浅谈铁路通信系统中移动通信技术的有效应用

徐明东

摘要 本文介绍了移动通信技术的发展历程，以及目前GSM-R在铁路的主要应用，并主要对铁路调度通信系统的功能、系统组成、机车车载通信系统应用作了详细的解析，同时对未来铁路通信技术进行了展望。

关键词 铁路；GSM-R；应用发展方向

中图分类号 U2 文献标识码 A 文章编号2095—6363（2016）13—0057—02

近些年来，移动通信系统快速发展，先后从2G、3G到现在的4G网络，给人们的生活带来了极大的便利，同时我们看到，这项技术在工业、农业、交通运输业等方面也得到了广泛的应用，例如在铁路上的应用，GSM移动通信应用在铁路，称作GSM-R网络。

1 GSM-R在铁路的主要应用

GSM-R目前在铁路主要应用有10个方面：机车同步操作控制系统信息传输、列车控制系统安全信息传输、调度通信、列车尾部风压信息传送、旅客列车移動信息综合接入、机车移动信息综合接入、编组站移动信息综合接入、CTCS 3级/CTCS 4级移动信息传输、应急指挥通信话音和数据业务、区间移动信息接入及公务移动通信。下面我们主要通过调度系统方面的应用，来认识这项技术。

1.1调度通信系统功能

无线有线一体化是调度通信系统功能实现的基础。调度通信系统的主要客户为行车调度员、车站值班员、司机、运转车长（含不设运转车长的乘检）、助理值班员、机务段调度员、列车段（车务段、客运段）值班员、机车调度员、电力牵引变电所值班员、救援列车主任等相关人员。调度员呼叫司机、运转车长等移动终端这种调度电话业务的实现就是通过调度通信系统与GSM-R系统的有机结合。调度系统的语音通信需求主要有以下有4种。

智能呼叫：行车调度员通过车次功能号寻址方式（无需记住机车司机的移动终端号码）对调度辖区内的机车司机进行呼叫并通话；机车司机通过位置寻址方式对本站/前方站/后方站的车站值班员进行呼叫并通话，此方法中的位置寻址是通过GSM-R小区信息实现的；车站值班员按车次号通过功能号寻址方式（无需记住机车司机的移动终端号码）对机车司机进行呼叫并通话；行车调度员对调度管辖区内车站值班员进行呼叫并通话；机车司机按位置寻址方式对当前所在调度管辖区的行车调度员进行呼叫并通话；车站值班员用移动终端号码对行车调度员进行呼叫并通话；车站值班员以单键方式对相邻车站值班员进行呼叫并通话。

语音组呼（VGCS）：该话音通信方式可以使各被叫均可加入通话过程中，在通信的过程中所有参与者都可进行讲话，包括行车调度员对调度管辖区内的所有机车司机进行呼叫并通话；行车调度员对调度管辖区内的所有车站或某些车站值班员进行呼叫并通话；行车调度员对调度管辖区内指定车站的车站值班员、助理值班员以及该车站基站范围内的所有机车司机进行呼叫并通话；行车调度员对调度管辖区内的列车段（车务段、客运段）、机务段运转、电力牵引变电所值班员等进行呼叫并通话；行车调度员、车站值班员、救援列车主任、助理值班员之间通过组呼方式进行通话；车站基站范围内机车司机和运转车长、车站值班员、助理值班员之间通过组呼方式进行通话。

语音广播呼叫：为调度管辖区内所有机车司机接收行车调度员所发布得语音广播。

紧急呼叫：组呼的一种延伸，具有呼叫优先级划分功能，系统通过设置不同优先级的组呼完成邻近的工务人员和道口人员、机车司机、运转车长之间紧急呼叫并通话，以及所属区间的车站值班员、机车司机和所在调度管辖区的行车调度员之间紧急呼叫并通话。

1.2调度通信组网

FAS（固定用户接入）系统是按照铁路调度通信需求研制开发的铁路调度通信系统，具备与GSM-R网络互联互通的功能。各调度台通过FAS网络接入，连接GSM-R网络，GSM-R网络覆盖连接各机车综合无线通信系统，GSM-R网络移动交换中心MSC之间通过E1接口相连接，接口信令采用SS7。主FAS系统通过30B+D接口接入GSM-R交换中心MSC，接口信令采用DSS1；主FAS系统通过30B+D接口与分FAS系统相连，接口信令同上。

行车调度台和车站值班台与FAS的连接是通过2B+D接口实现，其他固定电话与FAS的连接是通过Z接口或2B+D接口等方式实现的。

CIR（车载综合通信设备）和作业移动终端内部设置有GSM-R通信模块，通过空口（Um）接入GSM-R网络。

1.3 GSM-R车载设备

固定用户接入系统、GSM-R移动交换系统与GSM-R车载通信设备构成完整调度通信网。GSM-R车载设备即机车综合无线通信设备（CIR），它既有传统的450MHz工作模式也有GSM-R工作模式，在GSM-R工作模式下又具备语音与数字信号传输功能，可实现GSM-R系统的单呼、广播呼叫、组呼、紧急呼叫等调度通信功能；数据通讯配备6个应用数据接口，可同时用于电路型数据直传和分组域数据的传输，还拥有调度命令和进路预告信息传输、机车信号远程监测信息传输、无线车次校核信息传输以及调车监控数据传输等功能，另外还具备与机车上的其他设备进行数据交换，满足铁路发展众多的需要。

CIR设备还配置了GPS卫星定位单元，即GPS单元。其主要功能可通过卫星对机车提供实时定位，并具有线路数据库存储功能，并根据数据库自动切换运行线路。还可为CIR设备提供国际标准时间基准数据。

CIR设备由主机（机箱式结构）、操作显示终端（MMI）、送受话器、打印机和机柜组成。主机由主控单元、音频控制单元、GSM-R语音通讯模块单元、GSM-R数据单元、记录单元、GPS卫星定位模块、供电与电源控制模块。主控单元采用ARM控制芯片，实现对各单元的控制任务。

主控板用于实现与各个模块单元通讯，完成主控板和接口单元的数据转发，并根据操作显示终端的操作命令向其它单元下达命令采集数据并进行控制。主控板与操作显示终端进行实时通讯，将设备实时状态传给操作显示终端进行显示，并接收操作显示终端传来的操作命令。endprint

音频控制单元具备450MHz、GSM-R等音频信号源，其主要由GSM-R语音模块、450MHz列调电台和记录单元等组成，音频控制单元根据主控板的命令，完成话音通路的交换连接。

GPS卫星定位模块单元配有铁路线路有关数据库，根据定位信息，可以确定当前列车所处的线路位置，根据此信息主机控制设备自动切换到与当前线路相适应的通信工作模式。

记录单元主要由CPU、存储体、时钟芯片等组成，具有话音和数据记录、回放功能。存储体采用大容量CF卡，满足现场所需记录时间，即可使用指定的读取设备读取记录的话音和数据，也可将存储卡用特定钥匙取出进行数据回放、分析。

接口单元为主机与各个模块之间的桥梁，与MMI、450MHz单元及各种机车应用设备连接。

开关电源模块、蓄电池及电源控制板等组成供电及电源控制单元。开关电源采用主备开关电源模块，将110V转换成直流13.3V和13.8V工作电压，通过保护电路、控制电路处理后，供CIR设备使用。蓄电池为免维护铅酸蓄电池，当110V供电中断时，为系统提供应急工作电源。电源控制部分检测电源及蓄电池的工作状态，传送给主控单元，并根据主控单元的命令对电源进行控制。控制部分直接读取MMI电源开关键的状态，可以实现关机和复位操作。控制部分配有蓄电池检测电路，控制蓄电池供电，避免蓄电池过放。

铁路列车的快速、准点行驶有赖于一套高效、集中、技术成熟的调度系统，从2002年铁道部规划GSM-R作为铁路未来的发展方向到GSM-R网络首次应用在大秦铁路，铁路GSM-R通信发展已进入了一个快车道，移动通信系统在高速铁路、青藏铁路等的使用，也更进一步促进了此项技术的进步。

2 GSM-R未来发展方向展望

未来GSM-R移动通信技术会有更多的应用方向，例如视频会议、视频通话、货物追踪、车厢和站台的视频监测、无人駕驶、智能控制等。

目前高速铁路的发展大大提高了货、客运的运输速度，铁路运输数字化进程加快，因此对安全有了更高的标准和要求，如何进行有效的数据传输，是制约铁路发展的关键因素，这就要提高通信数据传输的准确性，提高通信数据的吞吐量，铁路线路地形复杂，地貌种类繁多，曾经在青藏铁路，我们曾遇到了冻土传输的问题，进行了成功的克服，未来会有更多的问题需要解决，这一切都需要通信技术人员的不懈努力。endprint