GSM-R通信网络在城市轨道交通中的应用研究

2018-08-03杨建广

数字通信世界 2018年7期

杨建广

（天津市地下铁道运营有限公司，天津 300000）

GSM-R作为一种通信系统，期初主要是针对大铁而研发的一种通信系统，在欧洲，GSM-R通信系统则是铁路专用通信系统。近年来，我国列车大幅提速，车地传输信息量增大，对车地通信网络系统提出更高要求，GSM-R通信系统以光缆为传播手段既能满足高速列车的通信需求，又能保证高速列车的通信安全。此时，GSM-R网络通信系统迎来了高速发展时期。

1 GSM-R通信系统发展现状

列车运行控制系统在铁路发展过程中扮演着重要角色，在我国以及国外都有一套成熟完整的列车控制系统，CTCS系统是我国现阶段高速列车主要的车控系统，它是了参考欧洲的车控系统，并根据我国高速铁路的特点进行改进之后形成的一种高可靠性，高安全性，并严格遵守各项高速列车运行的各项指标规定的先进列控系统。虽然各国列控系统各不相同，但是GSM-R通信网络系统作为列车通信的主要手段，在各国列控系统中都是不可或缺的一部分，它保证了列车的高速，平稳以及安全运行。

列车运行控制系统简称列控系统，我国铁路从蒸汽时代，到电气化时代，再到今天的高铁时代，都离不开列控系统，GSM-R通信系统作为列控系统一部分，利用GSM-R的通信功能可以实现列车运行线路的全方位覆盖，实时实地进行通信，实现车地通信全天不间断传输。目前我国已建成具有代表性的GSM-R通信网络线路有青藏线，大秦线和胶济线。根据我国的铁路规划，到2020年我国铁路营业里程将会达到10万公里，运输能力满足国民经济和社会发展需要，为GSM-R在中国的发展提供了宽广的发展空间。

GSM-R通信网络传输距离长，能够充分满足大铁的各种通信需求，且网络容量大，不会产生网络延迟和信息卡阻，目前，GSM-R通信在各国不同的铁路系统中都得到长足发展，共同推动GSM-R通信系统朝着现代化的方向发展。随着科技进步，GSM-R通信系统已不断完善，但是GSM-R的通信干扰问题，业务扩展问题等仍是目前需要行业攻克的难题。

2 GSM-R通信网络的结构及功能

GSM-R通信网络系统经历了欧洲多国以及我国高速铁路的实践验证，其结构和功能已经趋于成熟。由于各国对网络通信的要求不一样，因此导致了各国的GSM-R通信网络系统的结构和功能也不相同。

GSM-R通信系统由专门的设备和网路组成，以满足高速铁路通信的高质量，高速度的需求，使地面设备和列车实现车地通信的连续性。GSM-R通信网络系统可以看作是某个固定网络的扩展，或者是一个采用统一编号方案的MSC的集合，它是陆地移动网络和固定网络的接入单元。GSM-R作为一种铁路专用网路，由若干个功能实体组成，这些功能实体所实现的功能的集合就是网络能够提供给用户的所有基本业务和补充业务，以及对于用户数据和移动性的操作和管理，GSM-R的补充业务可以实现与公用网路的互联互通，满足现代高速铁路上旅客的上网需求，其结构如图1所示。

图1 GSM-R通信系统结构示意图

由图可知，GSM-R通信网络系统结构主要由BSS功能设备，NSS功能设备，OSS功能设备以及GSM-R通信网络系统的接口协议几个部分组成。图中BSS基站子系统主要包括BSC基站控制器，BTS基站收发信机以及TRAU子系统接口三个部分，其中，BSC基站控制器负责管理BTS基站收发信机与MSC核心网络交换机之间的信息交换，BTS基站收发信机负责GSM-R系统与MC移动台之间的通信。另外，MSC核心网络中心主要设备是NSS网络子系统，它主要负责设备端之间的呼叫，客户端的数据管理，移动设备的移动可能性管理以及移动设备与固定设备间的网络管理，NSS网络子系统与固定设备间的管理接口取决于两者之间的网路类型。OSS操作和维护子系统是GSM-R通信网络系统的一个子系统，它独立于GSM-R系统之外，为GSM-R其他子系统提供管理以及维护。由图可知，OSS操作和维护子系统包括OMC-R和OMC-S，前者负责BSS基站子系统的管理，后者负责NSS网络子系统的管理。

3 GSM-R网络在城市轨道交通中的应用

3.1 GSM-R通信网络系统在正线中的应用

GSM-R有多种不同的网络覆盖方案，根据地理条件、布线难度、现场调节各方面的因素考虑，每个个案会选择适合自己覆盖方案。图2所示的GSM-R通信网络覆盖方案为单网交织冗余覆盖方案，该覆盖方案已有一层冗余覆盖，相对于普通的单网方案，通过增加加密基站设备的方法来提高可靠性。其设置方法为单MSC，单BSC，这种方案具备覆盖电平高并且抗干扰能力强的优势。

图2 GSM-R单网交织冗余覆盖网络方案

在我国，轨道交通一般都会采用基于GSM-R的单网交织冗余覆盖的网络通信方案，在覆盖方案中奇数基站与偶数基站分别布置在线路两端，每4对奇偶数基站配备双LOOP环路，结合10G系统构建传输系统。这种覆盖方案能够达到单基站和直放站发生故障的情况下，GSM-R通信网络系统仍能正常工作的目的。

3.2 GSM-R通信网络系统在城市轨道交通段场调度中的应用

GSM-R通信网络系统不仅可以在正线形成网络覆盖，满足正线的车地通信需要，也可以满足列车在段场的调车通信，轮转检修，牵引通信等通信需求。该功能主要是在GSM-R通信系统中增加列车的调度通信功能，该功能首先要满足我国铁路行业提出的关于铁路专用调度通信的技术要求，其次必须要满足段场各种形式下的调车需求。由于GSM-R通信系统不仅可以满足我国大铁上高速列车与普速列车之间的通信需求，又可以将大铁上的各种通信模式融合到GSM-R通信网络这个统一平台上，减少了各网络通信方式间的集成费用以及各各网络通信方式的运营维护成本。从GSM-R网络通信的发展历程来看，GSM-R网络通信系统不仅已经实现了国际化和标准化，而且各业务功能已经发展的比较全面，因此，将GSM-R网络通信系统引入城市轨道交通段场调度中时，只需要针对段场的通信特点做相关改的，系统修改量小，且性能可靠。

GSM-R调度通信系统在城市轨道交通段场调度中的应用主要考虑满足信号楼对列车的调度通信，段场三轨停送电调度通信，牵引机车的调度通信，其他调度通信，段场与停车场间的调度通信，段场应急通信，段场各专业维护检修通信等等。利用GSM-R进行城市轨道交通的段场通信系统组网，可以完全利用GSM-R的无线组网方式，也可以将GSM-R同有线方式结合起来，共同完成调度通信的组网任务。