淺談GSM-R技術及在鐵路通信中的應用

李洪林

(上海通信段合肥高鐵通信車間, 安徽 合肥230031)

進入21世紀，隨著鐵路跨越式的發展，鐵路通信系統也迎來了劃時代的轉變，近年來隨著運輸量的日益增長，使得列車重量加大，列車編組加長。GSM-R技術是基于成熟、通用的公共移動無線通信系統GSM平臺之上，專門為滿足鐵路應用而開發的數字式移動無線通信技術。在鐵路通信中，它能夠提供定制的附加功能，如優先級和強插功能、話音組呼及廣播功能、位置尋址及功能尋址和安全數據通信等，是一種經濟高效的綜合數字移動通信系統。隨著我國鐵路信息化建設的不斷發展，鐵路數據信息業務量的多樣化和高速率，使得GSM-R系統在國內有著廣闊的發展空間，GSM-R技術也正是順應時代的發展，利用其固有的GSM-R網絡特性，為鐵路信息化和自動化發展奠定良好的基礎，利用通信的手段實現鐵路移動設施和固定設施的無縫連接,確保列車平穩高速、安全地運行。

1 GSM-R系統概述

GSM-R是一個比較完善的、綜合業務的鐵路數字移動通信平臺。GSM-R可以囊括目前各種無線通信系統業務，包括無線列調、平面調車以及各部門各工種的對講機通信系統，提供列車調度、編組場調車、區間維修、工程施工、應急搶險以及普通話音（即公務通信）等需要的移動通信功能；可以取代傳統的電纜加通話柱的區間通信方式，能夠給鐵路運輸指揮帶來更多的好處、提供更多的先進功能，滿足鐵路運輸生產各種基本要求；另外由于其組網方式和系統功能，完全具備了目前的有線調度通信系統功能；特別是GSM-R還滿足了列車高速運行速度下的傳輸列控信息的任務。

GSM-R系統一般由交換子系統（SSS）、基站子系統（BSS）、運行與維護子系統（OMC）、終端子系統及移動智能網子系統（IN）等組成。根據中國鐵路行車密度高、運輸組織復雜等特點，為了解決大量的非列控數據傳輸，采用通用分組無線業務子系統(GPRS)，與既有有線調度通信系統相結合，實現了有線與無線調度的兩網有機結合。

1.1 GSM－R系統組成

GSM-R 系統由六個子系統組成：交換子系統（SSS）、基站子系統（BSS）、運行與維護子系統（OMC）、通用分組無線業務子系統（GPRS）、終端子系統及移動智能網子系統（IN），并通過交換子系統（SSS）中的網關移動交換中心（GMSC）實現與其他通信網絡的電路域業務的互聯互通，通過通用分組無線業務系統（GPRS）中的網關GPRS業務支持節點（GGSN）實現與其他數據信息網絡的分組域業務的互聯互通。

GSM－R系統框圖如下圖，A接口往右是NSS系統，它包括有移動業務交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AUC）和移動設備識別寄存器（EIR），組呼寄存器（GCR）, 操作維護中心(OMC),A接口往左Um接口是BSS系統，它包括有基站控制器（BSC）和基站收發信臺（BTS）。Um接口往左是移動臺部分（MS），其中包括移動終端（MS）和客戶識別卡（SIM）。

1.2 GSM-R工作頻率

GSM-R系統可以在876～960MHz整個頻率范圍內工作,但CEPT(歐洲郵政與電信會議 )為歐洲國家的鐵路通信系統指定了一個專用頻帶,也即UIC(國際鐵路聯盟)的GSM-R頻帶:移動站到基站(上行鏈路)為876～880MHz,基站到移動站(下行鏈路 )為921～925MHz。典型覆蓋距離約為5～10公里,對高速列車來說這是保證系統容量和服務質量的最小范圍;更適于隧道內通信(相對450MHz和1800MHz頻帶)。

1.3 GSM-R系統結構與覆蓋

GSM-R可以構成既含有面狀覆蓋又含有鏈狀覆蓋的網絡,既可用于地區性的覆蓋也可用于全國性的覆蓋。面狀覆蓋采用多小區 (或多扇區)蜂窩結構,每個基站(BTS)覆蓋一個小區(cell),當然也可以采用重疊覆蓋小區結構。

1.4 GSM-R關鍵技術

工作頻段的分配、時分多址(TDMA)技術、時分多址幀結構、空間分集、時間色散和均衡、基站與移動臺間的時間調整、 話音編碼、信道編碼、交織技術、跳頻技術、保密措施等。

我國GSM-R除了具備GSM-R現有的功能特性，還應有無線列調功能、按近連續式機車信號傳輸、區間移動人員通信，以及根據我國的鐵路的地理位置進行合理的GSM-R系統區間的場強覆蓋。

2 GSM-R技術在鐵路通信中的應用

2.1 調度通信功能調度通信系統業務包括列車調度通信、貨運調度通信、牽引變電調度通信、其他調度及專用通信、站場通信、應急通信、施工養護通信和道口通信等。

2.2 車次號傳輸與列車停穩信息傳送

車次號傳送是鐵路實現運輸生產調度指揮現代化的重要一環，即要實現調度中心對移動體位置管理，首先要實現調度中心對列車的車次號自動跟蹤。基于GSM-R電路交換技術(或GPRS技術)的數據采集傳輸應用系統，可實現GSM-R車次號傳輸與列車停穩信息的數據傳輸，保證鐵路運輸管理和行車安全性。

2.3 調度命令傳送功能鐵路調度命令是調度所里的調度員向司機下達的書面命令，它是列車行車安全的重要保障。采用GSM-R系統傳輸通道傳輸調度命令無疑將加速調度命令的傳遞過程，提高工作效率。

2.4 列車尾部裝置信息傳送功能將尾部風壓數據反饋傳輸通道納入GSM-R通信系統，可以方便地解決尾部風壓數據傳輸問題。

2.5 調車機車信號和監控信息系統傳輸功能提供調車機車信號和監控信息傳輸通道，實現地面設備和多臺車載設備間的數據傳輸，并能夠存儲進入和退出調車模式的有關信息。

2.6 列車控制數據傳輸功能采用GSM-R通信系統實現車地間雙向無線數據傳輸，提供車地之間雙向安全數據傳輸通道。

2.7 區間移動公務通信在區間作業的水電、工務、信號、通信、供電、橋梁守護等部門內部的通信，均可以使用GSM-R作業手持臺，作業人員在需要時可與車站值班員、各部門調度員或自動電話用戶聯系。緊急情況下，作業人員還可以呼叫司機，與司機建立通話聯絡。

2.8 應急指揮通信話音和數據業務應急通信系統是當發生自然災害或突發事件等影響鐵路運輸的緊急情況時，在突發事件現場與救援中心之間，以及現場內部采用GSM-R通信系統，建立語音、圖像、數據通信系統。

2.9 旅客業務：利用GSM-R數據通信業務，每列旅客列車都能與地面中心維持一條實時雙向數據傳輸通道，所有與旅客相關的移動信息服務數據(車-地和地-車)都可以通過這條通道進行傳輸，為旅客提供優質服務，增加旅客的舒適性。如購票服務、預定服務、時刻表信息以及與公網通信等。

結語

鐵路通信網是保證行車安全、提高運輸效率的有力工具。GSM-R作為我國專門為滿足鐵路應用而開發的數字式無線通信系統，更具有適應鐵路運輸特點的優勢，必將在鐵路運輸生產中發揮越來越重要的作用。可以預見在不久的將來，必將建成覆蓋全路各線的GSM-R網絡。

[1]鐘章隊.路數字移動通信系統(GSM-R)應用基礎理論[M].

[2]朱惠忠，張亞平，蔣笑冰.GSM—R通信技術及與應用[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[3]馬寧.GSM與GSM－R之異同及GSM－R在高速鐵路上的應用[J].武漢船舶職業技術學院學報，2009(5).

[4]張友生.遠程控制編程技術[M].北京:電子工業出版社,2002(1).