張博豪

（中國鐵建電氣化局集團(tuán)北方工程有限公司，山西 太原 030053）

0 引 言

時代的進(jìn)步發(fā)展使得高速鐵路朝著更智能化、綜合化的方向發(fā)展，智能化、綜合化的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)需要高度可靠、高度安全、快速接入的綜合移動通信系統(tǒng)和安全的信息調(diào)度指揮通道。鐵路運(yùn)輸中以無線列調(diào)為主的鐵路既有無線通信系統(tǒng)已不適應(yīng)通信技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)代化鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的需要。在這樣的背景下，GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)是基于公共無線通信系統(tǒng)GSM平臺，是為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字無線通信系統(tǒng)。GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了鐵路移動通信系統(tǒng)的升級，提升了語言通信質(zhì)量，并為更多鐵路業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了數(shù)字化通信平臺，能夠更好地支持鐵路運(yùn)輸指揮和生產(chǎn)需要，對實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸信息化建設(shè)意義重大。為此，文章現(xiàn)就GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在鐵路上的應(yīng)用問題進(jìn)行策略分析。

1 GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)概述

GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)（鐵路移動通信系統(tǒng)）是當(dāng)前世界范圍內(nèi)發(fā)展最為成熟的公用性較強(qiáng)的公共無線通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)是能夠?yàn)殍F路列車調(diào)度、列車控制、列車速度管理等提供重要的服務(wù)支持。GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在GSM標(biāo)準(zhǔn)上增加了適合高速移動環(huán)境使用的技術(shù)要素，充分汲取了GSM多年發(fā)展成果，在以往規(guī)范協(xié)議的基礎(chǔ)上額外增加了語音呼叫功能、位置尋找功能、位置定位功能。從整合通信的角度來看，GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是一種數(shù)字化的集群通信系統(tǒng)，具備無線列調(diào)節(jié)、編組調(diào)車通信、應(yīng)急通信及養(yǎng)護(hù)維修等一系列語言通信服務(wù)功能。GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的硬件組成：交換機(jī)、基站、機(jī)車綜合通信設(shè)備及手機(jī)等。其中，交換機(jī)是整個GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的核心，其主CPU處理器及各個功能模塊的CPU處理器、交換矩陣、內(nèi)部總線等都是雙備份配置?；镜拇蛟爝m應(yīng)了沿鐵路線形覆蓋的基本要求，在惡劣的環(huán)境下能夠確保鐵路系統(tǒng)的實(shí)時通信。GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的手機(jī)和一般普通手機(jī)相比外觀相同，但是這個手機(jī)除了具備一般手機(jī)的語言通話功能，還在內(nèi)部增加了鐵路運(yùn)輸專用的調(diào)度通信功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對圖像信息和數(shù)據(jù)信息的無線傳輸。

GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在中國鐵路的上行頻段為885～889 MHz，下行頻段為930～934 MHz，之所以選擇900 MHz周圍頻帶是因?yàn)檫@個頻帶能夠適應(yīng)時速為500 km/h的高速移動通信使用需要，且整個通信系統(tǒng)在運(yùn)作的時候能夠抵抗電氣化鐵道電火花的干擾，通信覆蓋范圍達(dá)到了5～10 km。

2 GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在鐵路中的作用

第一，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸指揮調(diào)度系統(tǒng)語言、數(shù)據(jù)的傳輸。GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)具有功能號碼呼叫、語音廣播、組呼叫業(yè)務(wù)等功能，在使用的過程中不僅能夠替代當(dāng)前無線通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對列車調(diào)度、區(qū)間維修、應(yīng)急搶救等工作的及時通信服務(wù)，而且還能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜加通話柱區(qū)間通信方式，從而為鐵路運(yùn)輸指揮提供更為全面的通信服務(wù)。第二，為現(xiàn)代信號控制技術(shù)的發(fā)展提供更加有力的智慧城。以往的信號控制技術(shù)具備功能單一、控制分散、發(fā)展獨(dú)立的特點(diǎn)，GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)支持下的通信技術(shù)具備高度集中的控制特點(diǎn)，將其應(yīng)用到鐵路行業(yè)能夠?yàn)殍F路的穩(wěn)定運(yùn)輸提供更加有力的支持，表現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)對各個移動機(jī)車之間車次號、列車位置、列車運(yùn)行速度信息的調(diào)控。

3 GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在鐵路中的應(yīng)用

GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在鐵路中的應(yīng)用分為語音業(yè)務(wù)層面的應(yīng)用和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層面的應(yīng)用。

3.1 語音業(yè)務(wù)應(yīng)用

鐵路調(diào)度通信包含列車通信、貨運(yùn)通信及牽引變電通信等，同時也包含戰(zhàn)場通信、應(yīng)急管理通信、施工養(yǎng)護(hù)管理通信和道口專用通信。在GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的支持下鐵路調(diào)動通信實(shí)現(xiàn)了有線調(diào)度和無線列調(diào)的二網(wǎng)融合發(fā)展。第一，點(diǎn)對點(diǎn)呼叫。①調(diào)度員呼叫。鐵路調(diào)度人員借助一個調(diào)度平臺按照車次功能號來呼叫管轄區(qū)域范圍內(nèi)的機(jī)車司機(jī)、車站值班人員，實(shí)現(xiàn)臨近調(diào)度區(qū)段和分界段的順利通話。②車站值班員的通信。借助一個車站值班臺按照車次的功能號碼和車站基礎(chǔ)站臨近機(jī)車司機(jī)來進(jìn)行通話。③機(jī)車司機(jī)借助操作顯示儀器的終端來一鍵呼叫當(dāng)前所在調(diào)度區(qū)域列車調(diào)度員、前方調(diào)度員和本站臺的調(diào)度員。第二，小組呼叫。調(diào)度人員呼叫管轄區(qū)域范圍內(nèi)所有車站值班人員，包含車站值班人員、助理值班人員、車站基礎(chǔ)站的機(jī)車司機(jī)。整個機(jī)車司機(jī)會向整個調(diào)度區(qū)域管轄范圍的調(diào)度人員和周圍車站值班人員、列車長、工務(wù)人員發(fā)起緊急呼叫[1]。

3.2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)包含短信息、電路數(shù)據(jù)信息交換和數(shù)據(jù)信息的傳輸。第一，電路數(shù)據(jù)信息的傳輸。鐵路安全型數(shù)據(jù)信息的傳輸包含列車控制信息、調(diào)車監(jiān)控數(shù)據(jù)信息、機(jī)車同步操作數(shù)據(jù)信息等。在列車控制中電路型數(shù)據(jù)的作用是連續(xù)傳輸信號信息，列車在接收到GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的指令之后會將所有軌道的運(yùn)行特性、靜態(tài)數(shù)據(jù)信息曲線、距離數(shù)據(jù)信息等完整的傳輸?shù)降孛鏌o線閉塞服務(wù)中心中。第二，分組型數(shù)據(jù)信息的傳輸。鐵路運(yùn)行過程中通用的調(diào)度命令、車次號碼、列車尾部風(fēng)壓信息、進(jìn)站信息等都需要進(jìn)行分組傳輸。

4 GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展

4.1 實(shí)現(xiàn)對GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析

GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)采用了二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要設(shè)立了移動業(yè)務(wù)大區(qū)匯集中心、本地業(yè)務(wù)端局。GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)一般會沿著軌道的方向設(shè)定，形成了沿著路軌的橢圓形小區(qū)，同時在人口密度不夠高的低速鐵路路段和軌道交接位置上可以實(shí)現(xiàn)全小區(qū)的覆蓋發(fā)展[2]。

4.2 無線網(wǎng)絡(luò)的場強(qiáng)設(shè)定

GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)場強(qiáng)的覆蓋往往和鐵路的具體位置存在關(guān)聯(lián)，結(jié)合鐵路的具體地理位置可以做出多方面的調(diào)整和優(yōu)化，特別是要著重改進(jìn)下行鏈路的通信信號覆蓋，通過強(qiáng)化信號的覆蓋來提高基站的發(fā)射功率，提升天線的掛高。

4.3 做好信號頻率的規(guī)劃管理

在鐵路網(wǎng)建設(shè)初期階段如果頻率信號規(guī)劃不夠合理或者在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的過程中出現(xiàn)了頻率分配利用不合理的現(xiàn)象就會使得整個鐵路通信網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)完成之后的一些性能指標(biāo)降低。為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在鐵路通信信號頻道分配時需要綜合考慮同一個頻道信息的干擾問題。GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的無線頻率使用十分緊張，因此為了確保鐵路通信系統(tǒng)不受到干擾，并增強(qiáng)通信安全性，需要高效率的使用有限的通信頻率資源，減少外界因素對GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)運(yùn)行的干擾。

4.4 優(yōu)化無線參數(shù)的設(shè)置

GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在運(yùn)行過程中和無線設(shè)備接口相關(guān)的參數(shù)對整個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能的影響最為明顯，這種影響具體體現(xiàn)在控制信道選擇、無線測量參數(shù)、功率控制參數(shù)等方面，這些參數(shù)的變化對信令流量的分布、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)性能有著十分重要的影響。因此，為了確保GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需要合理調(diào)整無線參數(shù)，也就是在綜合考慮無線信道特點(diǎn)、話務(wù)流量的情況下借助已經(jīng)擁有的無線資源通過業(yè)務(wù)量分擔(dān)的方式來實(shí)現(xiàn)對全網(wǎng)業(yè)務(wù)量的均勻處理，從而在最大限度上提升整個網(wǎng)絡(luò)的平均服務(wù)水平。

4.5 加快打造通信核心網(wǎng)絡(luò)

GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是一個基于交換技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)體系，在使用的時候和分散設(shè)置、直接對講的無線通信呈現(xiàn)出較大的區(qū)別。GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在運(yùn)行時會涉及到智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等多個設(shè)備，且在使用時不局限某一個鐵路使用，而是有可能實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的隨時隨地共同使用。在這樣的背景下為了確保通信的順暢需要相關(guān)人員合理安排核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的建設(shè)，對鐵路無線通信系統(tǒng)的交換機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、分層次使用，從而實(shí)現(xiàn)對通信資源的合理、優(yōu)化配置，降低GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)建設(shè)的成本消耗。此外，在GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)打造的過程中還需要著重解決互聯(lián)互通的問題?？紤]到整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)屬于鐵路運(yùn)輸指揮專用的通信系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需具有調(diào)度通信所要求的通信、安全、實(shí)時性特點(diǎn)，且系統(tǒng)在運(yùn)行時還需要注重實(shí)現(xiàn)和外部通信的連接。

4.6 積極發(fā)展感應(yīng)通信

從實(shí)際應(yīng)用情況來看，感應(yīng)通信不僅具備移動無線通信的靈活性，而且還具備無線信息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，在具體操作中通過選擇適合的頻率和耦合空間，在以最小耦合損耗的情況下經(jīng)過波導(dǎo)線的引導(dǎo)傳輸可以解決山區(qū)、隧道、井下弱電場現(xiàn)象，使得鐵路在經(jīng)過這些地區(qū)時都能夠接收到信號。

感應(yīng)通信技術(shù)雖然不是一種先進(jìn)的移動通信技術(shù)，但是在具體使用時十分符合我國鐵路運(yùn)行特點(diǎn)，且具備投資消耗少、施工快速、操作簡單、維修方便的應(yīng)用特點(diǎn)，能夠有效解決山區(qū)電氣化鐵路的無線通信建設(shè)問題。

5 結(jié) 論

GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在鐵路無線通信系統(tǒng)建設(shè)中擁有廣闊的應(yīng)用前景，其中青藏鐵路的建設(shè)成功則是充分驗(yàn)證了GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在鐵路無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用成效。在未來，伴隨我國鐵路的建設(shè)發(fā)展，需要相關(guān)人員強(qiáng)化對GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組成、特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢的分析，并結(jié)合鐵路建設(shè)將其充分應(yīng)用到鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域，為鐵路運(yùn)輸內(nèi)部各個部門的溝通交流提供有力的支持，促進(jìn)我國鐵路移動通信朝著更加廣闊的方向發(fā)展。