淺談鐵路通信系統(tǒng)中移動(dòng)通信技術(shù)的有效應(yīng)用

徐明東

摘要 本文介紹了移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程，以及目前GSM-R在鐵路的主要應(yīng)用，并主要對(duì)鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)組成、機(jī)車(chē)車(chē)載通信系統(tǒng)應(yīng)用作了詳細(xì)的解析，同時(shí)對(duì)未來(lái)鐵路通信技術(shù)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 鐵路；GSM-R；應(yīng)用發(fā)展方向

中圖分類(lèi)號(hào) U2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào)2095—6363（2016）13—0057—02

近些年來(lái)，移動(dòng)通信系統(tǒng)快速發(fā)展，先后從2G、3G到現(xiàn)在的4G網(wǎng)絡(luò)，給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，同時(shí)我們看到，這項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面也得到了廣泛的應(yīng)用，例如在鐵路上的應(yīng)用，GSM移動(dòng)通信應(yīng)用在鐵路，稱(chēng)作GSM-R網(wǎng)絡(luò)。

1 GSM-R在鐵路的主要應(yīng)用

GSM-R目前在鐵路主要應(yīng)用有10個(gè)方面：機(jī)車(chē)同步操作控制系統(tǒng)信息傳輸、列車(chē)控制系統(tǒng)安全信息傳輸、調(diào)度通信、列車(chē)尾部風(fēng)壓信息傳送、旅客列車(chē)移動(dòng)信息綜合接入、機(jī)車(chē)移動(dòng)信息綜合接入、編組站移動(dòng)信息綜合接入、CTCS 3級(jí)/CTCS 4級(jí)移動(dòng)信息傳輸、應(yīng)急指揮通信話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、區(qū)間移動(dòng)信息接入及公務(wù)移動(dòng)通信。下面我們主要通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)方面的應(yīng)用，來(lái)認(rèn)識(shí)這項(xiàng)技術(shù)。

1.1調(diào)度通信系統(tǒng)功能

無(wú)線有線一體化是調(diào)度通信系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。調(diào)度通信系統(tǒng)的主要客戶為行車(chē)調(diào)度員、車(chē)站值班員、司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)（含不設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)的乘檢）、助理值班員、機(jī)務(wù)段調(diào)度員、列車(chē)段（車(chē)務(wù)段、客運(yùn)段）值班員、機(jī)車(chē)調(diào)度員、電力牽引變電所值班員、救援列車(chē)主任等相關(guān)人員。調(diào)度員呼叫司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)等移動(dòng)終端這種調(diào)度電話業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)就是通過(guò)調(diào)度通信系統(tǒng)與GSM-R系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。調(diào)度系統(tǒng)的語(yǔ)音通信需求主要有以下有4種。

智能呼叫：行車(chē)調(diào)度員通過(guò)車(chē)次功能號(hào)尋址方式（無(wú)需記住機(jī)車(chē)司機(jī)的移動(dòng)終端號(hào)碼）對(duì)調(diào)度轄區(qū)內(nèi)的機(jī)車(chē)司機(jī)進(jìn)行呼叫并通話；機(jī)車(chē)司機(jī)通過(guò)位置尋址方式對(duì)本站/前方站/后方站的車(chē)站值班員進(jìn)行呼叫并通話，此方法中的位置尋址是通過(guò)GSM-R小區(qū)信息實(shí)現(xiàn)的；車(chē)站值班員按車(chē)次號(hào)通過(guò)功能號(hào)尋址方式（無(wú)需記住機(jī)車(chē)司機(jī)的移動(dòng)終端號(hào)碼）對(duì)機(jī)車(chē)司機(jī)進(jìn)行呼叫并通話；行車(chē)調(diào)度員對(duì)調(diào)度管轄區(qū)內(nèi)車(chē)站值班員進(jìn)行呼叫并通話；機(jī)車(chē)司機(jī)按位置尋址方式對(duì)當(dāng)前所在調(diào)度管轄區(qū)的行車(chē)調(diào)度員進(jìn)行呼叫并通話；車(chē)站值班員用移動(dòng)終端號(hào)碼對(duì)行車(chē)調(diào)度員進(jìn)行呼叫并通話；車(chē)站值班員以單鍵方式對(duì)相鄰車(chē)站值班員進(jìn)行呼叫并通話。

語(yǔ)音組呼（VGCS）：該話音通信方式可以使各被叫均可加入通話過(guò)程中，在通信的過(guò)程中所有參與者都可進(jìn)行講話，包括行車(chē)調(diào)度員對(duì)調(diào)度管轄區(qū)內(nèi)的所有機(jī)車(chē)司機(jī)進(jìn)行呼叫并通話；行車(chē)調(diào)度員對(duì)調(diào)度管轄區(qū)內(nèi)的所有車(chē)站或某些車(chē)站值班員進(jìn)行呼叫并通話；行車(chē)調(diào)度員對(duì)調(diào)度管轄區(qū)內(nèi)指定車(chē)站的車(chē)站值班員、助理值班員以及該車(chē)站基站范圍內(nèi)的所有機(jī)車(chē)司機(jī)進(jìn)行呼叫并通話；行車(chē)調(diào)度員對(duì)調(diào)度管轄區(qū)內(nèi)的列車(chē)段（車(chē)務(wù)段、客運(yùn)段）、機(jī)務(wù)段運(yùn)轉(zhuǎn)、電力牽引變電所值班員等進(jìn)行呼叫并通話；行車(chē)調(diào)度員、車(chē)站值班員、救援列車(chē)主任、助理值班員之間通過(guò)組呼方式進(jìn)行通話；車(chē)站基站范圍內(nèi)機(jī)車(chē)司機(jī)和運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)、車(chē)站值班員、助理值班員之間通過(guò)組呼方式進(jìn)行通話。

語(yǔ)音廣播呼叫：為調(diào)度管轄區(qū)內(nèi)所有機(jī)車(chē)司機(jī)接收行車(chē)調(diào)度員所發(fā)布得語(yǔ)音廣播。

緊急呼叫：組呼的一種延伸，具有呼叫優(yōu)先級(jí)劃分功能，系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置不同優(yōu)先級(jí)的組呼完成鄰近的工務(wù)人員和道口人員、機(jī)車(chē)司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)長(zhǎng)之間緊急呼叫并通話，以及所屬區(qū)間的車(chē)站值班員、機(jī)車(chē)司機(jī)和所在調(diào)度管轄區(qū)的行車(chē)調(diào)度員之間緊急呼叫并通話。

1.2調(diào)度通信組網(wǎng)

FAS（固定用戶接入）系統(tǒng)是按照鐵路調(diào)度通信需求研制開(kāi)發(fā)的鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)，具備與GSM-R網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的功能。各調(diào)度臺(tái)通過(guò)FAS網(wǎng)絡(luò)接入，連接GSM-R網(wǎng)絡(luò)，GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋連接各機(jī)車(chē)綜合無(wú)線通信系統(tǒng)，GSM-R網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)交換中心MSC之間通過(guò)E1接口相連接，接口信令采用SS7。主FAS系統(tǒng)通過(guò)30B+D接口接入GSM-R交換中心MSC，接口信令采用DSS1；主FAS系統(tǒng)通過(guò)30B+D接口與分FAS系統(tǒng)相連，接口信令同上。

行車(chē)調(diào)度臺(tái)和車(chē)站值班臺(tái)與FAS的連接是通過(guò)2B+D接口實(shí)現(xiàn)，其他固定電話與FAS的連接是通過(guò)Z接口或2B+D接口等方式實(shí)現(xiàn)的。

CIR（車(chē)載綜合通信設(shè)備）和作業(yè)移動(dòng)終端內(nèi)部設(shè)置有GSM-R通信模塊，通過(guò)空口（Um）接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)。

1.3 GSM-R車(chē)載設(shè)備

固定用戶接入系統(tǒng)、GSM-R移動(dòng)交換系統(tǒng)與GSM-R車(chē)載通信設(shè)備構(gòu)成完整調(diào)度通信網(wǎng)。GSM-R車(chē)載設(shè)備即機(jī)車(chē)綜合無(wú)線通信設(shè)備（CIR），它既有傳統(tǒng)的450MHz工作模式也有GSM-R工作模式，在GSM-R工作模式下又具備語(yǔ)音與數(shù)字信號(hào)傳輸功能，可實(shí)現(xiàn)GSM-R系統(tǒng)的單呼、廣播呼叫、組呼、緊急呼叫等調(diào)度通信功能；數(shù)據(jù)通訊配備6個(gè)應(yīng)用數(shù)據(jù)接口，可同時(shí)用于電路型數(shù)據(jù)直傳和分組域數(shù)據(jù)的傳輸，還擁有調(diào)度命令和進(jìn)路預(yù)告信息傳輸、機(jī)車(chē)信號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)信息傳輸、無(wú)線車(chē)次校核信息傳輸以及調(diào)車(chē)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽硗膺€具備與機(jī)車(chē)上的其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，滿足鐵路發(fā)展眾多的需要。

CIR設(shè)備還配置了GPS衛(wèi)星定位單元，即GPS單元。其主要功能可通過(guò)衛(wèi)星對(duì)機(jī)車(chē)提供實(shí)時(shí)定位，并具有線路數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)功能，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)切換運(yùn)行線路。還可為CIR設(shè)備提供國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

CIR設(shè)備由主機(jī)（機(jī)箱式結(jié)構(gòu)）、操作顯示終端（MMI）、送受話器、打印機(jī)和機(jī)柜組成。主機(jī)由主控單元、音頻控制單元、GSM-R語(yǔ)音通訊模塊單元、GSM-R數(shù)據(jù)單元、記錄單元、GPS衛(wèi)星定位模塊、供電與電源控制模塊。主控單元采用ARM控制芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元的控制任務(wù)。

主控板用于實(shí)現(xiàn)與各個(gè)模塊單元通訊，完成主控板和接口單元的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，并根據(jù)操作顯示終端的操作命令向其它單元下達(dá)命令采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行控制。主控板與操作顯示終端進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，將設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)傳給操作顯示終端進(jìn)行顯示，并接收操作顯示終端傳來(lái)的操作命令。endprint

音頻控制單元具備450MHz、GSM-R等音頻信號(hào)源，其主要由GSM-R語(yǔ)音模塊、450MHz列調(diào)電臺(tái)和記錄單元等組成，音頻控制單元根據(jù)主控板的命令，完成話音通路的交換連接。

GPS衛(wèi)星定位模塊單元配有鐵路線路有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)定位信息，可以確定當(dāng)前列車(chē)所處的線路位置，根據(jù)此信息主機(jī)控制設(shè)備自動(dòng)切換到與當(dāng)前線路相適應(yīng)的通信工作模式。

記錄單元主要由CPU、存儲(chǔ)體、時(shí)鐘芯片等組成，具有話音和數(shù)據(jù)記錄、回放功能。存儲(chǔ)體采用大容量CF卡，滿足現(xiàn)場(chǎng)所需記錄時(shí)間，即可使用指定的讀取設(shè)備讀取記錄的話音和數(shù)據(jù)，也可將存儲(chǔ)卡用特定鑰匙取出進(jìn)行數(shù)據(jù)回放、分析。

接口單元為主機(jī)與各個(gè)模塊之間的橋梁，與MMI、450MHz單元及各種機(jī)車(chē)應(yīng)用設(shè)備連接。

開(kāi)關(guān)電源模塊、蓄電池及電源控制板等組成供電及電源控制單元。開(kāi)關(guān)電源采用主備開(kāi)關(guān)電源模塊，將110V轉(zhuǎn)換成直流13.3V和13.8V工作電壓，通過(guò)保護(hù)電路、控制電路處理后，供CIR設(shè)備使用。蓄電池為免維護(hù)鉛酸蓄電池，當(dāng)110V供電中斷時(shí)，為系統(tǒng)提供應(yīng)急工作電源。電源控制部分檢測(cè)電源及蓄電池的工作狀態(tài)，傳送給主控單元，并根據(jù)主控單元的命令對(duì)電源進(jìn)行控制。控制部分直接讀取MMI電源開(kāi)關(guān)鍵的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)和復(fù)位操作。控制部分配有蓄電池檢測(cè)電路，控制蓄電池供電，避免蓄電池過(guò)放。

鐵路列車(chē)的快速、準(zhǔn)點(diǎn)行駛有賴(lài)于一套高效、集中、技術(shù)成熟的調(diào)度系統(tǒng)，從2002年鐵道部規(guī)劃GSM-R作為鐵路未來(lái)的發(fā)展方向到GSM-R網(wǎng)絡(luò)首次應(yīng)用在大秦鐵路，鐵路GSM-R通信發(fā)展已進(jìn)入了一個(gè)快車(chē)道，移動(dòng)通信系統(tǒng)在高速鐵路、青藏鐵路等的使用，也更進(jìn)一步促進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步。

2 GSM-R未來(lái)發(fā)展方向展望

未來(lái)GSM-R移動(dòng)通信技術(shù)會(huì)有更多的應(yīng)用方向，例如視頻會(huì)議、視頻通話、貨物追蹤、車(chē)廂和站臺(tái)的視頻監(jiān)測(cè)、無(wú)人駕駛、智能控制等。

目前高速鐵路的發(fā)展大大提高了貨、客運(yùn)的運(yùn)輸速度，鐵路運(yùn)輸數(shù)字化進(jìn)程加快，因此對(duì)安全有了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，如何進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸，是制約鐵路發(fā)展的關(guān)鍵因素，這就要提高通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，提高通信數(shù)據(jù)的吞吐量，鐵路線路地形復(fù)雜，地貌種類(lèi)繁多，曾經(jīng)在青藏鐵路，我們?cè)龅搅藘鐾羵鬏數(shù)膯?wèn)題，進(jìn)行了成功的克服，未來(lái)會(huì)有更多的問(wèn)題需要解決，這一切都需要通信技術(shù)人員的不懈努力。endprint