我國鐵路GSM-R的建設(shè)與發(fā)展

■ 馬芳

國際鐵路聯(lián)盟（U IC）提出的鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R），經(jīng)過長期深入的研究，已經(jīng)成為對(duì)各國鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)由模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)演進(jìn)有重大影響的技術(shù)。早在1994年，我國鐵路即開始對(duì)鐵路無線通信技術(shù)演進(jìn)方向的研究，相繼對(duì)模擬集群、TETRA和GSM-R等技術(shù)進(jìn)行理論研究、技術(shù)比選和工程試驗(yàn)，結(jié)合我國鐵路發(fā)展的需求，特別是高速鐵路列車控制系統(tǒng)的需求，于2003年將GSM-R確定為我國鐵路數(shù)字移動(dòng)技術(shù)的基本制式。在隨后的幾年里，我國鐵路通過引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新，使GSM-R走上快速發(fā)展的道路，在列車控制、高原鐵路、貨運(yùn)重載成套技術(shù)的形成和發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，特別是在高速鐵路建設(shè)和運(yùn)營中GSM-R技術(shù)體現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步推動(dòng)GSM-R技術(shù)在世界鐵路范圍內(nèi)的延伸，帶動(dòng)了高速移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了GSM-R產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)

為適應(yīng)我國鐵路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸模式的實(shí)際情況，GSM-R技術(shù)引入我國之后，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能實(shí)現(xiàn)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、配套設(shè)備等方面都存在再規(guī)劃、再開發(fā)和本土化的問題，GSM-R要在我國獲得長足的發(fā)展，滿足我國鐵路運(yùn)輸組織的要求，必須進(jìn)行系統(tǒng)全面的功能試驗(yàn)驗(yàn)證。從2003年開始，我國鐵路陸續(xù)在格爾木—拉薩、大同—秦皇島、濟(jì)南—青島開通試驗(yàn)線，分別采用廠商提供的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開展GSM-R試驗(yàn)應(yīng)用，積累了大量的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基本經(jīng)驗(yàn)。2005年制定了GSM-R網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)劃，確定我國鐵路GSM-R總體技術(shù)方案（技術(shù)體制），為GSM-R技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.1 核心網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的特點(diǎn)

我國鐵路路網(wǎng)的基本特點(diǎn)是：規(guī)模大、點(diǎn)多線長，以鐵路局為中心進(jìn)行區(qū)域化運(yùn)輸組織。鐵道部組織專家針對(duì)這些特點(diǎn)進(jìn)行深入研究和反復(fù)論證，在借鑒歐洲鐵路GSM-R組網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)和我國移動(dòng)通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了我國鐵路GSM-R核心網(wǎng)的建設(shè)組網(wǎng)模式，即設(shè)置北京、武漢為全國核心網(wǎng)骨干業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，在北京、武漢、西安三地設(shè)置區(qū)域的話務(wù)匯接中心。

我國鐵路GSM-R核心網(wǎng)規(guī)劃包括電路域、智能網(wǎng)和分組域。電路域核心網(wǎng)采取統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、分步實(shí)施的策略，19個(gè)核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)隨著鐵路建設(shè)項(xiàng)目安裝調(diào)試和聯(lián)網(wǎng)。智能網(wǎng)采用業(yè)界通用的業(yè)務(wù)控制點(diǎn)（SCP）集中設(shè)置方案，全網(wǎng)設(shè)置一對(duì)具有異地容災(zāi)備份功能的SCP，基于CAM EL3協(xié)議實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)功能。分組域采用二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通用分組無線服務(wù)業(yè)務(wù)（GPRS）本地網(wǎng)與歸屬M(fèi) SC同址設(shè)置，骨干網(wǎng)數(shù)據(jù)路由由鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承載。

目前，已完成北京和武漢核心節(jié)點(diǎn)之間的地理容災(zāi)和冗余備份處理系統(tǒng)建設(shè)，形成北京、西安、武漢路由匯聚交換層，建成開通12個(gè)GSM-R核心交換節(jié)點(diǎn)，后續(xù)節(jié)點(diǎn)將逐步建設(shè)，并實(shí)現(xiàn)重要節(jié)點(diǎn)的冗余備份。

1.2 無線網(wǎng)技術(shù)規(guī)劃和建設(shè)的特點(diǎn)

我國GSM-R無線網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)綜合考慮了鐵路運(yùn)輸?shù)母鞣N應(yīng)用場(chǎng)景，策略是：統(tǒng)一規(guī)劃、按線建設(shè)、分等級(jí)裝備。無線網(wǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)是新建高等級(jí)鐵路、應(yīng)用分散自律調(diào)度集中指揮系統(tǒng)（CTC）的線路、運(yùn)行CTCS列車控制系統(tǒng)的線路和開通重載組合貨運(yùn)列車機(jī)車同步操縱系統(tǒng)的線路，進(jìn)一步考慮在擴(kuò)能改造和提速線路上應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)在路網(wǎng)干線上全面應(yīng)用。

在普速線路，一般采用單層網(wǎng)覆蓋方式；在高速鐵路線上，采用深度冗余技術(shù)和高可靠性產(chǎn)品，構(gòu)建單層交織覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)，有效避免單點(diǎn)故障引起的網(wǎng)絡(luò)中斷；在部分特殊的線路，如青藏鐵路和大秦線則采用同站址雙基站無線覆蓋方式，提高GSM-R網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性。針對(duì)復(fù)雜的地理環(huán)境，采用基站與光纖直放站相結(jié)合技術(shù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，目的是在保證基本功能的前提下，盡可能節(jié)約建設(shè)投資。目前我國鐵路已經(jīng)建成GSM-R無線網(wǎng)約1.3萬km，在建網(wǎng)絡(luò)近6 000 km，規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)約6.2萬km。

2 業(yè)務(wù)發(fā)展和應(yīng)用

我國鐵路GSM-R業(yè)務(wù)取得了長足的發(fā)展，承載的業(yè)務(wù)覆蓋鐵路行車指揮、運(yùn)營維護(hù)、安全監(jiān)控等多個(gè)方面，按業(yè)務(wù)類型分為4類。

（1）話音通信類：提供列車無線調(diào)度通信、公務(wù)通話、區(qū)間治安防范、施工養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急通信等業(yè)務(wù)。包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫、功能尋址、位置尋址、廣播呼叫、語音組呼、緊急呼叫、多優(yōu)先級(jí)強(qiáng)拆、呼叫限制等功能。

我國鐵路調(diào)度通信在結(jié)構(gòu)和功能上均有別于歐洲GSM-R語音通信系統(tǒng)，我國調(diào)度通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)裝備基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，其中自主研制的固定用戶接入交換機(jī)（FAS），既能滿足與移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（M SC）互聯(lián)承載GSM-R話音業(yè)務(wù)的要求，也可以兼容我國鐵路既有調(diào)度通信系統(tǒng)的功能。交換機(jī)、調(diào)度臺(tái)、機(jī)車綜合無線通信設(shè)備（CIR）、專用作業(yè)手持終端（OPH）、通用手持終端（GPH）等移動(dòng)話音終端和SIM卡也實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，并隨著第一條GSM-R線路的開通投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

（2）電路域數(shù)據(jù)傳輸類：包括列車運(yùn)行控制信息、機(jī)車同步操控信息、組合貨運(yùn)列車列尾風(fēng)壓信息等使用GSM-R電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

（3）GPRS分組域數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)：包括調(diào)度命令信息、車次號(hào)校核信息、車載監(jiān)控裝置信息、客運(yùn)信息等。其中調(diào)度命令信息傳輸是我國CTC的重要組成部分，調(diào)度命令傳輸業(yè)務(wù)將列車的車次號(hào)自動(dòng)校核信息、臨時(shí)調(diào)度命令、前方車站的進(jìn)路預(yù)告信息等通知到列車司機(jī)，為此，鐵道部組織制定了GSM-R車次號(hào)/調(diào)度命令信息傳輸技術(shù)方案，研制開發(fā)了GPRS接口服務(wù)器（GRIS）、GPRS用戶歸屬服務(wù)器（GROS）、車次號(hào)編解碼器、機(jī)車綜合無線通信設(shè)備等系統(tǒng)設(shè)備和終端，成功地解決跨鐵路局、跨調(diào)度區(qū)段的調(diào)度命令信息傳輸問題，大大提高了行車指揮信息傳輸?shù)男省?/p>

（4）數(shù)據(jù)與話音同傳（編組站調(diào)車通信）業(yè)務(wù)：我國鐵路編組站的作業(yè)模式與歐洲有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)在調(diào)車組成員之間的通信需要提供數(shù)話同傳業(yè)務(wù)，既要在通話的同時(shí)進(jìn)行安全數(shù)據(jù)傳輸，還要進(jìn)行調(diào)車作業(yè)單的傳送。為滿足大、中型編組站的安全數(shù)據(jù)、調(diào)車單、語音組呼等通信要求，我國鐵路進(jìn)行了GSM-R系統(tǒng)承載編組站通信業(yè)務(wù)的嘗試。在GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)支持下，采用1.5VGCS信道的通信模式，即講者利用組呼信道之外的0.5專用信道發(fā)送安全數(shù)據(jù)，聽者利用組呼信道的上行信道發(fā)送安全數(shù)據(jù)，在新豐鎮(zhèn)編組站成功實(shí)現(xiàn)了數(shù)話同傳業(yè)務(wù)，滿足端到端安全控制數(shù)據(jù)傳輸延遲小于500 m s的要求。目前，已通過終端與網(wǎng)絡(luò)的工程試驗(yàn)，效果良好。

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

在深入研究UIC EIRENE功能需求規(guī)范（FRS）和系統(tǒng)需求規(guī)范（SRS）的基礎(chǔ)上，鐵道部組織技術(shù)人員結(jié)合我國鐵路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸組織的特點(diǎn)，根椐設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)、設(shè)備研發(fā)等不同階段的工作需要，制定成套的我國鐵路GSM-R技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。主要包括：

（1）系統(tǒng)類標(biāo)準(zhǔn)：包括名詞術(shù)語，總體技術(shù)方案、編號(hào)計(jì)劃、智能網(wǎng)、GPRS、調(diào)度通信等；

（2）工程類標(biāo)準(zhǔn)：包括工程設(shè)計(jì)規(guī)范、施工指南、驗(yàn)收規(guī)范等；

（3）設(shè)備類標(biāo)準(zhǔn)：包括機(jī)車綜合無線通信設(shè)備技術(shù)條件、手持臺(tái)、中繼傳輸設(shè)備等；

（4）應(yīng)用業(yè)務(wù)類標(biāo)準(zhǔn)：包括調(diào)度通信、調(diào)度命令信息傳送技術(shù)條件等；

（5）接口和測(cè)試類標(biāo)準(zhǔn)：包括FAS與GSM-R接口、歸屬位置寄存器（HLR）與SCP接口等；

（6）維護(hù)類標(biāo)準(zhǔn)：包括運(yùn)用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、維護(hù)規(guī)則等。

以上標(biāo)準(zhǔn)分別以鐵路標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件、暫行技術(shù)條件、規(guī)則等形式發(fā)布，在我國鐵路GSM-R系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮了重要的理論指導(dǎo)作用。隨著實(shí)踐的逐步深入，鐵道部還將根椐實(shí)際應(yīng)用中的具體情況不斷組織完善更新。

4 互聯(lián)互通測(cè)試

為適應(yīng)我國鐵路分線分期建設(shè)模式和GSM-R系統(tǒng)由多個(gè)供應(yīng)商設(shè)備組網(wǎng)的需要，鐵道部于2006年啟動(dòng)對(duì)不同廠商GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)互通功能性測(cè)試。通過試驗(yàn)室測(cè)試和工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)不同廠商提供的交換網(wǎng)、無線網(wǎng)、智能網(wǎng)、GPRS設(shè)備功能及其互聯(lián)之后的系統(tǒng)功能進(jìn)行全面驗(yàn)證，包括GSM-R電路域、分組域、智能網(wǎng)的基本功能和鐵路特殊功能，以及點(diǎn)呼、組呼/廣播、優(yōu)先級(jí)呼叫/強(qiáng)占、呼叫限制、功能號(hào)呼叫等鐵路特殊業(yè)務(wù)。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段，無線網(wǎng)設(shè)備與核心網(wǎng)之間采用不同廠商之間的6種混合組網(wǎng)模式，核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間則通過長途電路將分布在北京、廣州、西安的供貨商實(shí)驗(yàn)室設(shè)備連接起來進(jìn)行。歷時(shí)3年，通過實(shí)驗(yàn)室和工程現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)階段，完成廠商之間核心網(wǎng)、無線網(wǎng)、智能網(wǎng)、GPRS相互之間的1 359項(xiàng)互聯(lián)互通測(cè)試用例，驗(yàn)證本地節(jié)點(diǎn)之間、本地節(jié)點(diǎn)與無線網(wǎng)絡(luò)之間C/D/G，A，E，G r，Gb，Gn，L接口的互聯(lián)互通能力，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。2011年，啟動(dòng)廠商設(shè)備之間的互聯(lián)互通測(cè)試。

通過互聯(lián)互通測(cè)試，不僅為多廠商GSM-R設(shè)備互聯(lián)組網(wǎng)掃清了技術(shù)障礙，同時(shí)形成我國鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)接口測(cè)試規(guī)范，為后期進(jìn)行的接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)、工程建設(shè)期的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、投入運(yùn)營后的維護(hù)管理，以及設(shè)備升級(jí)、擴(kuò)容測(cè)試等提供了重要的技術(shù)依據(jù)。

5 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理

5年來的GSM-R運(yùn)營維護(hù)工作中，以鐵路專用通信維護(hù)部門為主導(dǎo)，以設(shè)備供貨商為技術(shù)支持，制定了一系列GSM-R網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理辦法、測(cè)試方法，針對(duì)我國鐵路GSM-R面臨的一些突出問題，如開放環(huán)境中無線電干擾、設(shè)備故障、業(yè)務(wù)應(yīng)用設(shè)備故障，以及使用人員操作使用不當(dāng)?shù)戎苯佑绊懢W(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的問題，進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行和運(yùn)用質(zhì)量的不斷提高。

一是全面掌握網(wǎng)絡(luò)狀況。鐵道部基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心和有關(guān)鐵路局利用檢測(cè)車定期進(jìn)行GSM-R網(wǎng)絡(luò)性能質(zhì)量測(cè)試，利用網(wǎng)管和接口監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)CTCS-3級(jí)列控車載設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信行為，鐵道部、鐵路局每月對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)及其承載的應(yīng)用業(yè)務(wù)進(jìn)行運(yùn)用質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的綜合分析，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供有效的依據(jù)。

二是維護(hù)GSM-R沿線電磁環(huán)境的安全。鐵道部組織專業(yè)無線電檢測(cè)隊(duì)伍，采取定點(diǎn)測(cè)試與動(dòng)態(tài)掃描相結(jié)合，必要時(shí)關(guān)閉基站測(cè)試的方法，定期對(duì)GSM-R沿線周邊電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾源并配合清頻。在國家無線電管理部門的支持下，鐵道部、鐵路局與各地方無線電管理部門建立GSM-R頻率長效保護(hù)機(jī)制，加強(qiáng)GSM－R網(wǎng)絡(luò)干擾清頻協(xié)調(diào)工作，在高速鐵路沿線基本實(shí)現(xiàn)階段性清頻目標(biāo)，保障了GSM－R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用的需要。

三是嚴(yán)格管理施工作業(yè)。我國鐵路GSM-R統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施的建設(shè)步驟，決定了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)面臨著大量的新建網(wǎng)絡(luò)對(duì)既有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的干擾。頻繁的新增數(shù)據(jù)制作、新入網(wǎng)設(shè)備調(diào)試、新增核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)等每一項(xiàng)作業(yè)稍有不慎，都有可能對(duì)運(yùn)行中的網(wǎng)絡(luò)帶來難以預(yù)料的影響，輕者影響部分業(yè)務(wù)，重者造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。鐵道部實(shí)行嚴(yán)格的施工作業(yè)和數(shù)據(jù)管理制度，凡是涉及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)變化、核心網(wǎng)互聯(lián)的作業(yè)，實(shí)施方案一律由鐵道部審核批準(zhǔn)，并指派專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)盯控，確保每一次施工的安全。

6 結(jié)束語

我國鐵路GSM-R在發(fā)展、建設(shè)過程中，不斷汲取其他國家鐵路和電信運(yùn)營商的成熟經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)我國鐵路實(shí)際，在國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充完善我國鐵路運(yùn)輸模式下的GSM-R業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方案，探索一套行之有效的工程建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)管理方法，促進(jìn)了我國鐵路GSM-R的順利發(fā)展。我國鐵路將一如既往地加強(qiáng)國際技術(shù)合作，面向各種運(yùn)營條件，開展GSM-R關(guān)鍵技術(shù)的研究，使系統(tǒng)平臺(tái)更加穩(wěn)定；開展核心網(wǎng)的技術(shù)演進(jìn)及冗余備份方案的研究，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的可用性；開展無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化理論和維護(hù)技術(shù)的研究，達(dá)到科學(xué)維護(hù)、實(shí)時(shí)響應(yīng)、及時(shí)網(wǎng)優(yōu)、穩(wěn)定質(zhì)量的運(yùn)維目標(biāo)；開展GSM-R頻率規(guī)劃技術(shù)和綜合業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方法研究，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源利用率最大化。可以預(yù)見，隨著我國鐵路GSM-R向目標(biāo)網(wǎng)建設(shè)的有序推進(jìn)，鐵路數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)將會(huì)發(fā)揮更大的作用。