GSM-R在我国铁路通信系统中的应用
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摘要：随着无线通信技术的发展,铁路专用通信的方式也发生着巨大的改变。作为铁路运输部门，列车调度员除了利用有线调度系统与车站值班员进行通信联络外，在许多场合，尤其是紧急情况下，需要通过无线通信设备与机车司机、运转车长进行信息传递，实现行车指挥、业务联络。当前我国铁路运输正在不断提高列车运行速度，增加行车密度，延长机车运行区间，因此对行车组织和安全保障提出了更高的要求，以铁路运输调度为主要目的列车无线调度通信系统，日益显示着其重要性。
关键词：无线通信技术；gsm-r系统；铁路应用
一、GSM-R系统概述
GSM-R(GSM for Railway)系统：GSM-R是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。从集群通信的角度来看，GSM-R是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R能满足列车运行速度为0-500km／小时的无线通信要求，安全性好。GSM-R可作为信号及列控系统的良好传输平台，正在试验中的ETCS欧洲列车控制系统(也称FZB)和另一种用于160公里以下的低成本的列车控制系统(FFB)，都是将GSM-R作为传输平台。
GSM-R中文全称为铁路移动通信系统标准，和我国现在覆盖最大的GSM网络标准相仿，也就是在GSM标准上加入了一些适合高速移动环境使用的要素。该项技术在GSM的发起地区欧洲得到了推崇，德国和法国、荷兰、瑞士等国家已在铁路沿线进行了GSM-R的放号。
GSM-R是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统，是中国首次从欧洲引进的移动通信铁路专用系统，它除了能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修通信等语音通信功能外，还能够满足列车运行速度每小时500公里的无线通信要求，与以往中国铁路所采用的单信道模拟系统相比，GSM-R系统达到了国际行业水平。
二、GSM-R通信在广州动车段中的应用
GSM-R在GSM公众移动通信系统平台上增加了铁路运输专用调度通信功能。GSM-R通信系统包括：交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。广州动车段GSM-R系统与广州枢纽其他相关工程如武广客运专线、广深港客运专线、广珠城际铁路GSM-R系统进行联合设置，沿广深港客运专线无线覆盖按冗余方案设计。全线基站接入临时设置于广州动车段的广珠城际BSC/PCU，并接入到广州核心网交换节点。共设置2个基站，为提高系统可靠性，通信基站接入在不同物理径路的2M环路上。
动车段走行线基站采用三定向天线，覆盖广深港正线、广州动车走行线、广珠城际铁路及联络线；广州动车段内基站应满足广深港线、动车走行线和动车段内的覆盖要求；上述两基站暂接入广珠城际BSC，待广深港工程BSC安装到位时，对两基站接入BSC方案进行调整，接入广深线BSC。为满足广州动车段工程进度要求，决定广珠城际工程配套的BSC提前启动建设，设备装设地点安排在新广州站，武广工程配套采购的广州动车走行线基站（1套）与广珠城际工程采购的动车组存车场基站（1套）进行置换；广州动车段走行线基站、动车段内基站和直放站及配套设施安装调试工作纳入动车段工程统一安排，新购基站设备应具备接入广珠城际和广深港线BSC的条件。
广州动车段GSM-R通信系统实现了如下功能：
1、 调度通信功能
调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。
2、 车次号传输与列车停稳信息的传送功能
车次号传输与列车停稳信息对铁路运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于GSM-R电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用GPRS方式来实现。
3、 调度命令传送功能
铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。采用GSM-R系统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过程，提高工作效率。
4、 列车尾部装置信息传送功能
将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R通信系统，可以方便地解决尾部风压数据传输问题。
5、 调车机车信号和监控信息系统传输功能
提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。 6、 列车控制数据传输功能 采用GSM-R通信系统实现车地间双向无线数据传输，提供车地之间双向安全数据传输通道。 7、 区间移动公务通信 在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-R作业手持台，作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，作业人员还可以呼叫司机，与司机建立通话联络。
8、 应急指挥通信话音和数据业务
应急通信系统是当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输的紧急情况时，在突发事件现场与救援中心之间，以及现场内部采用GSM-R通信系统，建立语音、图像、数据通信系统。
三、广州动车段GSM-R网络优化策略
广州动车段GSM网络优化解决的主要问题有：信道拥塞率高、呼叫成功率低；越区切换失败率高，掉话严重；通话质量低、有串音；移动台占用话音信道后呼叫释放、出现振铃后无通话、移动台接通后单边通话；设备完好率较低；中继电路的配置与实际话务不相符、电路群的每线话务量差别较大等。由于广州动车段GSM-R系统是广州枢纽联合覆盖工程的一部分，在网络优化阶段，根据测试结果其他工程需要对本工程的无线覆盖和频率分配进行调整或增加必要的设备。
1、对网络结构的合理性做详细的分析
GSM-R核心网络可以采用二级网络结构，即设立移动业务大区汇接中心（TMSC）和本地业务端局（MSC），汇接中心之间网状网连接。小区的设置一般在沿路轨方向安装定向天线，以形成沿路轨的椭圆形小区；在话务量较大但对火车速度要求较低的编组站内采用扇形小区覆盖；人口密度不高的低速路段和轨道交织处，采用全向小区覆盖。
2、无线网络的场强覆盖
场强覆盖往往和具体的地理位置分布相关，根据具体的地理环境和基站的实际情况可以进行许多方面调整。改善下行链路的信号覆盖，可以采用提高基站的发射功率、增加天线的挂高、调整天线的水平角或垂直角和安装直放站等措施。一般来说，上述各种方法需综合使用，才能达到满意的覆盖。当某些基站或小区信号强度提高时，还应综合考虑其他问题，尤其是相邻小区的同邻频干扰问题。若上行链路的接收信号不是很好，可以考虑在基站的天线塔上安放塔顶放大器或降低馈线和跳线的损耗，以增强天线的接收信号强度。
3、做好频率规划工作
如果在建网初期频率规划得不好，或者在网络扩容过程中频率资源分配不合理，都会造成整个网络建成后某些性能指标比较差。频道分配时应考虑同频道干扰、邻频道干扰和互调干扰等因素，并使干扰保护比在工程中满足：同频道干扰保护比C/I≥12Db，邻频道干扰保护比C/I≥-6dB，偏离载波400kHz时的干扰保护比C/I≥-41dB。同小区载波最小间隔至少600kHz、相邻小区频率间隔至少400kHz。
4、无线参数设置与优化
GSM-R网络中与无线设备和接口有关的参数对网络的服务性能的影响最为敏感，包括小区选择参数、控制信道参数、无线测量参数、功率控制参数、切换控制参数等，这些参数对网络中小区的覆盖、信令流量的分布、网络的业务性能等具有至关重要的影响，因此合理调整无线参数是GSM-R网络优化的重要组成部分。无线参数调整的基本原则是综合考虑实际无线信道特性、话务量特性和信令流量承载情况，充分利用已有的无线资源，通过业务量分担的方式使全网的业务量和信令流量尽可能均匀，以达到提高网络平均服务水平的目标。
5、提倡主动预防性的网络优化
同时根据用户需求突出专项性优化的能力，为了提高效率降低成本，应尽快开发完善整个优化系统的管理应用软件。
6、互联互通问题
（1）GSM-R网络属于铁路运输指挥专用调度通信系统，因此其网络和业务具有调度通信所要求的封闭性、安全性和实时性特征，要求与外部通信网络只能进行有限的互联互通，即为实现铁路运输指挥业务需要，与铁路专用电话网、铁路各种MIS信息网络互联互通，一定程度上与公众通信网络互联互通。同时在铁路运输各工种业务之间也要从技术和管理两方面保证一定的封闭性。
（2）广州动车段GSM-R网络设备的供应商是华为公司，而广深港的设备供应商是诺西公司，不同设备供应商之间需要做好设备互联互通测试工作，保证将来铁路全网调度指挥的畅通。
四、结束语：
几十年来，无线列调在技术上已进行了很大的改进和提高，作为当前全路唯一形成网络规模的移动通信系统正在为运输提供更多的服务，但是由于无线列调系统受单信道的制约，话务量越来越繁忙，互相干扰越来越多，无法达到高可靠、高质量的专用通信要求。尤其是，当前铁路运输迅速发展和现代化进程中，急需一个更加可靠、高性能和高质量的移动通信手段作为基础。为此，需要积极试验和推广多信道、多业务的集群移动通信系统，对既有的无线列调进行升级换代。集群电话与传统的铁路专用电话相比具有快捷、灵活、方便、可移动等诸多优点，集群移动通信不但能在通信质量和可靠性方面使无线列调通信登上一个新台阶，而且，多个部门投资建设，共享频率资源，能满足除无线列调之外车、机、工、电、辆等各部门专用通信的需要，能够取代通话柱，解决区间通信。从性能、经济和用途等各方面看，集群通信必将是铁路专用移动通信的发展方向。