GSM—R網絡系統在武九電氣化鐵路無線通信中的應用

何召舜

【摘要】 GSM-R是鐵路專用移動通信系統。針對鐵路運輸的特點，在空中接口中引入了語音廣播呼叫、話音通話組呼叫和用戶優先級等功能，實現了調度員與司機間通信、調車作業通信、遠程遙控傳輸，車站和維修段的地區通信、旅客服務通信，也可實現與公網的互聯互通。

【關鍵詞】 GSM-R 應用

武九鐵路（武漢局管段）線路相對較長，西起武昌火車站、東至武漢局與南昌局交界口。正線長183公里，還有30多公里的繞行段（鄂州段繞行線、大冶段繞行線）。正線沿線16個小站，其中有隧道7座，總長8.5公里。

武九鐵路電氣化工程雖然為普通既有線改造，但GSM-R系統是按客專的標準建設的。靠近局界段周邊多為山區，彎道較多，橋隧相連，沿線無線干擾源多，網絡建設比較復雜，網絡規劃、網絡優化難度較大。

一、GSM-R的特點

GSM-R沿軌道方向設定天線，形成橢圓狀的小蜂區，覆蓋軌道兩側100-200m的范圍。在車站地區，通信量大，但速度要求低，多采用扇形覆蓋方式。這種鐵路專用通信網具有數字移動通信和與位置無關的接續功能。它采用了較高的冗余技術和可靠性技術，移動話務呼叫的時間不超過2s，是普通移動電話的一半。通信蜂區覆蓋鐵路沿線和車站，每個蜂區有一個或多個用于傳輸和接受數據的基站，一個基站響應幾個蜂區的訪問。

二、GSM-R系統的優勢

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。它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時的傳輸列控信息的任務。

列車無線調度電話是為列車調度員、車站值班員指揮列車運行而設置的專用電話。根據《鐵路技術管理規程》規定，系統用戶包括列車調度員、機車調度員、車站值班員、助理值班員、機車司機等。傳統的無線列調由于技術限制已經越來越不能滿足運輸需要了。GSM-R以其豐富的功能，不但完全具有傳統的業務和功能，還在功能和性能各方面比原有基礎上又有了大大的提升。GSM-R能夠在一個綜合平臺上提供豐富的綜合調度通信業務，尤其能夠為列車控制提供無線數據傳輸。GSM-R不是無線列調的簡單升級，而是具有強大調度功能的、綜合業務的鐵路數字移動通信平臺，是鐵路現代化和信息化必不可少的基礎設施。

三、GSM-R結構組成

GSM-R系統包括網絡子系統（NSS）、基站子系統（BSS）、運行與管理子系統（OSS）和移動終端設備等4部分。其中網絡子系統包括移動交換子系統（SSS）、移動智能網子系統（IN）和通用分組無線業務子系統（GPRS），是GSM-R系統的核心組成部分。

四、基站覆蓋規劃

良好的信號覆蓋有利于提高網絡性能和抵御網外干擾。在一定的網絡投資、一定數量的基站設備的條件下，合理的布置基站站址，可以更好的提高基站信號的覆蓋場強，從而提升網絡性能。

依據設計方案，綜合諾西基站設備參數確認方案的合理性和安全性，需要進行基站的現場勘測工作，基站勘測從無線的角度出發，現場確認和評估站址的合理性，確認基站的塔高、天線的俯仰角和方位角，評估無線信號場強的覆蓋，現場確認設計方案等等，如果發現問題，結合現場情況修改方案，解決問題，提升網絡的質量，降低風險。同時在基站勘測是也會對工程安裝方面的條件進行確認，提出合理方案，這樣以便于在后期的安裝、調試過程中避免出現問題，加快通信工程建設。

現場勘查工作結束后，再次對基站的站址、站高、天線方向、天線俯仰角等信息進行比對，使用網絡規劃攻擊導入數據，進行工具的參數設置并覆蓋仿真，覆蓋仿真后對全網進行頻率分配、相鄰關系分配并分配BCC等參數。并對全網頻率作網內頻率干擾仿真，對于存在干擾的地方，或者C/I不達標的地方，進行頻率修改或天線調整。仿真頻率干擾，提前解決網內頻率干擾問題，最終提交網絡規劃報告。發現覆蓋問題提出解決方案。

五、網絡優化

GSM-R網絡的服務質量（QoS）測試和性能保證服務是網絡優化服務的一種，它是針對GSM-R網絡系統工程后，對GSM-R網絡進行覆蓋改進、業務服務質量測試和性能保障為目的的網絡優化活動，保障GSM-R網絡高質量運行和正常使用。通過網絡優化使得達到鐵道部所要求的驗收標準。

5.1 GSM-R無線場強覆蓋調整

（1）電磁環境測試。通過場強測試對鐵路沿線電磁環境進行檢測，對發現外部運營商電磁干擾，協調無線電管理委員會清除外來干擾，保障鐵路專網電磁環境質量達標。

（2）無線場強覆蓋測試。通過對GSM-R網絡現場的測試，收集GSM-R鐵路沿線無線信號電平和無線場強質量的現場覆蓋數據。

（3）無線場強覆蓋分析及調整。分析無線場強覆蓋質量對發現問題的無線覆蓋進行硬件（天饋系統）調整或者參數的調整。在測試前期主要是天饋系統的調整，中后期主要對參數進行調整以達到標準要求。

（4）無線場強覆蓋調整的驗證。通過以上調整等情況，再次對覆蓋質量進行測試驗證。

5.2 GSM-R網絡語音業務服務質量測試和優化

（1）語音業務服務質量測試。現場語音業務服務質量的測試和數據收集。

（2）網絡參數檢查和調整。對BSS無線控制參數的分析和調整。

（3）語音業務服務質量分析和改進。語音業務服務質量的綜合分析和優化建議。

六、GPRS業務性能服務質量測試和優化

6.1 GPRS業務服務質量測試

現場通過大量GPRS基礎數據服務質量的測試和數據收集。

6.2 GPRS網絡參數優化

通過現場實測并大量采集數據，對GPRS控制參數進行分析和調整。

6.3 GPRS業務服務質量性能分析

GPRS業務性能服務質量的綜合分析和性能優化。

七、測試儀表

網優測試期間結合廠家及鐵科研、第三方測試單位利用多套專業測試儀表進行測試，測試現場所采集的數據當天進行分析，在第二天開始測試前施工單位完成天饋系統的調整，廠家完成數據參數的調整。保障第二天的測試，同時可以驗證調整完成后的效果。

采用一體化測試儀表，可支持所有的GSM-R/GPRS/GMS功能測試。采用高速以太網接口GSM-R掃頻，每秒可測試多達1000個信道以及每秒采集10萬個樣本讀數。

八、順利地實施優化確保了武九線GSM-R的開通運行

經過幾個月的網絡優化及靜態、動態測試，進行了大量數據分析，并利試驗車全程進行多次往返測試，測試結果完全符合設計的要求，從而確保武九線GSM-R系統順利開通運行。