的成本有所降低，GPRS無線接入層網(wǎng)要將GSM-R提供的設(shè)備資源，進(jìn)行高效地利用；將無線覆蓋運(yùn)用GSM-R系統(tǒng)基站來進(jìn)行完成，不再將單獨(dú)的GPRS系統(tǒng)基站進(jìn)行增設(shè)；與GPRS系統(tǒng)用同一個(gè)頻率資源。將分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)提供給無線用戶，就是GPRS子系統(tǒng)的主要功能。其次，網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)包括MSC，VLR，AUC，HLR，GCR，IWF，SMSC，IN，AC，將用戶數(shù)據(jù)安全和移動(dòng)以及交換業(yè)務(wù)進(jìn)行管理。這些實(shí)體是利用No.7信令協(xié)議來將之間的通信進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

1.2 基站子系統(tǒng)

BBS利用無線接口將移動(dòng)臺(tái)直接進(jìn)行連通，并且將管理無線資源和接收發(fā)送無線信號的工作進(jìn)行承擔(dān)。BBS包括基站控制器和編譯碼及速率適配單元，還有弱場設(shè)備和基站收發(fā)信機(jī)。

1.3 終端設(shè)備

是將無線固定臺(tái)及GSM-R網(wǎng)的移動(dòng)臺(tái)等設(shè)備進(jìn)行接入，讓用戶能夠直接進(jìn)行使用的功能。

1.4 運(yùn)行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)

OSS由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維護(hù)管理和用戶管理系統(tǒng)組成。

2 在我國鐵路通信中，GSM-R技術(shù)的應(yīng)用

2.1 指揮列車調(diào)試

在鐵路的通信中，應(yīng)用GSM-R系統(tǒng)，司機(jī)與調(diào)度的通話也包括在內(nèi)，使各種列車能夠順利地通行得到有效地指揮。列車司機(jī)與調(diào)度對話通暢與否，對安全及有序的列車運(yùn)行起決定的作用。因此，在列車運(yùn)行的通信系統(tǒng)中，GSM-R系統(tǒng)具有至關(guān)重要的地位，有效應(yīng)用GSM-R系統(tǒng)，能夠?qū)⒘熊囋谶\(yùn)營中，各個(gè)部門通信的暢通度得以有效地提升，使運(yùn)行列車的安全性得到了進(jìn)一步地促進(jìn)。

2.2 傳送調(diào)度命令

TDCS系統(tǒng)將機(jī)車編號進(jìn)行查找和IP地址，適時(shí)將強(qiáng)大功能的調(diào)度命令進(jìn)行發(fā)布，通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路，GSM-R系統(tǒng)將高度指令在車載無線通信的設(shè)備上進(jìn)行傳送，從而使運(yùn)行機(jī)車及時(shí)而準(zhǔn)確地將調(diào)度指令進(jìn)行接收得以實(shí)現(xiàn)。高度指令具有很高的權(quán)威性，是鐵路調(diào)度指揮的中樞系統(tǒng)發(fā)布的，調(diào)度指令既是傳輸列車信號的層級管理，也是運(yùn)行列車指揮系統(tǒng)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

2.3 多種旅客服務(wù)功能的應(yīng)用

GSM-R技術(shù)在鐵路通信系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)⑹燮钡认嚓P(guān)的服務(wù)功能，高效而便捷地提供給旅客，使運(yùn)行列車實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新得以有效地實(shí)現(xiàn)。此外，應(yīng)用 GSM-R技術(shù)，還能夠進(jìn)行貨運(yùn)跟蹤的服務(wù)，利用定位貨車，對運(yùn)輸貨物精確的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)了解及掌握[2]。另外，在鐵路的通信系統(tǒng)中，GSM-R技術(shù)還具有根據(jù)實(shí)際情況，GSM-R覆蓋的功能 。

2.4 控制機(jī)車同步

需要幾個(gè)機(jī)車進(jìn)行牽引，是運(yùn)行列車的特殊性，這樣就要求幾個(gè)運(yùn)行的機(jī)車，制動(dòng)和減速等都要求高度必須要一致，這些數(shù)據(jù)的鐵路指揮部門務(wù)必要同步進(jìn)行操縱，應(yīng)用GSM-R系統(tǒng)，使交換及傳遞各機(jī)車之間的信息得到有效地實(shí)現(xiàn)，從而使運(yùn)行列車的高效和安全性得到了提升。

2.5 多優(yōu)先級搶占呼叫權(quán)

鐵路通訊網(wǎng)絡(luò)既要有控制列車自動(dòng)的作用，又要有緊急進(jìn)行呼叫的系統(tǒng)，如果無線電信道有擁堵的現(xiàn)象出現(xiàn)，就需要將新的高優(yōu)先權(quán)通訊的連接及時(shí)進(jìn)行建立，將低優(yōu)先權(quán)的呼叫進(jìn)行中斷，使鐵路通訊系統(tǒng)的有效和實(shí)時(shí)性得以保障。

3 我國GSM-R技術(shù)的發(fā)展方向

從當(dāng)前來看，GSM-R技術(shù)的有關(guān)設(shè)備，都是將歐洲技術(shù)引入后，再進(jìn)行研究和發(fā)展的，但是，歐洲GSM-R設(shè)備不但移動(dòng)通信的功能比較少和規(guī)模比較小，而且生產(chǎn)的廠商也比較單一。所以，從歐洲引入的GSM-R系統(tǒng)，通常與我國鐵路系統(tǒng)的需求及情況都有一定的差異。為了將這些差異解決，在發(fā)展鐵路通訊的運(yùn)用方向上，我國歐洲GSM-R技術(shù)做出了以下的指導(dǎo)。

3.1 GSM-R理論研究的加強(qiáng)

GSM-R技術(shù)是將歐洲技術(shù)引入基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究發(fā)展的，雖然很多難關(guān)都突破了，但是，還有一些理論的難點(diǎn)沒有攻破。最近幾年，應(yīng)用GPRS在GSM-R的網(wǎng)絡(luò)中，使許多實(shí)踐及理論得到了有效地突破。例如，根據(jù)鐵路的實(shí)際情況，通信業(yè)務(wù)中，運(yùn)輸?shù)男枨罅勘容^大，但是，作為傳輸非安全的數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，頻率資源采用GPRS數(shù)據(jù)分組的傳輸方式，對頻率資源進(jìn)行有效地利用，將傳輸平臺(tái)提供給鐵路信息化的建設(shè)。

3.2 實(shí)行互聯(lián)互通現(xiàn)場測試工作

從當(dāng)前來看，在我國的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行大型的GSM網(wǎng)絡(luò)建造時(shí)，通常是為了將工程的收益及效果進(jìn)行提升。

（1）將GSM-R系統(tǒng)和有關(guān)設(shè)備互通互聯(lián)的問題如何進(jìn)行解決，是必然的趨勢。旨在互通互聯(lián)實(shí)現(xiàn)以后，將GSM-R系統(tǒng)的功能多樣性進(jìn)行有效地提升，使其能夠?qū)⒐こ掏顿Y的收益進(jìn)行增加，有效地為人們服務(wù)，從而將發(fā)展GSM-R設(shè)備的市場得以推動(dòng)。

（2）對于GSM-R系統(tǒng)和其他的設(shè)備能夠?qū)⑷W(wǎng)全程的形態(tài)形成，非常有利，在建設(shè)及規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的工作中，能夠發(fā)揮重大的作用，此外，將互通互聯(lián)的現(xiàn)場測試工作得以實(shí)行，對于我國發(fā)展和普及GSM-R技術(shù)都是非常有利的。

3.3 改進(jìn)設(shè)計(jì)信息傳輸安全平臺(tái)

在鐵路的通信中，GSM-R技術(shù)從安全實(shí)用以及可靠的角度進(jìn)行出發(fā)，對于傳輸鐵路移動(dòng)信息的安全平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方案，需要不斷地進(jìn)行改進(jìn)，需要將傳輸鐵路移動(dòng)信息的安全平臺(tái)，以及鐵路專用網(wǎng)和公用網(wǎng)的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。鐵路移動(dòng)信息的傳輸安全平臺(tái)，包括軟件和硬件。平臺(tái)的軟件系統(tǒng)包括內(nèi)網(wǎng)傳輸和外網(wǎng)傳輸子系統(tǒng)，以及管理監(jiān)視的子系統(tǒng)；平臺(tái)硬件系統(tǒng)包括傳輸設(shè)施和實(shí)時(shí)監(jiān)控。在鐵路局將GPRS數(shù)據(jù)的接入點(diǎn)進(jìn)行部署，在外網(wǎng)通信服務(wù)器各個(gè)鐵路局進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)立，作為地面的數(shù)據(jù)處理中心，承擔(dān)數(shù)據(jù)交換的任務(wù)，使實(shí)時(shí)信息從GPRS下載后，由鐵路局的外網(wǎng)通信服務(wù)器統(tǒng)一進(jìn)行接收，然后由傳輸網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)進(jìn)入到鐵路生產(chǎn)的運(yùn)輸系統(tǒng)。

3.4 注意GSM-R的電磁環(huán)境

GSM-R干擾源包括系統(tǒng)外部和內(nèi)部干擾。外部干擾包括GSM網(wǎng)干擾、CDMA基站下行對GSM-R上行鏈路干擾，以人為的分頻段或者全頻段堵塞大信號的干擾等；內(nèi)部干擾就是因?yàn)樾^(qū)及頻率規(guī)劃不得當(dāng)?shù)龋鴮?dǎo)致的鄰頻和同頻的干擾等。將人為及自身因素排除以外，與GSM-R頻率資源共享的中國移動(dòng)GSM-R，是GSM-R干擾的主要來源。電磁環(huán)境非常繁雜，對于GSM-R網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該進(jìn)行無線空中管制，創(chuàng)造控制列車系統(tǒng)的沒有污染的通信天空。對于協(xié)調(diào)中國移動(dòng)等其他單位，需要采用什么樣的方案，能夠?qū)SM-R無線通信正常的環(huán)境得以有效地保證，是當(dāng)前鐵路所面臨的至關(guān)重要的問題。

3.5 形成我國鐵路GSM-R技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，鐵道部應(yīng)該組織有關(guān)的單位共同進(jìn)行參與，編制GSM-R的標(biāo)準(zhǔn)為40項(xiàng)。隨著深入應(yīng)用GSM-R技術(shù)，版本也需要不斷地進(jìn)行升級。GSM-R技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范分為鐵路應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范和GSM技術(shù)規(guī)范。鐵路應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范分為UIC下的EIRENE制定的鐵路通用標(biāo)準(zhǔn)和各個(gè)國家制定的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

（1）UIC下的EIRENE制定的鐵路通用標(biāo)準(zhǔn)由系統(tǒng)和功能需求規(guī)范構(gòu)成；

（2）各個(gè)國家制定的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，是根據(jù)各個(gè)國家的鐵路發(fā)展運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需要制定的，我國鐵路的運(yùn)輸具有明顯的特色，經(jīng)過分析和研究，從維護(hù)運(yùn)營和建設(shè)工程，以及性能和功能的角度，來將鐵路GSM-R的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范進(jìn)行制定的，涉及的面比較廣，網(wǎng)絡(luò)配置和需求及通用電臺(tái)和機(jī)車臺(tái)，還有鐵路緊急呼叫和移動(dòng)設(shè)備核心規(guī)范等都包括了。GSM技術(shù)是由移動(dòng)通信合作組織第三代負(fù)責(zé)。

4 結(jié)語

綜個(gè)所述，從當(dāng)前來看，鐵路事業(yè)發(fā)展很快，必須要提高通信系統(tǒng)的技術(shù)水平作為保障，作為鐵路日常運(yùn)行管理專用的GSM-R技術(shù)，對于鐵路的安全高效及快捷運(yùn)行，具有舉足輕重的推動(dòng)作用，作為鐵路運(yùn)營的管理人員，應(yīng)該深入地研究和分析 GSM-R技術(shù)，為長遠(yuǎn)發(fā)展鐵路的事業(yè)，打下牢固的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳振國.我國鐵路通信中GSM-R技術(shù)的應(yīng)用及展望[J].信息通信，2013（02）：250-251.

[2]劉正維.GSM-R技術(shù)在我國鐵路通信中的應(yīng)用和發(fā)展[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（22）：7-8.

[3]謝炳勛.GSM-R技術(shù)在我國鐵路通信中的應(yīng)用與發(fā)展研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（23）：45+101.

[4]楊震.GSM-R技術(shù)在我國鐵路通信中的應(yīng)用和發(fā)展[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2016（01）：211.

[5]楊金玲.GSM-R技術(shù)在我國鐵路通信中的應(yīng)用和發(fā)展[J].通訊世界，2016（04）：82.

[6]廖劍鋒.分析GSM-R技術(shù)在我國鐵路通信中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].通訊世界，2016（04）：122-123.

[7]青麗.GSM-R技術(shù)在鐵路通信中的應(yīng)用分析[J].信息系統(tǒng)工程，2016（04）：21.

[8]杜寧，張宇婧.GSM-R技術(shù)在武廣高速鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2011（02）：297-298.

作者單位

中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 湖北省武漢市 430071