淺析GSM—R系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

鄢江艷

摘要：GSM-R系統(tǒng)主要為鐵路通信服務(wù)的基于GSM系統(tǒng)的專用通信系統(tǒng)，可實現(xiàn)列車調(diào)度、站點通信、應(yīng)急通信及綜合監(jiān)控等功能。本文首先介紹了GSM-R的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，隨后說明了GSM-R系統(tǒng)的功能類型，主要針對傳輸系統(tǒng)和接入系統(tǒng)進行分析，最后分析了GSM-R系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：GSM-R；功能結(jié)構(gòu)；發(fā)展

中圖分類號：G710 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）08-0275-02

一、GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系統(tǒng)是歐洲鐵路綜合調(diào)度移動通信系統(tǒng)的簡稱，是專門為鐵路通信設(shè)計的綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)，它是在8時隙/200KHz TDMA多址方式GSM蜂窩系統(tǒng)上增加調(diào)度通信功能構(gòu)成的一個綜合專用移動通信系統(tǒng)，它基于GSM的基礎(chǔ)設(shè)施及其提供的高級語音呼叫業(yè)務(wù)，提供鐵路特有的調(diào)度業(yè)務(wù)，并以此為信息化平臺，使鐵路部門可以在這個平臺上實現(xiàn)鐵路管理信息的共享。鐵路GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)是鐵路專用移動通信網(wǎng)，是直接為鐵路運輸生產(chǎn)和鐵路信息化服務(wù)的綜合通信平臺。GSM-R系統(tǒng)主要包括：網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、運行與支持子系統(tǒng)（OSS）和終端設(shè)備等四個部分。

1.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)：包括移動交換子系統(tǒng)（SSS）、移動智能網(wǎng)（IN）子系統(tǒng)和通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）子系統(tǒng)。（1）移動交換子系統(tǒng)（SSS）：主要完成用戶的業(yè)務(wù)交換功能，完成用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理。①移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）。MSC是NSS的核心，包含了MSC的所有交換功能，但是比固網(wǎng)的交換機功能更多，包括了移動用戶位置登記與更新，小區(qū)切換，對無線資源進行管理，處理用戶的交換功能，對呼叫進行統(tǒng)計，對信息進行加密，短消息的傳送等。②拜訪位置寄存器（VLR）。當(dāng)一個用戶進入一個MSC內(nèi)的小區(qū)時，需要進行位置登記，是臨時性的，當(dāng)用戶脫離此MSC管轄范圍后，HLR就將其信息刪除。③歸屬位置寄存器（HLR）。HLR是一個用戶的數(shù)據(jù)庫，包含了所有移動用戶的信息，類似于我們的居住地的個人檔案一樣，當(dāng)一個用戶進入某個MSC管內(nèi)時，VLR中沒有這個用戶的信息，那么他將向HLR索要這個用戶的一切相關(guān)信息。④鑒權(quán)中心（AuC）。AuC對用戶進行鑒權(quán)，對各種信息進行加密，采用了一個參數(shù)組，兩邊一致后，說明這個用戶是合法用戶，可以連接入網(wǎng)絡(luò)。⑤其他部件。除了上述主要部件以外還包括以下部件：互連功能單元（IWF）、組呼寄存器（GCR）、短消息服務(wù)中心（SMSC）、確認(rèn)中心（AC）等設(shè)備。（2）移動智能網(wǎng)（IN）子系統(tǒng)：主要是在SSS中引入的智能網(wǎng)功能實體，將網(wǎng)絡(luò)交換功能和業(yè)務(wù)控制功能相分離，實現(xiàn)對呼叫的智能控制。IN包括GSM業(yè)務(wù)交換點（gsmSSP）、GPRS業(yè)務(wù)交換點（gprsSSP）、智能外設(shè)（IP）、業(yè)務(wù)控制點（SCP）、業(yè)務(wù)管理點（SMP）、業(yè)務(wù)管理接入點（SMAP）以及業(yè)務(wù)環(huán)境接入點（SCEP）等設(shè)備。（3）通用無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（GPRS）子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)為無線用戶提供分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。主要包括服務(wù)GPRS支持節(jié)點（SGSN）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點（GGSN）、域名服務(wù)器（DNS）、認(rèn)證服務(wù)器（RADIUS）、分組控制單元（PCU）等設(shè)備。

2.基站子系統(tǒng)（BSS）：通過無線接口直接與移動臺相接，負(fù)責(zé)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。基站子系統(tǒng)（BSS）主要由基站收發(fā)信機（BTS）和基站控制器（BSC）構(gòu)成。（1）基站控制器（BSC）主要負(fù)責(zé)對無線側(cè)的功能，具有對一個或多個BTS進行控制的功能，實際上它是一臺具有強處理能力的小型交換機，主要負(fù)責(zé)無線資源管理，功率控制等功能，是個很強的業(yè)務(wù)控制點。（2）基站收發(fā)信機（BTS）是無線接口設(shè)備，完全由BSC控制，主要負(fù)責(zé)無線傳輸，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。

3.運行與支持子系統(tǒng)OSS，其主要功能為以下幾點：（1）對交換網(wǎng)、智能網(wǎng)、GPRS系統(tǒng)、基站、直放站等設(shè)備進行網(wǎng)管功能；（2）對用戶識別卡進行管理；（3）計費、結(jié)算、營帳、客服等功能，均由軟件實現(xiàn)。

4.移動終端。移動終端是指用戶端把所需傳送的信號轉(zhuǎn)換成無線電波的設(shè)備。移動臺的類型可分為車載臺、便攜臺和手機。專門用于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的手機外觀上與普通手機大同小異，這種手機除了能像普通GSM手機那樣進行語音通話外，還增加了鐵路運輸專用的調(diào)度通信功能，甚至能夠無線傳輸圖像和數(shù)據(jù)信息。

二、GSM-R系統(tǒng)功能應(yīng)用

GSM-R的電信業(yè)務(wù)是在GSM的電信業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)鐵路通信的特殊需要進行修改和補充后形成的，所以GSM-R不僅可以提供GSM網(wǎng)絡(luò)的話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，除了GSM所具有的越區(qū)切換、漫游等特性外，而且還具有如下專有的特性：

1.功能尋址（Functional Addressing，F(xiàn)A）：按使用用戶的功能來建立信道，不是用某一個電話號碼，比如將車次號和司機功能碼向借口就是某列車上的用戶，便于固定（移動）用戶撥號呼叫列車上移動用戶的一種方式，而不需要撥打很冗長的電話號碼。

2.基于位置的尋址（Location Dependent Addressing，LDA）：把整條鐵路分割成若干個調(diào)度區(qū)，不同的服務(wù)區(qū)域可以設(shè)備成一個位置區(qū)，列車行駛時經(jīng)過的這些位置區(qū)，直接通過位置識別能直接與該區(qū)域的調(diào)度員聯(lián)系。

3.語音廣播服務(wù)（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(shè)定，從而具有極大的靈活性。

4.語音組呼服務(wù)（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(wù)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(wù)”的原則建立一個上行鏈路來提供通話服務(wù)。

5.增強的多級優(yōu)先與強占權(quán)（Enhanced Multi-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(yīng)用，都要求網(wǎng)絡(luò)無論處于何種負(fù)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(wù)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。

國際鐵路聯(lián)盟UIC計劃從2014年開始進行GSM-R向LTE-R的演進工作，確保GSM-R的生命周期隨電信技術(shù)的不斷發(fā)展而獲得延長。另一方面，鑒于3G技術(shù)使用頻點太高，不能滿足鐵路部門希望經(jīng)濟、實惠地實現(xiàn)在廣泛地域內(nèi)的大覆蓋目標(biāo)，而且在語音業(yè)務(wù)上，3G技術(shù)與2G技術(shù)并沒有本質(zhì)區(qū)別等諸多因素，UIC明確表示3G技術(shù)不適用于鐵路。因此，未來GSM-R不會過渡到3G，而是直接過渡到4GLTE-R。

參考文獻：

[1]鐘章隊，李旭，蔣文怡，等.鐵路GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，2007：2-5.

[2]曾慶珠.移動通信[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006：2-4.

[3]朱惠忠，張亞平.GSM-R通信技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：中國鐵道出版社，2005：14-18.

[4]張重陽.基于鐵路專用通信GSM-R的無線路測系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).現(xiàn)代電子技術(shù)，2009.（19）：9-12.