GSM-R通信網絡在城市軌道交通中的應用研究

楊建廣

（天津市地下鐵道運營有限公司，天津 300000）

GSM-R作為一種通信系統，期初主要是針對大鐵而研發的一種通信系統，在歐洲，GSM-R通信系統則是鐵路專用通信系統。近年來，我國列車大幅提速，車地傳輸信息量增大，對車地通信網絡系統提出更高要求，GSM-R通信系統以光纜為傳播手段既能滿足高速列車的通信需求，又能保證高速列車的通信安全。此時，GSM-R網絡通信系統迎來了高速發展時期。

1 GSM-R通信系統發展現狀

列車運行控制系統在鐵路發展過程中扮演著重要角色，在我國以及國外都有一套成熟完整的列車控制系統，CTCS系統是我國現階段高速列車主要的車控系統，它是了參考歐洲的車控系統，并根據我國高速鐵路的特點進行改進之后形成的一種高可靠性，高安全性，并嚴格遵守各項高速列車運行的各項指標規定的先進列控系統。雖然各國列控系統各不相同，但是GSM-R通信網絡系統作為列車通信的主要手段，在各國列控系統中都是不可或缺的一部分，它保證了列車的高速，平穩以及安全運行。

列車運行控制系統簡稱列控系統，我國鐵路從蒸汽時代，到電氣化時代，再到今天的高鐵時代，都離不開列控系統，GSM-R通信系統作為列控系統一部分，利用GSM-R的通信功能可以實現列車運行線路的全方位覆蓋，實時實地進行通信，實現車地通信全天不間斷傳輸。目前我國已建成具有代表性的GSM-R通信網絡線路有青藏線，大秦線和膠濟線。根據我國的鐵路規劃，到2020年我國鐵路營業里程將會達到10萬公里，運輸能力滿足國民經濟和社會發展需要，為GSM-R在中國的發展提供了寬廣的發展空間。

GSM-R通信網絡傳輸距離長，能夠充分滿足大鐵的各種通信需求，且網絡容量大，不會產生網絡延遲和信息卡阻，目前，GSM-R通信在各國不同的鐵路系統中都得到長足發展，共同推動GSM-R通信系統朝著現代化的方向發展。隨著科技進步，GSM-R通信系統已不斷完善，但是GSM-R的通信干擾問題，業務擴展問題等仍是目前需要行業攻克的難題。

2 GSM-R通信網絡的結構及功能

GSM-R通信網絡系統經歷了歐洲多國以及我國高速鐵路的實踐驗證，其結構和功能已經趨于成熟。由于各國對網絡通信的要求不一樣，因此導致了各國的GSM-R通信網絡系統的結構和功能也不相同。

GSM-R通信系統由專門的設備和網路組成，以滿足高速鐵路通信的高質量，高速度的需求，使地面設備和列車實現車地通信的連續性。GSM-R通信網絡系統可以看作是某個固定網絡的擴展，或者是一個采用統一編號方案的MSC的集合，它是陸地移動網絡和固定網絡的接入單元。GSM-R作為一種鐵路專用網路，由若干個功能實體組成，這些功能實體所實現的功能的集合就是網絡能夠提供給用戶的所有基本業務和補充業務，以及對于用戶數據和移動性的操作和管理，GSM-R的補充業務可以實現與公用網路的互聯互通，滿足現代高速鐵路上旅客的上網需求，其結構如圖1所示。

圖1 GSM-R通信系統結構示意圖

由圖可知，GSM-R通信網絡系統結構主要由BSS功能設備，NSS功能設備，OSS功能設備以及GSM-R通信網絡系統的接口協議幾個部分組成。圖中BSS基站子系統主要包括BSC基站控制器，BTS基站收發信機以及TRAU子系統接口三個部分，其中，BSC基站控制器負責管理BTS基站收發信機與MSC核心網絡交換機之間的信息交換，BTS基站收發信機負責GSM-R系統與MC移動臺之間的通信。另外，MSC核心網絡中心主要設備是NSS網絡子系統，它主要負責設備端之間的呼叫，客戶端的數據管理，移動設備的移動可能性管理以及移動設備與固定設備間的網絡管理，NSS網絡子系統與固定設備間的管理接口取決于兩者之間的網路類型。OSS操作和維護子系統是GSM-R通信網絡系統的一個子系統，它獨立于GSM-R系統之外，為GSM-R其他子系統提供管理以及維護。由圖可知，OSS操作和維護子系統包括OMC-R和OMC-S，前者負責BSS基站子系統的管理，后者負責NSS網絡子系統的管理。

3 GSM-R網絡在城市軌道交通中的應用

3.1 GSM-R通信網絡系統在正線中的應用

GSM-R有多種不同的網絡覆蓋方案，根據地理條件、布線難度、現場調節各方面的因素考慮，每個個案會選擇適合自己覆蓋方案。圖2所示的GSM-R通信網絡覆蓋方案為單網交織冗余覆蓋方案，該覆蓋方案已有一層冗余覆蓋，相對于普通的單網方案，通過增加加密基站設備的方法來提高可靠性。其設置方法為單MSC，單BSC，這種方案具備覆蓋電平高并且抗干擾能力強的優勢。

圖2 GSM-R單網交織冗余覆蓋網絡方案

在我國，軌道交通一般都會采用基于GSM-R的單網交織冗余覆蓋的網絡通信方案，在覆蓋方案中奇數基站與偶數基站分別布置在線路兩端，每4對奇偶數基站配備雙LOOP環路，結合10G系統構建傳輸系統。這種覆蓋方案能夠達到單基站和直放站發生故障的情況下，GSM-R通信網絡系統仍能正常工作的目的。

3.2 GSM-R通信網絡系統在城市軌道交通段場調度中的應用

GSM-R通信網絡系統不僅可以在正線形成網絡覆蓋，滿足正線的車地通信需要，也可以滿足列車在段場的調車通信，輪轉檢修，牽引通信等通信需求。該功能主要是在GSM-R通信系統中增加列車的調度通信功能，該功能首先要滿足我國鐵路行業提出的關于鐵路專用調度通信的技術要求，其次必須要滿足段場各種形式下的調車需求。由于GSM-R通信系統不僅可以滿足我國大鐵上高速列車與普速列車之間的通信需求，又可以將大鐵上的各種通信模式融合到GSM-R通信網絡這個統一平臺上，減少了各網絡通信方式間的集成費用以及各各網絡通信方式的運營維護成本。從GSM-R網絡通信的發展歷程來看，GSM-R網絡通信系統不僅已經實現了國際化和標準化，而且各業務功能已經發展的比較全面，因此，將GSM-R網絡通信系統引入城市軌道交通段場調度中時，只需要針對段場的通信特點做相關改的，系統修改量小，且性能可靠。

GSM-R調度通信系統在城市軌道交通段場調度中的應用主要考慮滿足信號樓對列車的調度通信，段場三軌停送電調度通信，牽引機車的調度通信，其他調度通信，段場與停車場間的調度通信，段場應急通信，段場各專業維護檢修通信等等。利用GSM-R進行城市軌道交通的段場通信系統組網，可以完全利用GSM-R的無線組網方式，也可以將GSM-R同有線方式結合起來，共同完成調度通信的組網任務。

4 結束語

由于GSM-R通信網絡系統所涉及的技術要求較多，其具體應用還要結合我國軌道交通的特點。而我國鐵路軌道技術屬于高新技術，需要有熟悉GSM-R通信網絡系統技術和軌道交通通信經驗的技術人員，才能實現GSM-R通信網絡系統在軌道交通行業的廣泛應用。