淺談鐵路通信系統中移動通信技術的有效應用

徐明東

摘要 本文介紹了移動通信技術的發展歷程，以及目前GSM-R在鐵路的主要應用，并主要對鐵路調度通信系統的功能、系統組成、機車車載通信系統應用作了詳細的解析，同時對未來鐵路通信技術進行了展望。

關鍵詞 鐵路；GSM-R；應用發展方向

中圖分類號 U2 文獻標識碼 A 文章編號2095—6363（2016）13—0057—02

近些年來，移動通信系統快速發展，先后從2G、3G到現在的4G網絡，給人們的生活帶來了極大的便利，同時我們看到，這項技術在工業、農業、交通運輸業等方面也得到了廣泛的應用，例如在鐵路上的應用，GSM移動通信應用在鐵路，稱作GSM-R網絡。

1 GSM-R在鐵路的主要應用

GSM-R目前在鐵路主要應用有10個方面：機車同步操作控制系統信息傳輸、列車控制系統安全信息傳輸、調度通信、列車尾部風壓信息傳送、旅客列車移動信息綜合接入、機車移動信息綜合接入、編組站移動信息綜合接入、CTCS 3級/CTCS 4級移動信息傳輸、應急指揮通信話音和數據業務、區間移動信息接入及公務移動通信。下面我們主要通過調度系統方面的應用，來認識這項技術。

1.1調度通信系統功能

無線有線一體化是調度通信系統功能實現的基礎。調度通信系統的主要客戶為行車調度員、車站值班員、司機、運轉車長（含不設運轉車長的乘檢）、助理值班員、機務段調度員、列車段（車務段、客運段）值班員、機車調度員、電力牽引變電所值班員、救援列車主任等相關人員。調度員呼叫司機、運轉車長等移動終端這種調度電話業務的實現就是通過調度通信系統與GSM-R系統的有機結合。調度系統的語音通信需求主要有以下有4種。

智能呼叫：行車調度員通過車次功能號尋址方式（無需記住機車司機的移動終端號碼）對調度轄區內的機車司機進行呼叫并通話；機車司機通過位置尋址方式對本站/前方站/后方站的車站值班員進行呼叫并通話，此方法中的位置尋址是通過GSM-R小區信息實現的；車站值班員按車次號通過功能號尋址方式（無需記住機車司機的移動終端號碼）對機車司機進行呼叫并通話；行車調度員對調度管轄區內車站值班員進行呼叫并通話；機車司機按位置尋址方式對當前所在調度管轄區的行車調度員進行呼叫并通話；車站值班員用移動終端號碼對行車調度員進行呼叫并通話；車站值班員以單鍵方式對相鄰車站值班員進行呼叫并通話。

語音組呼（VGCS）：該話音通信方式可以使各被叫均可加入通話過程中，在通信的過程中所有參與者都可進行講話，包括行車調度員對調度管轄區內的所有機車司機進行呼叫并通話；行車調度員對調度管轄區內的所有車站或某些車站值班員進行呼叫并通話；行車調度員對調度管轄區內指定車站的車站值班員、助理值班員以及該車站基站范圍內的所有機車司機進行呼叫并通話；行車調度員對調度管轄區內的列車段（車務段、客運段）、機務段運轉、電力牽引變電所值班員等進行呼叫并通話；行車調度員、車站值班員、救援列車主任、助理值班員之間通過組呼方式進行通話；車站基站范圍內機車司機和運轉車長、車站值班員、助理值班員之間通過組呼方式進行通話。

語音廣播呼叫：為調度管轄區內所有機車司機接收行車調度員所發布得語音廣播。

緊急呼叫：組呼的一種延伸，具有呼叫優先級劃分功能，系統通過設置不同優先級的組呼完成鄰近的工務人員和道口人員、機車司機、運轉車長之間緊急呼叫并通話，以及所屬區間的車站值班員、機車司機和所在調度管轄區的行車調度員之間緊急呼叫并通話。

1.2調度通信組網

FAS（固定用戶接入）系統是按照鐵路調度通信需求研制開發的鐵路調度通信系統，具備與GSM-R網絡互聯互通的功能。各調度臺通過FAS網絡接入，連接GSM-R網絡，GSM-R網絡覆蓋連接各機車綜合無線通信系統，GSM-R網絡移動交換中心MSC之間通過E1接口相連接，接口信令采用SS7。主FAS系統通過30B+D接口接入GSM-R交換中心MSC，接口信令采用DSS1；主FAS系統通過30B+D接口與分FAS系統相連，接口信令同上。

行車調度臺和車站值班臺與FAS的連接是通過2B+D接口實現，其他固定電話與FAS的連接是通過Z接口或2B+D接口等方式實現的。

CIR（車載綜合通信設備）和作業移動終端內部設置有GSM-R通信模塊，通過空口（Um）接入GSM-R網絡。

1.3 GSM-R車載設備

固定用戶接入系統、GSM-R移動交換系統與GSM-R車載通信設備構成完整調度通信網。GSM-R車載設備即機車綜合無線通信設備（CIR），它既有傳統的450MHz工作模式也有GSM-R工作模式，在GSM-R工作模式下又具備語音與數字信號傳輸功能，可實現GSM-R系統的單呼、廣播呼叫、組呼、緊急呼叫等調度通信功能；數據通訊配備6個應用數據接口，可同時用于電路型數據直傳和分組域數據的傳輸，還擁有調度命令和進路預告信息傳輸、機車信號遠程監測信息傳輸、無線車次校核信息傳輸以及調車監控數據傳輸等功能，另外還具備與機車上的其他設備進行數據交換，滿足鐵路發展眾多的需要。

CIR設備還配置了GPS衛星定位單元，即GPS單元。其主要功能可通過衛星對機車提供實時定位，并具有線路數據庫存儲功能，并根據數據庫自動切換運行線路。還可為CIR設備提供國際標準時間基準數據。

CIR設備由主機（機箱式結構）、操作顯示終端（MMI）、送受話器、打印機和機柜組成。主機由主控單元、音頻控制單元、GSM-R語音通訊模塊單元、GSM-R數據單元、記錄單元、GPS衛星定位模塊、供電與電源控制模塊。主控單元采用ARM控制芯片，實現對各單元的控制任務。

主控板用于實現與各個模塊單元通訊，完成主控板和接口單元的數據轉發，并根據操作顯示終端的操作命令向其它單元下達命令采集數據并進行控制。主控板與操作顯示終端進行實時通訊，將設備實時狀態傳給操作顯示終端進行顯示，并接收操作顯示終端傳來的操作命令。endprint

音頻控制單元具備450MHz、GSM-R等音頻信號源，其主要由GSM-R語音模塊、450MHz列調電臺和記錄單元等組成，音頻控制單元根據主控板的命令，完成話音通路的交換連接。

GPS衛星定位模塊單元配有鐵路線路有關數據庫，根據定位信息，可以確定當前列車所處的線路位置，根據此信息主機控制設備自動切換到與當前線路相適應的通信工作模式。

記錄單元主要由CPU、存儲體、時鐘芯片等組成，具有話音和數據記錄、回放功能。存儲體采用大容量CF卡，滿足現場所需記錄時間，即可使用指定的讀取設備讀取記錄的話音和數據，也可將存儲卡用特定鑰匙取出進行數據回放、分析。

接口單元為主機與各個模塊之間的橋梁，與MMI、450MHz單元及各種機車應用設備連接。

開關電源模塊、蓄電池及電源控制板等組成供電及電源控制單元。開關電源采用主備開關電源模塊，將110V轉換成直流13.3V和13.8V工作電壓，通過保護電路、控制電路處理后，供CIR設備使用。蓄電池為免維護鉛酸蓄電池，當110V供電中斷時，為系統提供應急工作電源。電源控制部分檢測電源及蓄電池的工作狀態，傳送給主控單元，并根據主控單元的命令對電源進行控制。控制部分直接讀取MMI電源開關鍵的狀態，可以實現關機和復位操作。控制部分配有蓄電池檢測電路，控制蓄電池供電，避免蓄電池過放。

鐵路列車的快速、準點行駛有賴于一套高效、集中、技術成熟的調度系統，從2002年鐵道部規劃GSM-R作為鐵路未來的發展方向到GSM-R網絡首次應用在大秦鐵路，鐵路GSM-R通信發展已進入了一個快車道，移動通信系統在高速鐵路、青藏鐵路等的使用，也更進一步促進了此項技術的進步。

2 GSM-R未來發展方向展望

未來GSM-R移動通信技術會有更多的應用方向，例如視頻會議、視頻通話、貨物追蹤、車廂和站臺的視頻監測、無人駕駛、智能控制等。

目前高速鐵路的發展大大提高了貨、客運的運輸速度，鐵路運輸數字化進程加快，因此對安全有了更高的標準和要求，如何進行有效的數據傳輸，是制約鐵路發展的關鍵因素，這就要提高通信數據傳輸的準確性，提高通信數據的吞吐量，鐵路線路地形復雜，地貌種類繁多，曾經在青藏鐵路，我們曾遇到了凍土傳輸的問題，進行了成功的克服，未來會有更多的問題需要解決，這一切都需要通信技術人員的不懈努力。endprint