ＧＳＭ－Ｒ系统在铁路无线通信系统中的应用与发展

摘要：随着铁路现代化的全面推进及铁路建设新一轮高潮的到来，铁路无线通信系统作为铁路运输生产指挥调度系统的传输通道，为保障铁路运输安全和运输效率起到了越来越重要的作用。GSM-R无线通信系统将以高效、灵活、经济、实用、可扩展等特性满足铁路无线通信的要求及未来发展。

关键词：铁路无线通信；GSM-R；技术规范

中图分类号：TP313文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0070-02

随着我国铁路建设新一轮高潮的到来，今后新建的客运专线，城际铁路，高速铁路，均采用GSM-R系统作为其综合无线通信系统，因此我国未来铁路无线通信系统平台必将建立在GSM-R的系统平台上，本文为此具体探讨了GSM-R网络的系统结构，在铁路运输系统中的作用，主要业务功能，未来发展方向和业务应用。

一、GSM-R系统的内涵

（一）传统铁路无线通信方式的不足

传统的传统通信方式有：（1）站场有线广播、“小电话”（接在转辙机上的有线电话）；（2）传统的对讲机方式。随着铁路系统的多次提速，对信息的时实性有了更高的要求。依托固定的通信的网络不能满足铁路移动的车、移动的客户、移动的工作人员、移动的货物等移动通信需求。

（二）GSM-R的技术规范和标准

GSM-R是在公网GSM标准基础上，通过增加铁路调度通信功能和高速环境组成要素而建立起来的技术体系。GSM-R技术标准与规范，包括现有的GSM相关标准以及为满足铁路需求而制定的应用标准，是GSM—R领域内所有技术标准、规范的集合。根据我国铁路和业务实际应用情况，目前我国GSM-R技术规范体系包含综合类、系统类、工程类、设备类、应用业务类、设备测试类、接口技术要求及测试类共计7大类，40项。该体系总体上与欧洲FRS和SRS相对应，40项规范中除了根据我国实际情况制定了系统类和应用业务类，其余各项技术规范基本上与欧洲规范的各个章节相对应，并根据我国实际情况做出了相应的规定。

（三）GSM-R系统的网络结构

图1 GSM-R系统网络结构图

GSM-R系统一般由网络子系统（NSS），基站子系统（BSS）、运行与维护子系统（OMC）等组成。根据我国铁路行车密度高、运输组织复杂等特点，为了解决大量的非列控数据传输，经过反复论证，引进了通用分组无线业务子系统（GPRS），与既有有线调度通信系统相结合，实现了有线与无线调度的两网有机结合。

二、GSM-R系统在铁路运输系统中的作用

（一）实现运输指挥调度系统的语音及数据传送

GSM-R系统具有功能号呼叫、语音广播和组呼业务、基于列车位置寻址等高级语音呼叫功能，不仅可以替代目前各种无线通信系统，实现列车调度、区间维修、工程施工、应急抢险等移动通信功能，还可以取代传统的电缆加通话柱的区间通信方式，能够给铁路运输指挥提供更多的先进通信功能。

（二）为现代信号控制技术提供强有力的通信支持

传统的功能单一、控制分散、独立运行的信号控制技术，正向数字化、智能化、网络化和综合化方向发展。以新一代分散自律调度集中（CTC）和列车控制系统（CTCS）为代表的现代化信号控制技术，是中国铁路提高装备水平、确保行车安全和实现铁路跨越式发展的重要内容。这些技术都将基于移动通信技术平台实现。GSM-R系统承担地面控制中心和移动机车之间车次号、列车位置及完整性信息、列车速度信息等控车信息的传输任务。

欧洲GSM—R系统设备供货厂家有北电、西门子，在我国，除了上述两个厂家外，还有华为公司，需要解决三家设备之间互联互通问题，因此，需要制定接口技术要求和测试规范。基于此上，必须制定适合我国铁路应用的GSM-R技术规范，用于指导、规范全网的发展和建设。此外，还需组织制定其他相关技术规范，建立健全适合我国铁路应用的GSM-R技术规范体系，满足我国铁路发展的需要。发展GSM-R将为铁路运输带来更大效益

三、GSM-R系统的主要业务功能

（一）语音组呼业务

为适应专用移动通信网的要求，在GSM-R中引入了组呼业务，允许一种由多方参加（GSM-R移动台或固定电话），一人讲话、多方聆听的语音通信方式，工作于半双工模式下。语音组呼业务突破了GSM网络点对点通信的局限性，能够以简捷的方式建立组呼叫，实现调度指挥、紧急通信等特定功能，尤其适用于铁路的行车指挥调度部门，用以完成点对多点的组呼业务和群呼业务。

（二）语音广播呼叫业务

允许—个业务用户，将话音或其他用话音编码传输的信号发送到某一个预先定义的地理区域内的所有用户或者用户组。同语音组呼业务一样，语音广播呼叫也提供了点对多点呼叫的能力，适用于铁路的行车调度。

（三）增强多优先级与强拆业务

GSM-R还具有增强多优先级与强拆功能，规定了在呼叫建立或越区切换时呼叫接续的不同优先级，以及资源不足时的资源抢占能力。这种业务为满足铁路对于某些类型通信的高性能要求，保证高等级呼叫或紧急呼叫快速可靠地建立，提供了一种强制能力，符合无线列车调度通信的特点。

四、GSM-R系统技术发展方向

（一）加快建成核心网

GSM—R是一个基于交换技术的通信网络，与分散设置、直接对讲无线通信有很大区别。GSM—R网络的交换机、智能网等许多设备，不仅仅属于某一段专用，而是许多线路、甚至全网共用。因此，必须统筹合理安排核心网交换机的建设，统一规划，分层次、分阶段进行，进一步优化系统资源配置，降低工程总体造价。

（二）管好用好无线电频率资源

GSM-R频率带宽目前只有4MHz，相对于铁路需求而言，无线频率资源是非常紧张的。我们必须合理规划，严格高效地利用有限的频率资源，以保证GSM—R系统不受到干扰，保证通信的高安全性。无线电管理包括两个面：GSM—R系统内部无线电规划管理和GSM—R系统外部无线电干扰的监测和处理。而GSM—R系统外部干扰中最为突出的问题是与中国移动按地域复用频率资源的边界场强协调及干扰协调工作。

五、GSM-R系统新业务应用

（一）智能网系统

基于智能网实现业务具有快速、有效、经济、灵活等特点。GSM—R智能网主要用来实现铁路特定业务，同时，能够解决多厂家设备组网环境下业务互联互通的问题。根据互联互通需要，同时考虑今后业务的发展，我国GSM—R智能网基于CAMEL3技术标准。该规范应根据3GPP和国内相关行业规范，结合我国铁路实际需求，从系统构成、业务技术要求及信令流程、服务质量要求、管理和维护、软件要求、主要设备技术要求等方面做出具体的规定。

（二）感应通信的特色

从感应通信的传播过程来说，它既具有移动无线通信的灵活性，又具有有线传输的特性，通过选择适当的频率和耦合空间，减少耦合衰耗，经波导线的引导传输，解决了山区、隧道内、井下等弱电场现象，保证了在这些地区建立可靠的移动通信。感应通信虽然不是最先进的移动通信技术，但有它独特的优点。我国现采用接触网导线做波导线的铁路感应通信比漏泄电缆方式（LCX方式）和国外的感应通信方式（IR方式），更具有投资少、施工快、操作简单、维修方便、效果好，符合我国路情、国情的特点。尽管这种方式必须依靠电气化铁路的接触网设备才能进行传输，有一定的局限性，但在目前为止，它在我国某些区段铁路的使用中为提高运输效率，保证行车安全，发挥了很大的作用，从而为解决山区电气化铁路无线通信建立了一种新制式。

总之，我国铁路GSM—R系统应用前景良好，青藏铁路的建成及通车说明我国在吸收消化国外应用GSM—R系统的成功经验后，已经形成了符合我国铁路实际需要的网络标准，并且为GSM—R在我国的进一步发展奠定了坚实的基础。为保证GSM-R在我国健康、顺利发展，目前，急需建立健全相关标准体系，严格执行并不断完善标准规范，从而为GSM-R发展、建设提供有利支撑条件。

参考文献

[1] 郑祖辉，鲍智良.数字集群移动通信系统[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 沈尧星.铁路数字调度通信[M].北京：中国铁道出版社，2004．

作者简介：赵旺，安徽桐城人，中铁四局集团电气化工程有限公司工程师，研究方向：通信工程。

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