GSM-R無線網絡通信系統在鐵路上的應用

張博豪

（中國鐵建電氣化局集團北方工程有限公司，山西 太原 030053）

0 引 言

時代的進步發展使得高速鐵路朝著更智能化、綜合化的方向發展，智能化、綜合化的行車調度指揮系統需要高度可靠、高度安全、快速接入的綜合移動通信系統和安全的信息調度指揮通道。鐵路運輸中以無線列調為主的鐵路既有無線通信系統已不適應通信技術發展和現代化鐵路運輸生產的需要。在這樣的背景下，GSM-R數字移動通信系統應運而生，GSM-R數字移動通信系統是基于公共無線通信系統GSM平臺，是為滿足鐵路應用而開發的數字無線通信系統。GSM-R數字移動通信系統的建設實現了鐵路移動通信系統的升級，提升了語言通信質量，并為更多鐵路業務的發展提供了數字化通信平臺，能夠更好地支持鐵路運輸指揮和生產需要，對實現鐵路運輸信息化建設意義重大。為此，文章現就GSM-R無線網絡通信系統在鐵路上的應用問題進行策略分析。

1 GSM-R無線網絡通信系統概述

GSM-R無線網絡通信系統（鐵路移動通信系統）是當前世界范圍內發展最為成熟的公用性較強的公共無線通信系統。該系統是能夠為鐵路列車調度、列車控制、列車速度管理等提供重要的服務支持。GSM-R無線網絡通信系統在GSM標準上增加了適合高速移動環境使用的技術要素，充分汲取了GSM多年發展成果，在以往規范協議的基礎上額外增加了語音呼叫功能、位置尋找功能、位置定位功能。從整合通信的角度來看，GSM-R無線網絡通信系統是一種數字化的集群通信系統，具備無線列調節、編組調車通信、應急通信及養護維修等一系列語言通信服務功能。GSM-R無線網絡通信系統的硬件組成：交換機、基站、機車綜合通信設備及手機等。其中，交換機是整個GSM-R無線網絡通信系統的核心，其主CPU處理器及各個功能模塊的CPU處理器、交換矩陣、內部總線等都是雙備份配置。基站的打造適應了沿鐵路線形覆蓋的基本要求，在惡劣的環境下能夠確保鐵路系統的實時通信。GSM-R無線網絡通信系統的手機和一般普通手機相比外觀相同，但是這個手機除了具備一般手機的語言通話功能，還在內部增加了鐵路運輸專用的調度通信功能，能夠實現對圖像信息和數據信息的無線傳輸。

GSM-R無線網絡通信系統在中國鐵路的上行頻段為885～889 MHz，下行頻段為930～934 MHz，之所以選擇900 MHz周圍頻帶是因為這個頻帶能夠適應時速為500 km/h的高速移動通信使用需要，且整個通信系統在運作的時候能夠抵抗電氣化鐵道電火花的干擾，通信覆蓋范圍達到了5～10 km。

2 GSM-R無線網絡通信系統在鐵路中的作用

第一，實現運輸指揮調度系統語言、數據的傳輸。GSM-R無線網絡通信系統具有功能號碼呼叫、語音廣播、組呼叫業務等功能，在使用的過程中不僅能夠替代當前無線通信系統來實現對列車調度、區間維修、應急搶救等工作的及時通信服務，而且還能夠代替傳統的電纜加通話柱區間通信方式，從而為鐵路運輸指揮提供更為全面的通信服務。第二，為現代信號控制技術的發展提供更加有力的智慧城。以往的信號控制技術具備功能單一、控制分散、發展獨立的特點，GSM-R無線網絡通信系統支持下的通信技術具備高度集中的控制特點，將其應用到鐵路行業能夠為鐵路的穩定運輸提供更加有力的支持，表現為實現對各個移動機車之間車次號、列車位置、列車運行速度信息的調控。

3 GSM-R無線網絡通信系統在鐵路中的應用

GSM-R無線網絡通信系統在鐵路中的應用分為語音業務層面的應用和數據業務層面的應用。

3.1 語音業務應用

鐵路調度通信包含列車通信、貨運通信及牽引變電通信等，同時也包含戰場通信、應急管理通信、施工養護管理通信和道口專用通信。在GSM-R無線網絡通信系統的支持下鐵路調動通信實現了有線調度和無線列調的二網融合發展。第一，點對點呼叫。①調度員呼叫。鐵路調度人員借助一個調度平臺按照車次功能號來呼叫管轄區域范圍內的機車司機、車站值班人員，實現臨近調度區段和分界段的順利通話。②車站值班員的通信。借助一個車站值班臺按照車次的功能號碼和車站基礎站臨近機車司機來進行通話。③機車司機借助操作顯示儀器的終端來一鍵呼叫當前所在調度區域列車調度員、前方調度員和本站臺的調度員。第二，小組呼叫。調度人員呼叫管轄區域范圍內所有車站值班人員，包含車站值班人員、助理值班人員、車站基礎站的機車司機。整個機車司機會向整個調度區域管轄范圍的調度人員和周圍車站值班人員、列車長、工務人員發起緊急呼叫[1]。

3.2 數據業務應用

數據業務服務包含短信息、電路數據信息交換和數據信息的傳輸。第一，電路數據信息的傳輸。鐵路安全型數據信息的傳輸包含列車控制信息、調車監控數據信息、機車同步操作數據信息等。在列車控制中電路型數據的作用是連續傳輸信號信息，列車在接收到GSM-R無線網絡通信系統的指令之后會將所有軌道的運行特性、靜態數據信息曲線、距離數據信息等完整的傳輸到地面無線閉塞服務中心中。第二，分組型數據信息的傳輸。鐵路運行過程中通用的調度命令、車次號碼、列車尾部風壓信息、進站信息等都需要進行分組傳輸。

4 GSM-R無線網絡通信系統的優化發展

4.1 實現對GSM-R無線網絡結構的詳細分析

GSM-R無線網絡通信系統采用了二級網絡結構，主要設立了移動業務大區匯集中心、本地業務端局。GSM-R無線網絡通信系統一般會沿著軌道的方向設定，形成了沿著路軌的橢圓形小區，同時在人口密度不夠高的低速鐵路路段和軌道交接位置上可以實現全小區的覆蓋發展[2]。

4.2 無線網絡的場強設定

GSM-R無線網絡通信系統網絡場強的覆蓋往往和鐵路的具體位置存在關聯，結合鐵路的具體地理位置可以做出多方面的調整和優化，特別是要著重改進下行鏈路的通信信號覆蓋，通過強化信號的覆蓋來提高基站的發射功率，提升天線的掛高。

4.3 做好信號頻率的規劃管理

在鐵路網建設初期階段如果頻率信號規劃不夠合理或者在網絡擴容的過程中出現了頻率分配利用不合理的現象就會使得整個鐵路通信網絡在建設完成之后的一些性能指標降低。為了避免這種現象的出現，在鐵路通信信號頻道分配時需要綜合考慮同一個頻道信息的干擾問題。GSM-R無線網絡通信系統的無線頻率使用十分緊張，因此為了確保鐵路通信系統不受到干擾，并增強通信安全性，需要高效率的使用有限的通信頻率資源，減少外界因素對GSM-R無線網絡通信系統運行的干擾。

4.4 優化無線參數的設置

GSM-R無線網絡通信系統在運行過程中和無線設備接口相關的參數對整個網絡服務性能的影響最為明顯，這種影響具體體現在控制信道選擇、無線測量參數、功率控制參數等方面，這些參數的變化對信令流量的分布、網絡業務性能有著十分重要的影響。因此，為了確保GSM-R無線網絡通信系統穩定運行，需要合理調整無線參數，也就是在綜合考慮無線信道特點、話務流量的情況下借助已經擁有的無線資源通過業務量分擔的方式來實現對全網業務量的均勻處理，從而在最大限度上提升整個網絡的平均服務水平。

4.5 加快打造通信核心網絡

GSM-R無線網絡通信系統是一個基于交換技術的通信網絡體系，在使用的時候和分散設置、直接對講的無線通信呈現出較大的區別。GSM-R無線網絡通信系統在運行時會涉及到智能網絡設備、網絡交換機等多個設備，且在使用時不局限某一個鐵路使用，而是有可能實現整個網絡的隨時隨地共同使用。在這樣的背景下為了確保通信的順暢需要相關人員合理安排核心網絡交換機的建設，對鐵路無線通信系統的交換機進行統一規劃、分層次使用，從而實現對通信資源的合理、優化配置，降低GSM-R無線網絡通信系統建設的成本消耗。此外，在GSM-R無線網絡通信系統打造的過程中還需要著重解決互聯互通的問題。考慮到整個網絡系統屬于鐵路運輸指揮專用的通信系統，整個系統的網絡和業務需具有調度通信所要求的通信、安全、實時性特點，且系統在運行時還需要注重實現和外部通信的連接。

4.6 積極發展感應通信

從實際應用情況來看，感應通信不僅具備移動無線通信的靈活性，而且還具備無線信息傳輸的特點，在具體操作中通過選擇適合的頻率和耦合空間，在以最小耦合損耗的情況下經過波導線的引導傳輸可以解決山區、隧道、井下弱電場現象，使得鐵路在經過這些地區時都能夠接收到信號。

感應通信技術雖然不是一種先進的移動通信技術，但是在具體使用時十分符合我國鐵路運行特點，且具備投資消耗少、施工快速、操作簡單、維修方便的應用特點，能夠有效解決山區電氣化鐵路的無線通信建設問題。

5 結 論

GSM-R無線網絡通信系統在鐵路無線通信系統建設中擁有廣闊的應用前景，其中青藏鐵路的建設成功則是充分驗證了GSM-R無線網絡通信系統在鐵路無線通信領域的應用成效。在未來，伴隨我國鐵路的建設發展，需要相關人員強化對GSM-R無線網絡通信系統組成、特點和應用優勢的分析，并結合鐵路建設將其充分應用到鐵路運輸領域，為鐵路運輸內部各個部門的溝通交流提供有力的支持，促進我國鐵路移動通信朝著更加廣闊的方向發展。