GSM-R无线网络通信系统在铁路上的应用

张博豪

（中国铁建电气化局集团北方工程有限公司，山西 太原 030053）

0 引 言

时代的进步发展使得高速铁路朝着更智能化、综合化的方向发展，智能化、综合化的行车调度指挥系统需要高度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系统和安全的信息调度指挥通道。铁路运输中以无线列调为主的铁路既有无线通信系统已不适应通信技术发展和现代化铁路运输生产的需要。在这样的背景下，GSM-R数字移动通信系统应运而生，GSM-R数字移动通信系统是基于公共无线通信系统GSM平台，是为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统。GSM-R数字移动通信系统的建设实现了铁路移动通信系统的升级，提升了语言通信质量，并为更多铁路业务的发展提供了数字化通信平台，能够更好地支持铁路运输指挥和生产需要，对实现铁路运输信息化建设意义重大。为此，文章现就GSM-R无线网络通信系统在铁路上的应用问题进行策略分析。

1 GSM-R无线网络通信系统概述

GSM-R无线网络通信系统（铁路移动通信系统）是当前世界范围内发展最为成熟的公用性较强的公共无线通信系统。该系统是能够为铁路列车调度、列车控制、列车速度管理等提供重要的服务支持。GSM-R无线网络通信系统在GSM标准上增加了适合高速移动环境使用的技术要素，充分汲取了GSM多年发展成果，在以往规范协议的基础上额外增加了语音呼叫功能、位置寻找功能、位置定位功能。从整合通信的角度来看，GSM-R无线网络通信系统是一种数字化的集群通信系统，具备无线列调节、编组调车通信、应急通信及养护维修等一系列语言通信服务功能。GSM-R无线网络通信系统的硬件组成：交换机、基站、机车综合通信设备及手机等。其中，交换机是整个GSM-R无线网络通信系统的核心，其主CPU处理器及各个功能模块的CPU处理器、交换矩阵、内部总线等都是双备份配置。基站的打造适应了沿铁路线形覆盖的基本要求，在恶劣的环境下能够确保铁路系统的实时通信。GSM-R无线网络通信系统的手机和一般普通手机相比外观相同，但是这个手机除了具备一般手机的语言通话功能，还在内部增加了铁路运输专用的调度通信功能，能够实现对图像信息和数据信息的无线传输。

GSM-R无线网络通信系统在中国铁路的上行频段为885～889 MHz，下行频段为930～934 MHz，之所以选择900 MHz周围频带是因为这个频带能够适应时速为500 km/h的高速移动通信使用需要，且整个通信系统在运作的时候能够抵抗电气化铁道电火花的干扰，通信覆盖范围达到了5～10 km。

2 GSM-R无线网络通信系统在铁路中的作用

第一，实现运输指挥调度系统语言、数据的传输。GSM-R无线网络通信系统具有功能号码呼叫、语音广播、组呼叫业务等功能，在使用的过程中不仅能够替代当前无线通信系统来实现对列车调度、区间维修、应急抢救等工作的及时通信服务，而且还能够代替传统的电缆加通话柱区间通信方式，从而为铁路运输指挥提供更为全面的通信服务。第二，为现代信号控制技术的发展提供更加有力的智慧城。以往的信号控制技术具备功能单一、控制分散、发展独立的特点，GSM-R无线网络通信系统支持下的通信技术具备高度集中的控制特点，将其应用到铁路行业能够为铁路的稳定运输提供更加有力的支持，表现为实现对各个移动机车之间车次号、列车位置、列车运行速度信息的调控。

3 GSM-R无线网络通信系统在铁路中的应用

GSM-R无线网络通信系统在铁路中的应用分为语音业务层面的应用和数据业务层面的应用。

3.1 语音业务应用

铁路调度通信包含列车通信、货运通信及牵引变电通信等，同时也包含战场通信、应急管理通信、施工养护管理通信和道口专用通信。在GSM-R无线网络通信系统的支持下铁路调动通信实现了有线调度和无线列调的二网融合发展。第一，点对点呼叫。①调度员呼叫。铁路调度人员借助一个调度平台按照车次功能号来呼叫管辖区域范围内的机车司机、车站值班人员，实现临近调度区段和分界段的顺利通话。②车站值班员的通信。借助一个车站值班台按照车次的功能号码和车站基础站临近机车司机来进行通话。③机车司机借助操作显示仪器的终端来一键呼叫当前所在调度区域列车调度员、前方调度员和本站台的调度员。第二，小组呼叫。调度人员呼叫管辖区域范围内所有车站值班人员，包含车站值班人员、助理值班人员、车站基础站的机车司机。整个机车司机会向整个调度区域管辖范围的调度人员和周围车站值班人员、列车长、工务人员发起紧急呼叫[1]。

3.2 数据业务应用

数据业务服务包含短信息、电路数据信息交换和数据信息的传输。第一，电路数据信息的传输。铁路安全型数据信息的传输包含列车控制信息、调车监控数据信息、机车同步操作数据信息等。在列车控制中电路型数据的作用是连续传输信号信息，列车在接收到GSM-R无线网络通信系统的指令之后会将所有轨道的运行特性、静态数据信息曲线、距离数据信息等完整的传输到地面无线闭塞服务中心中。第二，分组型数据信息的传输。铁路运行过程中通用的调度命令、车次号码、列车尾部风压信息、进站信息等都需要进行分组传输。

4 GSM-R无线网络通信系统的优化发展

4.1 实现对GSM-R无线网络结构的详细分析

GSM-R无线网络通信系统采用了二级网络结构，主要设立了移动业务大区汇集中心、本地业务端局。GSM-R无线网络通信系统一般会沿着轨道的方向设定，形成了沿着路轨的椭圆形小区，同时在人口密度不够高的低速铁路路段和轨道交接位置上可以实现全小区的覆盖发展[2]。

4.2 无线网络的场强设定

GSM-R无线网络通信系统网络场强的覆盖往往和铁路的具体位置存在关联，结合铁路的具体地理位置可以做出多方面的调整和优化，特别是要着重改进下行链路的通信信号覆盖，通过强化信号的覆盖来提高基站的发射功率，提升天线的挂高。

4.3 做好信号频率的规划管理

在铁路网建设初期阶段如果频率信号规划不够合理或者在网络扩容的过程中出现了频率分配利用不合理的现象就会使得整个铁路通信网络在建设完成之后的一些性能指标降低。为了避免这种现象的出现，在铁路通信信号频道分配时需要综合考虑同一个频道信息的干扰问题。GSM-R无线网络通信系统的无线频率使用十分紧张，因此为了确保铁路通信系统不受到干扰，并增强通信安全性，需要高效率的使用有限的通信频率资源，减少外界因素对GSM-R无线网络通信系统运行的干扰。

4.4 优化无线参数的设置

GSM-R无线网络通信系统在运行过程中和无线设备接口相关的参数对整个网络服务性能的影响最为明显，这种影响具体体现在控制信道选择、无线测量参数、功率控制参数等方面，这些参数的变化对信令流量的分布、网络业务性能有着十分重要的影响。因此，为了确保GSM-R无线网络通信系统稳定运行，需要合理调整无线参数，也就是在综合考虑无线信道特点、话务流量的情况下借助已经拥有的无线资源通过业务量分担的方式来实现对全网业务量的均匀处理，从而在最大限度上提升整个网络的平均服务水平。

4.5 加快打造通信核心网络

GSM-R无线网络通信系统是一个基于交换技术的通信网络体系，在使用的时候和分散设置、直接对讲的无线通信呈现出较大的区别。GSM-R无线网络通信系统在运行时会涉及到智能网络设备、网络交换机等多个设备，且在使用时不局限某一个铁路使用，而是有可能实现整个网络的随时随地共同使用。在这样的背景下为了确保通信的顺畅需要相关人员合理安排核心网络交换机的建设，对铁路无线通信系统的交换机进行统一规划、分层次使用，从而实现对通信资源的合理、优化配置，降低GSM-R无线网络通信系统建设的成本消耗。此外，在GSM-R无线网络通信系统打造的过程中还需要着重解决互联互通的问题。考虑到整个网络系统属于铁路运输指挥专用的通信系统，整个系统的网络和业务需具有调度通信所要求的通信、安全、实时性特点，且系统在运行时还需要注重实现和外部通信的连接。

4.6 积极发展感应通信

从实际应用情况来看，感应通信不仅具备移动无线通信的灵活性，而且还具备无线信息传输的特点，在具体操作中通过选择适合的频率和耦合空间，在以最小耦合损耗的情况下经过波导线的引导传输可以解决山区、隧道、井下弱电场现象，使得铁路在经过这些地区时都能够接收到信号。

感应通信技术虽然不是一种先进的移动通信技术，但是在具体使用时十分符合我国铁路运行特点，且具备投资消耗少、施工快速、操作简单、维修方便的应用特点，能够有效解决山区电气化铁路的无线通信建设问题。

5 结 论

GSM-R无线网络通信系统在铁路无线通信系统建设中拥有广阔的应用前景，其中青藏铁路的建设成功则是充分验证了GSM-R无线网络通信系统在铁路无线通信领域的应用成效。在未来，伴随我国铁路的建设发展，需要相关人员强化对GSM-R无线网络通信系统组成、特点和应用优势的分析，并结合铁路建设将其充分应用到铁路运输领域，为铁路运输内部各个部门的沟通交流提供有力的支持，促进我国铁路移动通信朝着更加广阔的方向发展。