GSM-R技術在我國鐵路通信應用及發(fā)展前景

杜亮

（上海通信段阜陽通信車間，安徽 阜陽 236000）

1 GSM-R技術簡介

GSM-R（GSM for Railways）是專為鐵路通信設計的綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)滿足國際鐵路聯(lián)盟提出的鐵路專用調(diào)度通信要求，在GSM Phase2+規(guī)范協(xié)議的高級語音呼叫功能：組呼、廣播呼叫、多優(yōu)先級搶占和強拆業(yè)務的基礎上，加入了基于位置尋址和功能尋址等功能，適用于鐵路專用調(diào)度通信的需要。主要提供列車調(diào)度、養(yǎng)護維修作業(yè)通信、應急通信等語音通信功能，可為列車自動控制與檢測信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道。

2 GSM-R系統(tǒng)組成

GSM-R系統(tǒng)包括網(wǎng)絡子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)、運行和業(yè)務支撐子系統(tǒng)和終端設備等四個部分。其中，網(wǎng)絡子系統(tǒng)包括移動交換子系統(tǒng)、移動智能網(wǎng)子系統(tǒng)和通用分組無線業(yè)務子系統(tǒng)。

①網(wǎng)絡交換子系統(tǒng)。主要完成業(yè)務交換及用戶數(shù)據(jù)、移動性管理、安全性管理功能，由一系列功能實體構(gòu)成：移動業(yè)務交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權(quán)中心（AuC）、互連功能單元（IWF）、組呼寄存器（GCR）、短消息服務中心（SMSC）、確認中心（AC）、移動智能網(wǎng)（IN）。各功能實體之間通過No.7信令協(xié)議互相通信。

②通用分組無線業(yè)務子系統(tǒng)。GPRS子系統(tǒng)負責為無線用戶提供分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務。GPRS子系統(tǒng)包括核心層和無線接入層。核心層由 SGSN、GGSN、DNS、RADIUS 等功能實體組成。無線接入層由PCU、基站、終端等組成。GPRS無線接入層組網(wǎng)應充分利用GSM-R系統(tǒng)的設備資源，保護投資；與GSM-R系統(tǒng)共用頻率資源；利用GSM-R系統(tǒng)的基站實現(xiàn)無線覆蓋，不單獨增加GPRS系統(tǒng)基站。

③基站子系統(tǒng)。BSS通過無線接口直接與移動臺相接，負責無線信號發(fā)送接收和無線資源管理；與MSC相連，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)路用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信號和用戶信息等。BSS由基站控制器（BSC）、編譯碼和速率適配單元（TRAU）、基站收發(fā)信機（BTS）、弱場設備等功能實體構(gòu)成。

④運行與支持子系統(tǒng)。OSS包括網(wǎng)絡設備維護管理系統(tǒng)和用戶管理系統(tǒng)。

⑤終端。終端是供GSM-R系統(tǒng)用戶直接操作、使用，用來接入GSM-R網(wǎng)的設備，包括移動臺和無線固定臺。

3 GSM-R功能特點

GSM-R以GSM平臺為基礎,因此除了GSM所具有的越區(qū)切換、漫游等特性外,GSM-R還具有如下專有的特性:

功能尋址 (Functional Addressing,FA):便于固定 (移動)用戶撥號呼叫列車上移動用戶的一種方式。

基于位置的尋址 (Location Dependent Addressing,LDA):便于列車上移動用戶(如火車司機)呼叫固定用戶 (調(diào)度員)的一種方式.例如當火車司機呼叫固定用戶(調(diào)度員)時,系統(tǒng)依據(jù)移動用戶(火車司機)的當前位置(所在控制區(qū)/小區(qū))對固定用戶(調(diào)度員)進行尋址,自動地將呼叫轉(zhuǎn)接到列車當前所在控制區(qū)的調(diào)度員。

語音廣播服務 (Voice Broadcast Service,VBS):VBS可用來在指定區(qū)域(可跨多個小區(qū))內(nèi)廣播消息或發(fā)布緊急呼叫 (一點對多點的呼叫,主呼者講話而眾多的被呼方只能收聽).區(qū)域的定義和選擇可動態(tài)設定,從而具有極大的靈活性。

語音組呼服務(Voice Group Call Service,VGCS):移動或固定用戶撥打組呼ID號,可與指定區(qū)域內(nèi)的小組成員建立呼叫.該組內(nèi)所有成員均可通過同一業(yè)務信道進行接聽;該小組的成員也可通過按鍵講話(PTT)方式發(fā)出通話請求,系統(tǒng)依據(jù)“先請求先服務”的原則建立一個上行鏈路來提供通話服務。

增強的多級優(yōu)先與強占權(quán) (Enhanced M ulti-Level Precedence and Pre-emption,eMLPP):鐵路緊急呼叫或列車自動控制等許多通信應用,都要求網(wǎng)絡無論處于何種負載狀況下均能迅速建立呼叫.如果在一個無線電小區(qū)發(fā)生擁塞 (所有無線電頻率和業(yè)務信道均被占用),eMLPP可立即切斷低優(yōu)先權(quán)的呼叫而優(yōu)先建立高優(yōu)先權(quán)的呼叫。

4 GSM-R技術在我國鐵路通信中的應用

4.1 青藏鐵路

我國在青藏鐵路通信中采用了專用的GSM-R系統(tǒng),解決了凍土地帶信號傳輸問題,減少了維護工作量;創(chuàng)造性的采用雙交換機、同站址雙基站無線覆蓋方式,使GSM-R網(wǎng)絡達到了可靠性、有效性、可維護性、安全性等技術指標要求。

4.2 合寧客運專線

進入2008年,我國鐵路GSM-R通信系統(tǒng)進入全面建設和使用階段,安徽省內(nèi)合寧高速客運專線鐵路建設完工并投入運營,合寧客運專線全長166公里,其中客車運行期間為合肥站至南京站,同時組織部分跨線客車,貨車運行期間為合肥東站至南京東站,因此合寧線GSM-R網(wǎng)絡覆蓋合肥、合肥東至南京、南京東站.合寧GSM-R系統(tǒng)設置基站子系統(tǒng)的基站控制器、編碼器和速率適配單元、PCU設備,根據(jù)場強覆蓋的需要在鐵路沿線設置基站設備和弱區(qū)覆蓋設備,動車組和機車配備機車綜合通信設備,相關移動,工作人員配置手持終端。

5 GSM-R技術的發(fā)展前景

5.1 加強GSM-R理論研究

我國對GSM-R技術的研究始于上個世紀末,雖然我國GSM-R發(fā)展到今天,突破了很多難關,但仍有不少理論難點還未攻克.近年來,GSM-R網(wǎng)絡中GPRS應用中取得了很多理論和實踐突破.比如根據(jù)我國鐵路實際情況,運輸對通信業(yè)務需求量大,但頻率資源緊張的實際情況,采用GPRS這種分組數(shù)據(jù)傳輸方式作為一些非安全數(shù)據(jù)信息的傳輸平臺,以更好的利用頻率資源,為鐵路信息化建設提供傳輸平臺.我國鐵路已先于歐洲發(fā)展基于GSM-R的GPRS業(yè)務是一項開拓性的工作。

5.2 盡快完善適合我國鐵路應用的GSM-R技術規(guī)范體系

通過制定標準與規(guī)范,一方面為網(wǎng)絡規(guī)劃、建設和運維管理提供技術依據(jù),確保網(wǎng)絡完整、統(tǒng)一和安全可靠,提高服務質(zhì)量、合理地利用頻譜、碼號等資源;另一方面,也為各廠家平等接入提供可循的技術依據(jù),為網(wǎng)絡設備質(zhì)量認證和監(jiān)督的提供依據(jù).此外,通過參與標準研究工作,還可以有效地提高人才的業(yè)務素質(zhì),為我國 GSM-R健康發(fā)展打下堅實的技術基礎。

6 結(jié)語

介于GSM-R技術在鐵路通信網(wǎng)中的應用現(xiàn)狀及其未來的發(fā)展趨勢,鐵路通信網(wǎng)應該抓住當今通信技術的發(fā)展潮流和市場的需要,在保證鐵路通信要求的前提下,既要符合中國鐵路技術政策和有關行業(yè)的技術政策要求,也要密切結(jié)合我國實際需求,合理利用資源,做到技術先進、經(jīng)濟合理、安全適用、現(xiàn)實可行。進一步推動全國既有鐵路通信系統(tǒng)的改造,全面加快鐵路跨越式發(fā)展,實現(xiàn)運輸生產(chǎn)力的大幅度提升,到2020年基本實現(xiàn)中國鐵路現(xiàn)代化,為國民經(jīng)濟的穩(wěn)步增長打下堅實的基礎。

[1]鐘章隊,李旭,蔣文怡.鐵路綜合數(shù)字通信系統(tǒng)(GSM2R)[M].北京:中國鐵道出版社,2003.

[2]韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡優(yōu)化[M].北京：機械工業(yè)出版社.