GSM-R在鐵路通信中的應用

河南禹亳鐵路發展有限公司電務段 韓海玲 孫艷花 魏宏波

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GSM-R在鐵路通信中的應用

河南禹亳鐵路發展有限公司電務段 韓海玲 孫艷花 魏宏波

【摘要】GSM-R屬于專用移動通信，專門為鐵路的運營管理而服務，是調度通信的得力助手，因其能夠在綜合平臺上提供調度通信業務，特別是能夠為列車控制提供無線數據，所以其具有強大的調度通信功能。

【關鍵詞】GSM-R；無線通信；調度

1 引言

隨著既有線提速工程、青藏鐵路以及高速鐵路的建設和發展，為鐵路通信技術的研究和發展提供了應用空間。在我國鐵路發展的歷程中，總是以建立語音和數據集成化服務的移動通信系統平臺的現代通訊、信息傳輸和列車集中控制為最終目的,以向公眾提供鐵路運輸業務和其他服務信息為出發點。GSM-R的形成是一項可持續發展的系統性工程，與鐵路的運輸組織、生產、控制、安全等方面都息息相關，通過深入分析鐵路市場的變化規侓以及世界通信技術的發展方向，結合了3G網絡通信技術，同時結合了鐵路運輸的具體情況，然后對其展開研發，并且要形成一張巨大的覆蓋范圍廣泛的鐵路網，在此背景下GSM-R的產生與發展是必然的趨勢。

移動通信設備的研制與開發，數字蜂窩通信網的成立，在歐洲一些國家，數字移動通信這一概念的提出，專家們最先使用GSM來表示，后來這些專家逐步將其命名為“全球移動通信系統”。為了滿足鐵路調度通信的需求，專家學者在GSM原有的業務基礎上增加了鐵路特有的元素，比如考慮了適合高速移動的環境背景等因素。

2 GSM-R系統結構

為了給鐵路運輸組織提供移動通信的功能，GSM在原有的無線通信的基礎上結合鐵路運輸組織的特點進行研發，從而產生了GSM-R。一個GSM-R系統可能會有若干個功能實體，這些功能實體的作用都是為用戶提供一些基本業務或補充業務，還可能對用戶牽涉到的數據進行操作或管理。

圖1 GSM-R網絡基本結構框圖

該網絡系統由3個分系統來組成，具體結構組成如圖1所示。其中的移動臺便是用戶終端設備。基站子系統BSS、網絡子系統NSS、操作與維護子系統OSS是三大組成部分，根據需要，可能還會增加智能業務或者GPRS分組業務功能。

1)BSS是GSM-R系統中最基本的組成部分，它有2種最基本的組成設備，基站收發機BTS和基站控制器BSC，與移動臺相接是通過無線接口來完成的，其作用主要是完成無線信號的發送與接收以及對無線資源進行管理；連接到移動交換中心,為能夠實現移動用戶與移動用戶之間,移動用戶和固定用戶之間的通信,也可以實現信號傳輸系統和用戶信息管理等功能。

2)NSS是建立在一個移動交換中心(MSC)的平臺之上，需要建立端到端調用,用戶數據管理、移動和固定網絡連接等。并且能夠完成一系列的功能實體：MSC、VLR、HLR、AuC等，這些功能實體可以根據具體需要進行選擇，各功能實體間是通過7號信令通信。

3)OSS是一個相對獨立的子系統，兼有有維護與管理的雙向功能。具體作用將由OMC來發揮實現的,其中BSS的管理由OMC-R負責完成，NSS由OMC-S管理。這個子系統是操作人員與系統設備之間的紐帶，實現了系統的集中管理與維護，能夠實現用戶管理、設備管理及網絡維護等功能。

GPRS分組業務是為用戶提供了數據分組業務而服務的。該子系統由兩層物理結構組成：核心層和接入層。與此同時，任何一個完整的GSM-R網絡都必須與固定的網絡連接起來，共同來完成各個用戶之間的通信。

3 GSM-R的特殊業務

GSM-R除了支持所有的移動通信業務之外，為滿足鐵路調度的需要，還增加了集群通信功能。在GSM的標準化定義中，有基本業務比如高級語音呼業務ASCI功能，另外還包括一些鐵路所特有的功能：功能尋址、基于位置的尋址以及基于GSM-R的無線列調等功能實體。

其中，功能尋址是GSM-R最基本的特征，這并不是通常意義下所說的按照用戶終端的設備號進行尋址的，其主要特點是通過功能號來呼叫用戶，所以通過編制功能號并通過選擇所需的功能號，來完成這一業務的，這一特征也保證了用戶功能號碼與用其前來應答的物理終端之間的唯一性。

基于位置尋址是指移動用戶發起的為一個特定的功能調用路由到另一個用戶目前目的地址的位置上,如司機呼叫車站服務員,這時就需通過網絡來確定司機的位置,最終確定該呼叫那個車站的調度員或車站值班員。位置信息的確定一般由應用層來完成，這樣就不會影響到GSM-R設備。

利用GSM-R進行無線列調組網，既可以單獨利用無線通信，也可以將無線與有線通信有機的結合起來使用，一起來完成調度通信業務。具體做法是：鐵路沿線采用無線覆蓋，機車上采用的是無線終端，而車站值班員與調度員使用有線通信終端。此外，給每個呼叫設置一個優先級，以此來增強無線列調的功能，滿足不同等級之間，不同的調度指揮部門之間建立通話時由誰優先占用通信資源的需求。

4 我國GSM-R的發展與應用

GSM-R的研究與應用在國外尤其是歐洲發展十分迅速，在我國由于各種條件的限制，研究相對滯后。但是國外的成功運用為我們國家GSM-R的發展提供了良好的技術支持。1994年，我國才開始對專用移動通信進行試探性研究。由于GSM-R更加適應鐵路運輸的特點及優勢，更重要的是因為GSM-R支持鐵路移動通信的可持續性這一特點，我國真正意義上的開發直到2000年之后，大規模的研究才正式開展，經過兩年的探討，于2002年首先在京秦線進行了實驗，之后的青藏線、大秦線等重載貨物鐵路線上也陸續采用。目前我們國家在青藏線、大秦線、膠濟提速工程中所采用的GSM-R系統方案，基本上可以滿足我國鐵路運輸業務的十大功能需求。

1)青藏線上的應用：由于青藏鐵路線路所經地段環境特殊，因此對于該線路上通信網絡的部署以及后期維修提出了十分苛刻的要求。基于特殊的地理環境等因素，青藏鐵路通信方式在沒有運用任何模擬通信方式做支撐的條件下完全采用了GSM-R通信制式，這也是亞洲第一條完全應用GSM-R通信的鐵路。此外，應用GSM-R來傳輸用于列車控制安全的數據，這也為亞洲鐵路開辟了新天地，同時安全性與可靠性是通過雙重覆蓋法來實現，很好的解決了因為凍土地帶帶來的信號傳輸不暢等問題，大大減少了后期的維護工作量。

2)保障了大秦鐵路重載列車的調度通信。大秦線是重載貨物線，同時又具有山多、隧道多、曲線半徑小的特點。鐵道部組織專家進行研究后決定，將機車信號與地面信號同步操作，以及車載設備和維護設備，為實現重載列車同步操控提供了安全可靠的通信條件；同時，運用在同站雙機熱備和基站相互交織的混合組網技術，實現了在山區地段，因為隧道和曲線半徑小等困難地段的信號全覆蓋，保證了網絡通信系統的可靠高效的要求；更為重要的是可控制列尾主機和控制盒的研發和使用，在節省機車數量的同時也減少了運輸成本，提高了經濟效益。

3)膠濟線提速工程是第一個應用GSM-R的高速鐵路工程項目。膠濟線地處我國經濟發達地區，因其是客貨混運線路，行車作業十分繁忙，電磁干擾較嚴重。鐵路總公司組織了多家單位及專家，對GSM-R開展了針對性的創新研究，并協調各電信運營商，對傳輸信道上的電磁干擾進行障礙清掃，克服了外界干擾，優化無線基站分布，通過開展相關測試和研究，進一步驗證了GSM-R的系統性、應用性和擴展性，檢驗了GSM-R通信和應用特性是否滿足鐵道部的技術要求，為高速度鐵路合理運用GSM-R系統積累了經驗。

參考文獻

[1]劉金虎.鐵路專用通信[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

[2]王維漢.鐵路專用通信[M].北京:中國鐵道出版社,1994.