GSM-R技术在我国铁路通信应用及发展前景

杜亮

（上海通信段阜阳通信车间，安徽 阜阳 236000）

1 GSM-R技术简介

GSM-R（GSM for Railways）是专为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。该系统满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信要求，在GSM Phase2+规范协议的高级语音呼叫功能：组呼、广播呼叫、多优先级抢占和强拆业务的基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，适用于铁路专用调度通信的需要。主要提供列车调度、养护维修作业通信、应急通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道。

2 GSM-R系统组成

GSM-R系统包括网络子系统、基站子系统、运行和业务支撑子系统和终端设备等四个部分。其中，网络子系统包括移动交换子系统、移动智能网子系统和通用分组无线业务子系统。

①网络交换子系统。主要完成业务交换及用户数据、移动性管理、安全性管理功能，由一系列功能实体构成：移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AuC）、互连功能单元（IWF）、组呼寄存器（GCR）、短消息服务中心（SMSC）、确认中心（AC）、移动智能网（IN）。各功能实体之间通过No.7信令协议互相通信。

②通用分组无线业务子系统。GPRS子系统负责为无线用户提供分组数据承载业务。GPRS子系统包括核心层和无线接入层。核心层由 SGSN、GGSN、DNS、RADIUS 等功能实体组成。无线接入层由PCU、基站、终端等组成。GPRS无线接入层组网应充分利用GSM-R系统的设备资源，保护投资；与GSM-R系统共用频率资源；利用GSM-R系统的基站实现无线覆盖，不单独增加GPRS系统基站。

③基站子系统。BSS通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号发送接收和无线资源管理；与MSC相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。BSS由基站控制器（BSC）、编译码和速率适配单元（TRAU）、基站收发信机（BTS）、弱场设备等功能实体构成。

④运行与支持子系统。OSS包括网络设备维护管理系统和用户管理系统。

⑤终端。终端是供GSM-R系统用户直接操作、使用，用来接入GSM-R网的设备，包括移动台和无线固定台。

3 GSM-R功能特点

GSM-R以GSM平台为基础,因此除了GSM所具有的越区切换、漫游等特性外,GSM-R还具有如下专有的特性:

功能寻址 (Functional Addressing,FA):便于固定 (移动)用户拨号呼叫列车上移动用户的一种方式。

基于位置的寻址 (Location Dependent Addressing,LDA):便于列车上移动用户(如火车司机)呼叫固定用户 (调度员)的一种方式.例如当火车司机呼叫固定用户(调度员)时,系统依据移动用户(火车司机)的当前位置(所在控制区/小区)对固定用户(调度员)进行寻址,自动地将呼叫转接到列车当前所在控制区的调度员。

语音广播服务 (Voice Broadcast Service,VBS):VBS可用来在指定区域(可跨多个小区)内广播消息或发布紧急呼叫 (一点对多点的呼叫,主呼者讲话而众多的被呼方只能收听).区域的定义和选择可动态设定,从而具有极大的灵活性。

语音组呼服务(Voice Group Call Service,VGCS):移动或固定用户拨打组呼ID号,可与指定区域内的小组成员建立呼叫.该组内所有成员均可通过同一业务信道进行接听;该小组的成员也可通过按键讲话(PTT)方式发出通话请求,系统依据“先请求先服务”的原则建立一个上行链路来提供通话服务。

增强的多级优先与强占权 (Enhanced M ulti-Level Precedence and Pre-emption,eMLPP):铁路紧急呼叫或列车自动控制等许多通信应用,都要求网络无论处于何种负载状况下均能迅速建立呼叫.如果在一个无线电小区发生拥塞 (所有无线电频率和业务信道均被占用),eMLPP可立即切断低优先权的呼叫而优先建立高优先权的呼叫。

4 GSM-R技术在我国铁路通信中的应用

4.1 青藏铁路

我国在青藏铁路通信中采用了专用的GSM-R系统,解决了冻土地带信号传输问题,减少了维护工作量;创造性的采用双交换机、同站址双基站无线覆盖方式,使GSM-R网络达到了可靠性、有效性、可维护性、安全性等技术指标要求。

4.2 合宁客运专线

进入2008年,我国铁路GSM-R通信系统进入全面建设和使用阶段,安徽省内合宁高速客运专线铁路建设完工并投入运营,合宁客运专线全长166公里,其中客车运行期间为合肥站至南京站,同时组织部分跨线客车,货车运行期间为合肥东站至南京东站,因此合宁线GSM-R网络覆盖合肥、合肥东至南京、南京东站.合宁GSM-R系统设置基站子系统的基站控制器、编码器和速率适配单元、PCU设备,根据场强覆盖的需要在铁路沿线设置基站设备和弱区覆盖设备,动车组和机车配备机车综合通信设备,相关移动,工作人员配置手持终端。

5 GSM-R技术的发展前景

5.1 加强GSM-R理论研究

我国对GSM-R技术的研究始于上个世纪末,虽然我国GSM-R发展到今天,突破了很多难关,但仍有不少理论难点还未攻克.近年来,GSM-R网络中GPRS应用中取得了很多理论和实践突破.比如根据我国铁路实际情况,运输对通信业务需求量大,但频率资源紧张的实际情况,采用GPRS这种分组数据传输方式作为一些非安全数据信息的传输平台,以更好的利用频率资源,为铁路信息化建设提供传输平台.我国铁路已先于欧洲发展基于GSM-R的GPRS业务是一项开拓性的工作。

5.2 尽快完善适合我国铁路应用的GSM-R技术规范体系

通过制定标准与规范,一方面为网络规划、建设和运维管理提供技术依据,确保网络完整、统一和安全可靠,提高服务质量、合理地利用频谱、码号等资源;另一方面,也为各厂家平等接入提供可循的技术依据,为网络设备质量认证和监督的提供依据.此外,通过参与标准研究工作,还可以有效地提高人才的业务素质,为我国 GSM-R健康发展打下坚实的技术基础。

6 结语

介于GSM-R技术在铁路通信网中的应用现状及其未来的发展趋势,铁路通信网应该抓住当今通信技术的发展潮流和市场的需要,在保证铁路通信要求的前提下,既要符合中国铁路技术政策和有关行业的技术政策要求,也要密切结合我国实际需求,合理利用资源,做到技术先进、经济合理、安全适用、现实可行。进一步推动全国既有铁路通信系统的改造,全面加快铁路跨越式发展,实现运输生产力的大幅度提升,到2020年基本实现中国铁路现代化,为国民经济的稳步增长打下坚实的基础。

[1]钟章队,李旭,蒋文怡.铁路综合数字通信系统(GSM2R)[M].北京:中国铁道出版社,2003.

[2]韩斌杰.GPRS原理及其网络优化[M].北京：机械工业出版社.