趙 強 上海鐵路局上海通信段

為滿足高速鐵路對通信業(yè)務(wù)的需求，必須同步建設(shè)鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)，我局相繼開通了合寧、合武、甬臺溫、溫福線的GSM-R網(wǎng)絡(luò)，今年又開通了滬寧城際高鐵、滬杭客專高鐵等GSM-R網(wǎng)絡(luò)，其中，滬寧城際高鐵和滬杭客專高鐵采用了C3控制技術(shù)，GSM-R系統(tǒng)為C3控制系統(tǒng)提供了電路域的通信業(yè)務(wù)，實現(xiàn)調(diào)度中心與機車間的實時信息交換。明年我局將會相繼開通京滬高鐵、寧杭客專、杭甬客專等線路，并同步開通相應(yīng)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)。為了能使GSM-R系統(tǒng)可靠地提供電路域的通信業(yè)務(wù)，消除GSM-R網(wǎng)絡(luò)中的外界電波干擾是關(guān)鍵，也是工程建設(shè)中較難完成的一項工作。

1 GSM-R系統(tǒng)名詞介紹

鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)GSMR以GSM技術(shù)標準為基礎(chǔ)，針對鐵路運輸通信的特點，對GSM標準進行了優(yōu)化和發(fā)展，形成GSM-R標準。

GSM原意為"移動通信特別小組"（Group Special Mobile），是歐洲郵電主管部門會議（歐洲電信標準組織的前身）為開發(fā)數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)在1982年成立的機構(gòu)，經(jīng)過多年的研究開發(fā)，制訂了完整的數(shù)字蜂窩移動通信技術(shù)規(guī)范。隨著在這一技術(shù)規(guī)范指導下的移動通信網(wǎng)的快速發(fā)展，GSM逐步成為歐洲數(shù)字移動通信系統(tǒng)的代名詞。后來，這一標準在全球得到推廣，重新命名為"Global System for Mobile Communications"（全球移動通信系統(tǒng)）。鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)"GSM-R"是"GSM for Railway"的縮寫，這一技術(shù)首先也是在歐洲誕生并推廣。1996年歐盟為了實現(xiàn)泛歐高速鐵路系統(tǒng)互操作性，制訂了歐洲鐵路運輸管理系統(tǒng)，這是一個歐洲鐵路通信信號一體化發(fā)展項目，包含2個重要方面，一是歐洲列車控制系統(tǒng)（ETCS），另一個就是鐵路綜合數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM-R）。GSM-R是歐洲鐵路運輸通信的技術(shù)規(guī)范。

2 GSM-R技術(shù)在我國及我局的發(fā)展過程

近幾年來，我國的GSM-R技術(shù)得到快速發(fā)展。2000年底，鐵道部確定GSM-R為中國鐵路未來移動通信的發(fā)展方向。2003年至2006年，相繼建成了大秦、青藏和膠濟線GSM-R系統(tǒng)，并對技術(shù)體系進行了驗證，隨即在全國掀起了GSM-R系統(tǒng)的建設(shè)浪潮。2008至2009年我局合寧、合武、甬臺溫、溫福線GSM-R系統(tǒng)開通運行，提供了調(diào)度語音通信、組呼通信、調(diào)度命令無線傳送等語音和數(shù)據(jù)類通信業(yè)務(wù)；今年，我局又開通了滬寧城際高鐵、滬杭客專高鐵GSM-R網(wǎng)絡(luò)，除了提供上述通信業(yè)務(wù)外，還為C3系統(tǒng)提供了電路域的通信承載業(yè)務(wù)。實踐證明，GSM-R系統(tǒng)能滿足高鐵對通信業(yè)務(wù)的需求。

3 GSM-R系統(tǒng)的先進性

GSM-R系統(tǒng)有很多技術(shù)優(yōu)勢，通過與其他系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)列車自動控制。目前GSM-R系統(tǒng)為鐵路運輸提供的主要業(yè)務(wù)有話音通信和數(shù)據(jù)通信兩類。

（1）話音通信：話音通信可分為組呼和點對點通信。組呼是根據(jù)需要事先把一群用戶設(shè)置成一個小組，并且每個用戶都可加入多個其他小組，在組內(nèi)某個人講話時，在一定范圍內(nèi)的小組成員都能聽到。這種業(yè)務(wù)主要用于施工等大型作業(yè)的場合，需要對其他人員進行廣播通知時使用；也可當發(fā)生緊急情況，危及行車安全時，對司機、車站工作人員、調(diào)度員或沿線作業(yè)人員等廣播，以便提請有關(guān)人員采取緊急措施。點對點通信可像普通手機一樣，通過撥號方式撥打固定電話和網(wǎng)內(nèi)所有用戶；另外，網(wǎng)內(nèi)用戶可根據(jù)車次號呼叫到高速運行中的列車司機、運轉(zhuǎn)車長、隨車機械師、乘警等，或通過統(tǒng)一的固定號碼呼叫到車站值班員、調(diào)度員等，無需知道對方的實際的電話號碼。GSM-R系統(tǒng)解決了無線列調(diào)系統(tǒng)的同步干擾問題。

（2）數(shù)據(jù)通信：主要有調(diào)度命令、行車憑證、調(diào)車作業(yè)通知單、接車進路預(yù)告、車次號等信息在列車高速運行中的傳送；

（3）電路域業(yè)務(wù)：GSM-R系統(tǒng)可以為移動閉塞、列車自動控制、列車同步操控等提供通信通道。

4 我國的GSM-R系統(tǒng)總體規(guī)劃

根據(jù)鐵道部規(guī)劃，在北京、武漢、西安建設(shè)核心交換局，各局建設(shè)本局的移動交換系統(tǒng)，各局的交換系統(tǒng)通過北京、武漢和西安的核心交換局實現(xiàn)互聯(lián)，完成全國通信網(wǎng)。建成后的GSM-R網(wǎng)絡(luò)如圖1。

圖1GSM-R網(wǎng)絡(luò)

GSM-R系統(tǒng)是一個相對獨立的通信網(wǎng)，與其他通信網(wǎng)（如鐵路電話網(wǎng)）通過移動交換系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。由于GSM-R是國際標準技術(shù)，因此將來也可很方便地實現(xiàn)國際聯(lián)網(wǎng)。

5 GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

GSM-R系統(tǒng)框圖見圖2。

圖2 GSM-R系統(tǒng)框圖

5.1 基站

基站主要任務(wù)是完成無線移動設(shè)備（如手機、ATP車載設(shè)備GSM-R模塊、機車綜合無線通信設(shè)備CIR等）的接入，每個基站都分配了一定數(shù)量的頻道（一般為2至3個頻道）。GSM技術(shù)體制規(guī)定，每個頻道帶寬為200 kHz，每個載頻可提供8個信道。每個移動用戶需要接入網(wǎng)絡(luò)時，都會占用一個或多個信道。國家信產(chǎn)部分配給GSM-R系統(tǒng)的頻率為移動臺至基站上行鏈路885MHz-889 MHz，基站至移動臺下行鏈路頻率為930 MHz-934 MHz。GSM-R系統(tǒng)是一個頻分多址和時分多址的復(fù)合系統(tǒng)。列車在運行中，通過不同的基站將信號連續(xù)地接入網(wǎng)絡(luò)，保持通信暢通且不間斷。

5.2 基站控制器

基站控制器的主要任務(wù)是發(fā)送和接收無線信號并實施無線資源管理，與交換系統(tǒng)相連，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信連接。

5.3 移動交換系統(tǒng)

移動交換系統(tǒng)主要任務(wù)是完成用戶的業(yè)務(wù)交換和用戶數(shù)據(jù)與移動性管理，主要有三個部分組成，即交換機、歸屬位置寄存器和訪問位置寄存器。每個移動用戶都須在歸屬位置寄存器中進行身份登記，當移動用戶移動到外局管轄的范圍時，會在當?shù)氐脑L問位置寄存器中進行再登記，同時將信息告訴歸屬位置寄存器，當其他用戶呼叫該用戶時，網(wǎng)絡(luò)先對被呼的號碼進行分析，在其歸屬位置寄存器中查詢當前該用戶所處的位置（在哪個基站下），實現(xiàn)用戶間的通信連接。

5.4 智能網(wǎng)系統(tǒng)

智能網(wǎng)系統(tǒng)是GSM-R不同于公眾GSM網(wǎng)的重要部分，主要任務(wù)是將網(wǎng)絡(luò)交換功能和業(yè)務(wù)控制功能相分離，實現(xiàn)對呼叫的智能控制。智能網(wǎng)對移動用戶根據(jù)專業(yè)和崗位的需要，進行功能注冊和管理，實現(xiàn)組呼或根據(jù)車次號呼叫不同崗位的操作人員，而不需要記住對方的真實電話號碼等。

5.5 通用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)

通用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要實現(xiàn)移動用戶間和移動用戶與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外其他用戶間的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)交互和傳送。

5.6 分組數(shù)據(jù)接口服務(wù)器

分組數(shù)據(jù)接口服務(wù)器是GSM-R網(wǎng)絡(luò)與鐵路運輸其他應(yīng)用系統(tǒng)間IP數(shù)據(jù)通信的橋梁，實現(xiàn)與其他系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和交互。目前我局的分組數(shù)據(jù)接口服務(wù)器與CTC交換系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)車次號信息等數(shù)據(jù)向CTC系統(tǒng)傳送，同時CTC系統(tǒng)將調(diào)度命令、列車進路預(yù)告等信息傳送給GSM-R系統(tǒng)，通過GSMR網(wǎng)絡(luò)將信息傳到列車上。

6 GSM-R系統(tǒng)建設(shè)中的清頻工作

為使GSM-R系統(tǒng)能提供可靠的通信業(yè)務(wù)，鐵路沿線的電磁環(huán)境質(zhì)量好壞是關(guān)鍵。在GSM-R系統(tǒng)建設(shè)前，必須對鐵路沿線進行反復(fù)測試，查找885 MHz至 889 MHz和 930 MHz至 934 MHz間的干擾信號，并進行清除，這就是GSMR的清頻工作。

通過甬臺溫及溫福線的清頻工作，發(fā)現(xiàn)干擾主要來源于沿動公司。沿動公司為了滿足鐵路旅客的通信需求，在鐵路沿線建設(shè)了許多通信基站和直放站，使鐵路沿線的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，為清頻工作帶來很大困難。其中，由直放站造成的三階互調(diào)干擾尤為嚴重。直放站是為了解決鐵路沿線信號覆蓋，將某一基站的信號用光纖引至較遠的地方進行放大后發(fā)射出去，同時，將遠處手機信號收集后引至基站。這種直放站系統(tǒng)造價便宜，容易實現(xiàn)，因此在鐵路沿線被廣泛采用。

互調(diào)干擾是指兩個及兩個以上不同的頻率成分，通過一個非線性網(wǎng)絡(luò)后，產(chǎn)生新的頻率分量?；フ{(diào)干擾中影響最大的是三階互調(diào)干擾。例如，移動公司在某一基站配置了 935.000 MHz（f1）和937.000 MHz(f2)兩個載頻，經(jīng)過光纖引至直放站系統(tǒng)，經(jīng)過直放站放大和混頻后，產(chǎn)生了 MHz信號，落在了鐵路GSM-R頻率范圍內(nèi)，對鐵路GSM-R 系統(tǒng)產(chǎn)生致命干擾，必須給予清除。

清除的辦法是要求沿動公司對基站的頻率配置進行調(diào)整，避免三階互調(diào)的產(chǎn)物落在GSM-R頻率范圍內(nèi)或直接關(guān)閉直放站系統(tǒng)。

為了更好地做好鐵路沿線的清頻工作，我們鐵路方面應(yīng)向電信運營商開放鐵路沿線的資源，例如機房、電源、安裝天線的鐵塔等，一是爭取電信運營商對鐵路清頻工作的支持，二是也為當出現(xiàn)干擾時可方便地對沿動公司的基站進行關(guān)閉試驗，配合查找干擾源。

清頻工作是一項長期的工作，在GSM-R網(wǎng)絡(luò)開通后，需定期進行沿線干擾測試。由于一旦GSM-R基站開啟后，很難再關(guān)閉基站，因此必須建立一個完整的沿線電磁環(huán)境測試圖檔案，當發(fā)現(xiàn)電磁環(huán)境發(fā)生變化后，就協(xié)調(diào)其他電信運營公司一起查找干擾來源。