鐵路綜合數字移動通信系統（GSM-R）和GSM-R的清頻工作

趙 強 上海鐵路局上海通信段

為滿足高速鐵路對通信業務的需求，必須同步建設鐵路GSM-R網絡，我局相繼開通了合寧、合武、甬臺溫、溫福線的GSM-R網絡，今年又開通了滬寧城際高鐵、滬杭客專高鐵等GSM-R網絡，其中，滬寧城際高鐵和滬杭客專高鐵采用了C3控制技術，GSM-R系統為C3控制系統提供了電路域的通信業務，實現調度中心與機車間的實時信息交換。明年我局將會相繼開通京滬高鐵、寧杭客專、杭甬客專等線路，并同步開通相應的GSM-R網絡。為了能使GSM-R系統可靠地提供電路域的通信業務，消除GSM-R網絡中的外界電波干擾是關鍵，也是工程建設中較難完成的一項工作。

1 GSM-R系統名詞介紹

鐵路綜合數字移動通信系統GSMR以GSM技術標準為基礎，針對鐵路運輸通信的特點，對GSM標準進行了優化和發展，形成GSM-R標準。

GSM原意為"移動通信特別小組"（Group Special Mobile），是歐洲郵電主管部門會議（歐洲電信標準組織的前身）為開發數字蜂窩移動系統在1982年成立的機構，經過多年的研究開發，制訂了完整的數字蜂窩移動通信技術規范。隨著在這一技術規范指導下的移動通信網的快速發展，GSM逐步成為歐洲數字移動通信系統的代名詞。后來，這一標準在全球得到推廣，重新命名為"Global System for Mobile Communications"（全球移動通信系統）。鐵路綜合數字移動通信系統"GSM-R"是"GSM for Railway"的縮寫，這一技術首先也是在歐洲誕生并推廣。1996年歐盟為了實現泛歐高速鐵路系統互操作性，制訂了歐洲鐵路運輸管理系統，這是一個歐洲鐵路通信信號一體化發展項目，包含2個重要方面，一是歐洲列車控制系統（ETCS），另一個就是鐵路綜合數字移動通信系統（GSM-R）。GSM-R是歐洲鐵路運輸通信的技術規范。

2 GSM-R技術在我國及我局的發展過程

近幾年來，我國的GSM-R技術得到快速發展。2000年底，鐵道部確定GSM-R為中國鐵路未來移動通信的發展方向。2003年至2006年，相繼建成了大秦、青藏和膠濟線GSM-R系統，并對技術體系進行了驗證，隨即在全國掀起了GSM-R系統的建設浪潮。2008至2009年我局合寧、合武、甬臺溫、溫福線GSM-R系統開通運行，提供了調度語音通信、組呼通信、調度命令無線傳送等語音和數據類通信業務；今年，我局又開通了滬寧城際高鐵、滬杭客專高鐵GSM-R網絡，除了提供上述通信業務外，還為C3系統提供了電路域的通信承載業務。實踐證明，GSM-R系統能滿足高鐵對通信業務的需求。

3 GSM-R系統的先進性

GSM-R系統有很多技術優勢，通過與其他系統結合，實現列車自動控制。目前GSM-R系統為鐵路運輸提供的主要業務有話音通信和數據通信兩類。

（1）話音通信：話音通信可分為組呼和點對點通信。組呼是根據需要事先把一群用戶設置成一個小組，并且每個用戶都可加入多個其他小組，在組內某個人講話時，在一定范圍內的小組成員都能聽到。這種業務主要用于施工等大型作業的場合，需要對其他人員進行廣播通知時使用；也可當發生緊急情況，危及行車安全時，對司機、車站工作人員、調度員或沿線作業人員等廣播，以便提請有關人員采取緊急措施。點對點通信可像普通手機一樣，通過撥號方式撥打固定電話和網內所有用戶；另外，網內用戶可根據車次號呼叫到高速運行中的列車司機、運轉車長、隨車機械師、乘警等，或通過統一的固定號碼呼叫到車站值班員、調度員等，無需知道對方的實際的電話號碼。GSM-R系統解決了無線列調系統的同步干擾問題。

（2）數據通信：主要有調度命令、行車憑證、調車作業通知單、接車進路預告、車次號等信息在列車高速運行中的傳送；

（3）電路域業務：GSM-R系統可以為移動閉塞、列車自動控制、列車同步操控等提供通信通道。

4 我國的GSM-R系統總體規劃

根據鐵道部規劃，在北京、武漢、西安建設核心交換局，各局建設本局的移動交換系統，各局的交換系統通過北京、武漢和西安的核心交換局實現互聯，完成全國通信網。建成后的GSM-R網絡如圖1。

圖1GSM-R網絡

GSM-R系統是一個相對獨立的通信網，與其他通信網（如鐵路電話網）通過移動交換系統實現網絡互聯。由于GSM-R是國際標準技術，因此將來也可很方便地實現國際聯網。

5 GSM-R系統結構介紹

GSM-R系統框圖見圖2。

圖2 GSM-R系統框圖

5.1 基站

基站主要任務是完成無線移動設備（如手機、ATP車載設備GSM-R模塊、機車綜合無線通信設備CIR等）的接入，每個基站都分配了一定數量的頻道（一般為2至3個頻道）。GSM技術體制規定，每個頻道帶寬為200 kHz，每個載頻可提供8個信道。每個移動用戶需要接入網絡時，都會占用一個或多個信道。國家信產部分配給GSM-R系統的頻率為移動臺至基站上行鏈路885MHz-889 MHz，基站至移動臺下行鏈路頻率為930 MHz-934 MHz。GSM-R系統是一個頻分多址和時分多址的復合系統。列車在運行中，通過不同的基站將信號連續地接入網絡，保持通信暢通且不間斷。

5.2 基站控制器

基站控制器的主要任務是發送和接收無線信號并實施無線資源管理，與交換系統相連，實現移動用戶之間或移動用戶與固定網絡用戶之間的通信連接。

5.3 移動交換系統

移動交換系統主要任務是完成用戶的業務交換和用戶數據與移動性管理，主要有三個部分組成，即交換機、歸屬位置寄存器和訪問位置寄存器。每個移動用戶都須在歸屬位置寄存器中進行身份登記，當移動用戶移動到外局管轄的范圍時，會在當地的訪問位置寄存器中進行再登記，同時將信息告訴歸屬位置寄存器，當其他用戶呼叫該用戶時，網絡先對被呼的號碼進行分析，在其歸屬位置寄存器中查詢當前該用戶所處的位置（在哪個基站下），實現用戶間的通信連接。

5.4 智能網系統

智能網系統是GSM-R不同于公眾GSM網的重要部分，主要任務是將網絡交換功能和業務控制功能相分離，實現對呼叫的智能控制。智能網對移動用戶根據專業和崗位的需要，進行功能注冊和管理，實現組呼或根據車次號呼叫不同崗位的操作人員，而不需要記住對方的真實電話號碼等。

5.5 通用分組數據業務系統

通用分組數據業務系統主要實現移動用戶間和移動用戶與網絡內外其他用戶間的IP數據業務交互和傳送。

5.6 分組數據接口服務器

分組數據接口服務器是GSM-R網絡與鐵路運輸其他應用系統間IP數據通信的橋梁，實現與其他系統間的數據格式轉換和交互。目前我局的分組數據接口服務器與CTC交換系統互聯，實現車次號信息等數據向CTC系統傳送，同時CTC系統將調度命令、列車進路預告等信息傳送給GSM-R系統，通過GSMR網絡將信息傳到列車上。

6 GSM-R系統建設中的清頻工作

為使GSM-R系統能提供可靠的通信業務，鐵路沿線的電磁環境質量好壞是關鍵。在GSM-R系統建設前，必須對鐵路沿線進行反復測試，查找885 MHz至 889 MHz和 930 MHz至 934 MHz間的干擾信號，并進行清除，這就是GSMR的清頻工作。

通過甬臺溫及溫福線的清頻工作，發現干擾主要來源于沿動公司。沿動公司為了滿足鐵路旅客的通信需求，在鐵路沿線建設了許多通信基站和直放站，使鐵路沿線的電磁環境非常復雜，為清頻工作帶來很大困難。其中，由直放站造成的三階互調干擾尤為嚴重。直放站是為了解決鐵路沿線信號覆蓋，將某一基站的信號用光纖引至較遠的地方進行放大后發射出去，同時，將遠處手機信號收集后引至基站。這種直放站系統造價便宜，容易實現，因此在鐵路沿線被廣泛采用。

互調干擾是指兩個及兩個以上不同的頻率成分，通過一個非線性網絡后，產生新的頻率分量。互調干擾中影響最大的是三階互調干擾。例如，移動公司在某一基站配置了 935.000 MHz（f1）和937.000 MHz(f2)兩個載頻，經過光纖引至直放站系統，經過直放站放大和混頻后，產生了 MHz信號，落在了鐵路GSM-R頻率范圍內，對鐵路GSM-R 系統產生致命干擾，必須給予清除。

清除的辦法是要求沿動公司對基站的頻率配置進行調整，避免三階互調的產物落在GSM-R頻率范圍內或直接關閉直放站系統。

為了更好地做好鐵路沿線的清頻工作，我們鐵路方面應向電信運營商開放鐵路沿線的資源，例如機房、電源、安裝天線的鐵塔等，一是爭取電信運營商對鐵路清頻工作的支持，二是也為當出現干擾時可方便地對沿動公司的基站進行關閉試驗，配合查找干擾源。

清頻工作是一項長期的工作，在GSM-R網絡開通后，需定期進行沿線干擾測試。由于一旦GSM-R基站開啟后，很難再關閉基站，因此必須建立一個完整的沿線電磁環境測試圖檔案，當發現電磁環境發生變化后，就協調其他電信運營公司一起查找干擾來源。