(武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段 湖北 武漢 430000)

GSM-R是基于GSM 的基礎(chǔ)設(shè)施及其提供的ASCI(高級(jí)語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù))，其中包括eM-LPP(增強(qiáng)型多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆)、VGCS(語(yǔ)音組呼)和VBS(語(yǔ)音廣播)，并提供鐵路特有的調(diào)度業(yè)務(wù)，包括功能尋址、功能號(hào)表示、接入矩陣和基于位置的尋址，并以此作為信息化平臺(tái)，是鐵路部門(mén)用戶(hù)可以在此信息平臺(tái)上開(kāi)發(fā)各種鐵路應(yīng)用。

一、鐵路特色業(yè)務(wù)

為了實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)營(yíng)應(yīng)用，GSM-R系統(tǒng)還包含了另外一些鐵路所特有的功能，主要有功能尋址、功能號(hào)表示、接入矩陣、基于位置的尋址。

(一)功能號(hào)表示

功能號(hào)是將鐵路用戶(hù)根據(jù)其當(dāng)前行使是職能進(jìn)行編號(hào)。相比普通的用戶(hù)號(hào)碼，利用功能號(hào)進(jìn)行呼叫更符合鐵路的運(yùn)營(yíng)特色，使得鐵路工作人員之間的通信更為及時(shí)和方便。更能號(hào)需要用戶(hù)注冊(cè)和注銷(xiāo)。國(guó)內(nèi)GSM-R網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼用于在同一GSM-R網(wǎng)絡(luò)內(nèi)注冊(cè)的用戶(hù)之間的呼叫。國(guó)內(nèi)GSM-R網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼由CT、UIN和FC組成。

呼叫類(lèi)型(CT)用來(lái)區(qū)分GSM-R網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同類(lèi)型的呼叫，提示網(wǎng)絡(luò)如何解釋所撥打的號(hào)碼。CT由1到3個(gè)數(shù)字組成。

用戶(hù)號(hào)碼(UN)由用戶(hù)識(shí)別碼(UIN)和功能碼(FC)組成，UN的長(zhǎng)度依據(jù)它所包涵的信息多少而變化。用戶(hù)識(shí)別碼(UIN)必須是以下號(hào)碼之一：車(chē)次號(hào)、機(jī)車(chē)號(hào)、車(chē)號(hào)、調(diào)車(chē)組位置號(hào)碼、維修站位置號(hào)碼、調(diào)度員和值班員位置號(hào)碼、組位置號(hào)碼和移動(dòng)用戶(hù)號(hào)碼(MSISDN)。功能碼(FC)是一種識(shí)別碼，用來(lái)識(shí)別列車(chē)上或站場(chǎng)內(nèi)的人員、設(shè)備，或者某個(gè)給定區(qū)域內(nèi)的特定編組。FC描述移動(dòng)臺(tái)的實(shí)際功能。

(二)接入矩陣業(yè)務(wù)

接入矩陣業(yè)務(wù)確定了那一類(lèi)用戶(hù)能呼叫哪一類(lèi)用戶(hù)，用于規(guī)定不同用戶(hù)之間的呼叫權(quán)限。接入矩陣業(yè)務(wù)僅應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫，VGCS/VBS 呼叫不在本業(yè)務(wù)的應(yīng)用范圍內(nèi)。

在鐵路系統(tǒng)中，不同身份的用戶(hù)有各自的功能號(hào)碼。通過(guò)定義呼叫矩陣表，依據(jù)主、被叫的身份進(jìn)行呼叫裁決，來(lái)判斷是否允許呼叫繼續(xù)。進(jìn)一步定義主叫方與被叫方的接入關(guān)系。

(三)功能尋址

功能尋址是GSM-R的特征,是通過(guò)編制功能號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)呼叫用戶(hù),而不是通常情況下的按照用戶(hù)使用的終端設(shè)備來(lái)進(jìn)行尋址。這個(gè)特性保證了用戶(hù)功能號(hào)碼與其用來(lái)應(yīng)答的物理終端之間的獨(dú)立性。

在鐵路應(yīng)用中，功能號(hào)碼用來(lái)表示一個(gè)工作崗位(如火車(chē)司機(jī))而不是一個(gè)用戶(hù)MSISDN 號(hào)碼。當(dāng)前在崗的人員通過(guò)將自己的MSISDN 登記到該功能號(hào)碼上，建立起功能號(hào)碼和真實(shí)用戶(hù)之間的聯(lián)系。功能尋址業(yè)務(wù)分為語(yǔ)音呼叫功能尋址和短消息功能尋址。

(四)基于位置的尋址

基于位置的尋址是指將移動(dòng)用戶(hù)發(fā)起的用于預(yù)定功能的呼叫,路由到一個(gè)與該用戶(hù)當(dāng)前所處位置相關(guān)的目的地址。例如:司機(jī)呼叫調(diào)度員或車(chē)站值班員,網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)司機(jī)當(dāng)前所處的位置來(lái)確定是哪一個(gè)調(diào)度員或車(chē)站值班員。

二、鐵路應(yīng)用

調(diào)度通信：

通過(guò)GSM-R系統(tǒng)組成無(wú)線(xiàn)調(diào)度通信網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)行實(shí)現(xiàn)以下通信：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫、群呼和組呼、廣播呼叫。呼叫完成后確認(rèn)中心可以保存相應(yīng)的呼叫記錄。調(diào)度通信系統(tǒng)包括列車(chē)調(diào)度通信、貨運(yùn)調(diào)度通信、牽引變電調(diào)度通信、其他專(zhuān)用凋度通信、站場(chǎng)通信、應(yīng)急通信、養(yǎng)護(hù)維修通信、道口通信等。

調(diào)度命令傳送功能：

調(diào)度控制是保證列車(chē)運(yùn)行正常有序的重要手段，鐵路調(diào)度命令是調(diào)度員向列車(chē)司機(jī)下達(dá)的書(shū)面命令，使列車(chē)運(yùn)行安全的重要保障，采用GSM-R系統(tǒng)傳輸通道實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令的傳送，能縮短調(diào)度命令的傳送時(shí)間，提高工作效率。

車(chē)次號(hào)無(wú)線(xiàn)傳輸和列車(chē)停穩(wěn)信息的傳送。

車(chē)次號(hào)無(wú)線(xiàn)傳輸與列車(chē)停穩(wěn)信息的傳送對(duì)鐵路運(yùn)輸管理和行車(chē)安全監(jiān)控具有非常重要的意義，它可以通過(guò)GSM-R的電路交換進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，也可以通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

列車(chē)尾部裝置信息傳送功：

通過(guò)GSM-R通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車(chē)尾部風(fēng)壓數(shù)據(jù)的傳送，能很快解決列車(chē)尾部風(fēng)壓數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題。

機(jī)車(chē)調(diào)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控信息傳輸功能：

GSM-R系統(tǒng)可以提供機(jī)車(chē)調(diào)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控信息傳輸通道，實(shí)現(xiàn)地面設(shè)備和多臺(tái)車(chē)載設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。而且可以存儲(chǔ)調(diào)車(chē)的相關(guān)信息。

列車(chē)控制數(shù)據(jù)傳輸功能：

通過(guò)GSM—R通信系統(tǒng)可以為機(jī)車(chē)和地面提供雙向無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)地面的信息安全傳輸。

區(qū)間通信：

在鐵路系統(tǒng)中，區(qū)間通信為工務(wù)、通信、信號(hào)、電力、橋梁隧道守護(hù)等部門(mén)間通信的重要方式.通過(guò)GSM—R系統(tǒng)手持機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)維修人員與車(chē)站、調(diào)度間的快捷通信.緊急情況下，還可以直接與列車(chē)司機(jī)直接聯(lián)系。

應(yīng)急指揮功能：

當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害或突發(fā)事件等影響鐵路運(yùn)輸安全的緊急情況時(shí)，通過(guò)GSM-R系統(tǒng)可以在事故現(xiàn)場(chǎng)和指揮中心之間，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)傳輸。

(一)低速鐵路450MHz無(wú)線(xiàn)列調(diào)存在的缺陷

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》對(duì)加入列車(chē)無(wú)線(xiàn)調(diào)度通信通話(huà)的人員范圍作了嚴(yán)格規(guī)定，但原有列車(chē)無(wú)線(xiàn)調(diào)度通信是開(kāi)放系統(tǒng)，并未做任何鑒權(quán)加密處理，對(duì)用戶(hù)無(wú)需進(jìn)行身份識(shí)別，因此社會(huì)上好多對(duì)講機(jī)、電臺(tái)，只要其頻點(diǎn)和調(diào)制方式與列車(chē)無(wú)線(xiàn)調(diào)度通信系統(tǒng)相同，便可以加入到系統(tǒng)內(nèi)通信，影響到列車(chē)調(diào)度通信的正常使用，給行車(chē)安全帶來(lái)極大的隱患。

原有的列車(chē)無(wú)線(xiàn)調(diào)度通信系統(tǒng)常用對(duì)講組網(wǎng)方式，沒(méi)有采用信道共用技術(shù)，頻點(diǎn)(信道)固定分配，當(dāng)一個(gè)信道遇忙時(shí)，其他用戶(hù)只能等待，往往造成該信道上的用戶(hù)爭(zhēng)搶或者出現(xiàn)堵塞，通信質(zhì)量得不到保證；而信道空閑時(shí)，別的系統(tǒng)用戶(hù)有不能利用該信道進(jìn)行通信，信道利用率低。

原有列車(chē)無(wú)線(xiàn)調(diào)度通信系統(tǒng)內(nèi)存在嚴(yán)重的同頻干擾、領(lǐng)道干擾、阻塞干擾，與其他系統(tǒng)之間也常常出現(xiàn)互調(diào)干擾。這些干擾的存在，往往造成無(wú)法正常通話(huà)，數(shù)據(jù)傳輸誤碼率增加，影響設(shè)備的正常使用。特別在鐵路樞紐地區(qū)用戶(hù)多的時(shí)候，會(huì)由于存在系統(tǒng)內(nèi)的同頻干擾而得不到正常應(yīng)用，致使樞紐地區(qū)調(diào)度員不能與樞紐內(nèi)運(yùn)行的列車(chē)司機(jī)直接通話(huà)。

(二)高速鐵路GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信

GSM-R利用GSM的技術(shù)基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了鐵路特殊業(yè)務(wù)需求,包括功能號(hào)呼叫和管理，接入矩陣，基于位置的尋址、基于位置的呼叫限制等。

鐵路行業(yè)專(zhuān)用的應(yīng)用需求也可以通過(guò)GSM-R網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。例如尾部風(fēng)壓檢測(cè)、列車(chē)自動(dòng)控制(ATC)、無(wú)線(xiàn)車(chē)次號(hào)信息、調(diào)度命令收發(fā)等業(yè)務(wù)需求。上述應(yīng)用實(shí)際上利用了GSM-R通信網(wǎng)絡(luò),通過(guò)安裝GSM-R通信模塊建立連接,將GSM-R網(wǎng)絡(luò)的電路域、分組域作為基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò),在其上開(kāi)發(fā)各種鐵路專(zhuān)用應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)了全面的人機(jī)交互和控制,完成對(duì)列車(chē)各個(gè)部位和各種功能的監(jiān)控。

(三)GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信的優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于現(xiàn)有的模擬無(wú)線(xiàn)列調(diào)方式，GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：GSM-R是數(shù)字系統(tǒng) ，可用多種手段提高話(huà)音質(zhì)量，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)保密性更好,可靠性更高。

三、

(一)我國(guó)鐵路通信領(lǐng)域應(yīng)用GSM-R技術(shù)的發(fā)展方向

加強(qiáng)GSM-R理論研究。我國(guó)對(duì)GSM-R技術(shù)的研究始于2 0世紀(jì)末，雖然發(fā)展到今天突破了很多難關(guān)，但仍有不少理論難點(diǎn)還未攻克。近年來(lái)，GSM-R網(wǎng)絡(luò)中GPRS應(yīng)用取得了很多理論和實(shí)踐突破。比如根據(jù)我國(guó)鐵路實(shí)際情況，運(yùn)輸對(duì)通信業(yè)務(wù)需求量大，但頻率資源緊張的實(shí)際情況，采用GPRS這種分組數(shù)據(jù)傳輸方式作為一些非安全數(shù)據(jù)信息的傳輸平臺(tái)，以更好地利用頻率資源，為鐵路信息化建設(shè)提供傳輸平臺(tái)。

GSM-R在鐵路通信的應(yīng)用中，從實(shí)用、安全、可靠的角度出發(fā)。鐵路移動(dòng)信息傳輸安全平臺(tái)應(yīng)有完善的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。平臺(tái)硬件系統(tǒng)應(yīng)該由內(nèi)外網(wǎng)通信服務(wù)器、行車(chē)監(jiān)控及業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備為主的實(shí)時(shí)監(jiān)控和傳輸設(shè)施組成，平臺(tái)軟件系統(tǒng)主要由外網(wǎng)傳輸處理予系統(tǒng)、內(nèi)網(wǎng)傳輸處理子系統(tǒng)、管理監(jiān)視子系統(tǒng)構(gòu)成。將GPRS數(shù)據(jù)接人部署在鐵路局，每個(gè)鐵路局設(shè)立統(tǒng)一的外網(wǎng)通信服務(wù)器，作為各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)地面數(shù)據(jù)處理中心，承擔(dān)所有應(yīng)用系統(tǒng)車(chē)、地問(wèn)和內(nèi)、外網(wǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)交換任務(wù)，使各應(yīng)用系統(tǒng)中所有從GPRS下載的實(shí)時(shí)信息統(tǒng)一由鐵路局外網(wǎng)通信服努器接收，再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)安全傳輸平臺(tái)進(jìn)入鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)系統(tǒng)。

形成我國(guó)鐵路GSM-R技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)鐵道部直接領(lǐng)導(dǎo)和組織相關(guān)單位共同參與制定技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，逐步形成了我國(guó)鐵路GSM-R標(biāo)準(zhǔn)編制隊(duì)伍，編制標(biāo)準(zhǔn)40項(xiàng)，隨著應(yīng)用的深入，版本不斷升級(jí)。GSM-R技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)包括現(xiàn)有的GSM技術(shù)規(guī)范以及鐵路應(yīng)用技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)鐵路運(yùn)輸特色明顯，經(jīng)過(guò)研究確定從功能和性能、工程建設(shè)與運(yùn)營(yíng)維護(hù)角度制定我國(guó)鐵路GSM-R規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，包括綜述、網(wǎng)絡(luò)需求(業(yè)務(wù))、網(wǎng)絡(luò)配置、移動(dòng)設(shè)備核心規(guī)范、機(jī)車(chē)臺(tái)、通用電臺(tái)、運(yùn)營(yíng)電臺(tái)、調(diào)度臺(tái)、值班員設(shè)備規(guī)范、編號(hào)方案、用戶(hù)管理、功能編號(hào)、與位有關(guān)的尋址、文本消息、鐵路緊急呼叫、調(diào)車(chē)作業(yè)模式、直通模式等方面內(nèi)容。

(二)GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用情況

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的單信道模擬鐵路通信系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化高速鐵路通信的需求，GSM-R (GSM for Railway，鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn))和我國(guó)現(xiàn)在覆蓋最大的GSM網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)相仿，是我國(guó)首次從歐洲引進(jìn)的移動(dòng)通信鐵路專(zhuān)用系統(tǒng)。GSM-R系統(tǒng)的引入，不但實(shí)現(xiàn)了鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)的升級(jí)換代，改善了語(yǔ)音通信質(zhì)量，而且為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信平臺(tái)，能夠支持列車(chē)診斷、車(chē)輛跟蹤、貨物跟蹤、移動(dòng)售票、旅客信息服務(wù)等各種新業(yè)務(wù)。隨著GSM-R系統(tǒng)在我國(guó)的建設(shè)和普及，鐵路信息化整體水平會(huì)不斷提高。而鐵路信息化是鐵路現(xiàn)代化的基本要素和重要內(nèi)容，將強(qiáng)有力地推動(dòng)我國(guó)鐵路跨越式發(fā)展。

GSM-R技術(shù)在我國(guó)從無(wú)到有，穩(wěn)步發(fā)展。在短短的十年多的時(shí)間里，率先將GSM-R技術(shù)引入地理環(huán)境復(fù)雜的青藏線(xiàn)、重載技術(shù)領(lǐng)先的大秦線(xiàn)、運(yùn)輸繁忙的膠濟(jì)線(xiàn)這些，亟待解決通信效率的干線(xiàn)通信系統(tǒng)，取得了寶貴的成功經(jīng)驗(yàn)。并在試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，逐步在石太線(xiàn)、武廣線(xiàn)、鄭西線(xiàn)、合寧線(xiàn)、合武線(xiàn)、新豐鎮(zhèn)編組站、京津城際線(xiàn)、京滬高鐵等鐵路干線(xiàn)和新建城際客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)上推廣使用，朝著覆蓋全路鐵路干線(xiàn)的GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)邁進(jìn)。

在青藏高原鐵路上首次采用GSM-R替代軌道電路，傳輸增強(qiáng)型列車(chē)控制系統(tǒng)(ITCS)數(shù)據(jù)，解決了凍土地帶信號(hào)傳輸問(wèn)題，減少了維護(hù)工作量；創(chuàng)造性地采用雙交換機(jī)、同站址雙基站無(wú)線(xiàn)覆蓋方式，使GSM-R網(wǎng)絡(luò)達(dá)剄了可靠性、有效性、可維護(hù)性、安全性(RAMs)等技術(shù)指標(biāo)要求；結(jié)合青臧鐵路及我國(guó)鐵路的實(shí)際需要，自主研發(fā)了機(jī)車(chē)綜合通信設(shè)備(CIR)、調(diào)度通信系統(tǒng)、通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(GPRS)接口服務(wù)器(GRIS)等新設(shè)備，并率先在青藏鐵路全線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了調(diào)度通信有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)的融合，實(shí)現(xiàn)CTC、晃車(chē)信息等數(shù)據(jù)的車(chē)一地間傳輸；自主研發(fā)了GSM-R場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)、QoS測(cè)試系統(tǒng)、GSM-R場(chǎng)強(qiáng)路測(cè)儀、PRI接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、Abis接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、A接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為GSM-R網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用開(kāi)通提供了調(diào)試、分析、評(píng)估工具，為工TCS(增強(qiáng)型列控系統(tǒng))與GSM-R互聯(lián)互通提供了分析工具。青藏鐵路GSM-R工程對(duì)全路GSM-R網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義，對(duì)完善GSM-R技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供了重要的參考依據(jù)。

自我國(guó)青藏鐵路采用GSM-R通信系統(tǒng)以來(lái)，我國(guó)GSM-R技術(shù)在鐵路中的應(yīng)用也在不斷地完善和發(fā)展。對(duì)于武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，株洲南北聯(lián)絡(luò)線(xiàn)將武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)與既有京廣線(xiàn)、湘黔線(xiàn)等聯(lián)系起來(lái)，在此聯(lián)絡(luò)線(xiàn)區(qū)段為無(wú)線(xiàn)列調(diào)和GSM-R系統(tǒng)共同覆蓋，設(shè)置了轉(zhuǎn)換點(diǎn)，司機(jī)按照規(guī)定進(jìn)行制式轉(zhuǎn)換。GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)在武廣高鐵中的應(yīng)用總體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

其一，與以往鐵路通信系統(tǒng)不同的是，武廣高速鐵路GSM—R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用的是單層交織冗余覆蓋技術(shù)。在列控系統(tǒng)中，車(chē)載設(shè)備無(wú)線(xiàn)連接與無(wú)線(xiàn)閉塞中心中斷，主要是因?yàn)镚SM—R的網(wǎng)絡(luò)連接失效，可能是BTS或ATP發(fā)生了故障，如果是因?yàn)锽TS的故障.則會(huì)造成整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接中斷，導(dǎo)致ATP無(wú)線(xiàn)連接超時(shí)，影響該區(qū)段內(nèi)的所有列車(chē)的正常運(yùn)行，因此BTS故障的影響可能性大。針對(duì)無(wú)線(xiàn)連接可能失效的問(wèn)題，武廣高鐵采取采用單層交織冗余覆蓋。鐵路軌道沿線(xiàn)由一層無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋，同時(shí).為可保證GSM-R網(wǎng)絡(luò)在非連續(xù)基站故障的情況下仍能正常工作，武廣高鐵在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí).加密基站，使得兩相鄰基站的場(chǎng)強(qiáng)相互覆蓋到對(duì)方站址。

第二， 武廣高鐵采用了承載CTCS-3業(yè)務(wù)的GSM-R系統(tǒng)，以確保列車(chē)高速行車(chē)安全。如今，武廣高鐵采用GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)，從而創(chuàng)造了CRH3型動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)速394公里的世界記錄，使其成為“中國(guó)速度”的象征。