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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。GSM-R技术适应铁路运输特点,符合通信信号一体化技术发展的需要,是有效的调度指挥通信工具。本文介绍了铁路GSM-R系统的结构，分析研究了GSM-R业务在我国铁路应用，包括列车调度通信、列车同步控制、车次号无线传递、调度命令无线传送、列尾监控数据传输等。
关键词：GSM-R系统铁路通信应用
1.前言
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。
2.GSM-R系统介绍
GSM-R(GSM for Railways)是专为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。该系统满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信要求,在GSM Phase2+规范协议的高级语音呼叫功能:组呼、广播呼叫、多优先级抢占和强拆业务的基础上,加入了基于位置寻址和功能寻址等功能,适用于铁路专用调度通信的需要。主要提供列车调度、养护维修作业通信、应急通信等语音通信功能,可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道。
2.1 GSM-R系统组成
GSM-R 系统由六个子系统组成:交换子系统(SSS)、基站子系统(BSS)、运行与维护子系统(OMC)、通用分组无线业务子系统(GPRS)、终端子系统及移动智能网子系统(IN),并通过交换子系统(SSS)中的网关移动交换中心(GMSC)实现与其他通信网络的电路域业务的互联互通,通过通用分组无线业务系统(GPRS)中的网关GPRS业务支持节点(GGSN)实现与其他数据信息网络的分组域业务的互联互通。
GSM-R系统结构图
2.2 GSM-R工作频率
GSM-R系统可以在876～960MHz整个频率范围内工作,但CEPT(欧洲邮政与电信会议 )为欧洲国家的铁路通信系统指定了一个专用频带,也即UIC(国际铁路联盟)的GSM-R频带:移动站到基站(上行链路)为876～880MHz,基站到移动站(下行链路 )为921～925MHz。典型覆盖距离约为5～10公里,对高速列车来说这是保证系统容量和服务质量的最小范围;更适于隧道内通信 (相对450MHz和1800MHz频带)。
2.3 GSM-R系统结构与覆盖
GSM-R可以构成既含有面状覆盖又含有链状覆盖的网络,既可用于地区性的覆盖也可用于全国性的覆盖。面状覆盖采用多小区 (或多扇区)蜂窝结构,每个基站(BTS)覆盖一个小区(cell),当然也可以采用重叠覆盖小区结构。
2.4 GSM-R关键技术
工作频段的分配、时分多址(TDMA)技术、时分多址帧结构、空间分集、时间色散和均衡、基站与移动台间的时间调整、 话音编码、信道编码、交织技术、跳频技术、保密措施等。我国GSM-R除了具备GSM-R现有的功能特性,还应有无线列调功能、按近连续式机车信号传输、区间移动人员通信,以及根据我国的铁路的地理位置进行合理的GSM-R系统区间的场强覆盖。
3.GSM-R技术在铁路通信中的应用
GSM-R系统不仅可以提供语音业务，而且可以提供数据业务，智能业务。针对铁路应用，GSM-R系统还提供了功能寻址、基于位置寻址、组呼叫、广播呼叫、紧急呼叫等特殊功能，具体可归纳为以下9个方面：
3.1列车调度通信：列车调度通信是重要的铁路行车通信系统，负责列车的位置和运行方向，主要任务是实现“大三角”(列车调度员、车站值班员、机车司机)通信和“小三角”(车站值班员、机车司机、运转车长)通信。列车调度通信系统主要由NSS、BSS、OSS、FAS、调度台、车站台、机车综合通信设备、手持台等构成，系统构成如图2所示。
3.2 列车自动控制( CTCS3/CTCS4)：利用GSM-R提供车地之间双向安全数据传输通道，代替目前的轨道电路传输色灯信号，并通过GSM-R传输系统获得由GPS或其他的定位服务提供的准确定位信息。
3.3 机车同步控制：重载列车需要多个机车牵引，在牵引过程中，本务机车和补机机车之间需要同步操作，也就是说要尽可能同时加速、减速和制动。该业务可实现本务机与补机之间信息的交换和传递。
3.4 调度指令传输：铁路调度命令是调度所里的调度员向司機下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。TDCS根据调度命令中的机车号查找到对应的目的IP地址，将调度命令从无线列调车站台发送出去，通过GSM-R网络传到机车综合通信设备，机车就能收到调度命令。
3.5 车次号传输与列车停稳信息传送：车次号传送是铁路实现运输生产调度指挥现代化的重要一环，即要实现调度中心对移动体位置管理，首先要实现调度中心对列车的车次号自动跟踪。基于GSM-R电路交换技术(或GPRS技术)的数据采集传输应用系统，可实现GSM-R车次号传输与列车停稳信息的数据传输，保证铁路运输管理和行车安全性。
3.6 列尾监控数据传输：在列车行进当中，司机应当及时了解列车尾部的性能变化。列尾监控系统可以提供列尾风压数值，电池电压情况，主风管风压情况等等。基于GSM-R的列尾监控系统采用GPRS数据传输方式，实现车头和列尾之间的数据传输。
3.7 调车机车信号和监控信息系统传输：GSM-R调车机车信号和监控系统的主要功能是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，存储进入和退出调车模式的有关信息，构成铁路站场通信系统重要组成部分。
3.8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。
3.9 旅客业务：利用GSM-R数据通信业务，每列旅客列车都能与地面中心维持一条实时双向数据传输通道，所有与旅客相关的移动信息服务数据(车-地和地-车)都可以通过这条通道进行传输，为旅客提供优质服务，增加旅客的舒适性。如购票服务、预定服务、时刻表信息以及与公网通信等。
4．结语
铁路通信网是保证行车安全、提高运输效率的有力工具。GSM-R作为我国专门为满足铁路应用而开发的数字式无线通信系统，更具有适应铁路运输特点的优势，必将在铁路运输生产中发挥越来越重要的作用。可以预见在不久的将来，必将建成覆盖全路各线的GSM-R网络。
参考文献：
[1] 钟章队.路数字移动通信系统(GSM-R)应用基础理论[M].
[2] 朱惠忠，张亚平，蒋笑冰.GSM—R通信技术及与应用[M].北京：中国铁道出版社，2005.
[3] 马宁.GSM与GSM－R之异同及GSM－R在高速铁路上的应用[J].武汉船舶职业技术学院学报，2009(5).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：GSM-R系统铁路通信应用
1.前言
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。
2.GSM-R系统介绍
GSM-R(GSM for Railways)是专为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。该系统满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信要求,在GSM Phase2+规范协议的高级语音呼叫功能:组呼、广播呼叫、多优先级抢占和强拆业务的基础上,加入了基于位置寻址和功能寻址等功能,适用于铁路专用调度通信的需要。主要提供列车调度、养护维修作业通信、应急通信等语音通信功能,可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道。
2.1 GSM-R系统组成
GSM-R 系统由六个子系统组成:交换子系统(SSS)、基站子系统(BSS)、运行与维护子系统(OMC)、通用分组无线业务子系统(GPRS)、终端子系统及移动智能网子系统(IN),并通过交换子系统(SSS)中的网关移动交换中心(GMSC)实现与其他通信网络的电路域业务的互联互通,通过通用分组无线业务系统(GPRS)中的网关GPRS业务支持节点(GGSN)实现与其他数据信息网络的分组域业务的互联互通。
GSM-R系统结构图
2.2 GSM-R工作频率
GSM-R系统可以在876～960MHz整个频率范围内工作,但CEPT(欧洲邮政与电信会议 )为欧洲国家的铁路通信系统指定了一个专用频带,也即UIC(国际铁路联盟)的GSM-R频带:移动站到基站(上行链路)为876～880MHz,基站到移动站(下行链路 )为921～925MHz。典型覆盖距离约为5～10公里,对高速列车来说这是保证系统容量和服务质量的最小范围;更适于隧道内通信 (相对450MHz和1800MHz频带)。
2.3 GSM-R系统结构与覆盖
GSM-R可以构成既含有面状覆盖又含有链状覆盖的网络,既可用于地区性的覆盖也可用于全国性的覆盖。面状覆盖采用多小区 (或多扇区)蜂窝结构,每个基站(BTS)覆盖一个小区(cell),当然也可以采用重叠覆盖小区结构。
2.4 GSM-R关键技术
工作频段的分配、时分多址(TDMA)技术、时分多址帧结构、空间分集、时间色散和均衡、基站与移动台间的时间调整、 话音编码、信道编码、交织技术、跳频技术、保密措施等。我国GSM-R除了具备GSM-R现有的功能特性,还应有无线列调功能、按近连续式机车信号传输、区间移动人员通信,以及根据我国的铁路的地理位置进行合理的GSM-R系统区间的场强覆盖。
3.GSM-R技术在铁路通信中的应用
GSM-R系统不仅可以提供语音业务，而且可以提供数据业务，智能业务。针对铁路应用，GSM-R系统还提供了功能寻址、基于位置寻址、组呼叫、广播呼叫、紧急呼叫等特殊功能，具体可归纳为以下9个方面：
3.1列车调度通信：列车调度通信是重要的铁路行车通信系统，负责列车的位置和运行方向，主要任务是实现“大三角”(列车调度员、车站值班员、机车司机)通信和“小三角”(车站值班员、机车司机、运转车长)通信。列车调度通信系统主要由NSS、BSS、OSS、FAS、调度台、车站台、机车综合通信设备、手持台等构成，系统构成如图2所示。
3.2 列车自动控制( CTCS3/CTCS4)：利用GSM-R提供车地之间双向安全数据传输通道，代替目前的轨道电路传输色灯信号，并通过GSM-R传输系统获得由GPS或其他的定位服务提供的准确定位信息。
3.3 机车同步控制：重载列车需要多个机车牵引，在牵引过程中，本务机车和补机机车之间需要同步操作，也就是说要尽可能同时加速、减速和制动。该业务可实现本务机与补机之间信息的交换和传递。
3.4 调度指令传输：铁路调度命令是调度所里的调度员向司機下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。TDCS根据调度命令中的机车号查找到对应的目的IP地址，将调度命令从无线列调车站台发送出去，通过GSM-R网络传到机车综合通信设备，机车就能收到调度命令。
3.5 车次号传输与列车停稳信息传送：车次号传送是铁路实现运输生产调度指挥现代化的重要一环，即要实现调度中心对移动体位置管理，首先要实现调度中心对列车的车次号自动跟踪。基于GSM-R电路交换技术(或GPRS技术)的数据采集传输应用系统，可实现GSM-R车次号传输与列车停稳信息的数据传输，保证铁路运输管理和行车安全性。
3.6 列尾监控数据传输：在列车行进当中，司机应当及时了解列车尾部的性能变化。列尾监控系统可以提供列尾风压数值，电池电压情况，主风管风压情况等等。基于GSM-R的列尾监控系统采用GPRS数据传输方式，实现车头和列尾之间的数据传输。
3.7 调车机车信号和监控信息系统传输：GSM-R调车机车信号和监控系统的主要功能是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，存储进入和退出调车模式的有关信息，构成铁路站场通信系统重要组成部分。
3.8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。
3.9 旅客业务：利用GSM-R数据通信业务，每列旅客列车都能与地面中心维持一条实时双向数据传输通道，所有与旅客相关的移动信息服务数据(车-地和地-车)都可以通过这条通道进行传输，为旅客提供优质服务，增加旅客的舒适性。如购票服务、预定服务、时刻表信息以及与公网通信等。
4．结语
铁路通信网是保证行车安全、提高运输效率的有力工具。GSM-R作为我国专门为满足铁路应用而开发的数字式无线通信系统，更具有适应铁路运输特点的优势，必将在铁路运输生产中发挥越来越重要的作用。可以预见在不久的将来，必将建成覆盖全路各线的GSM-R网络。
参考文献：
[1] 钟章队.路数字移动通信系统(GSM-R)应用基础理论[M].
[2] 朱惠忠，张亚平，蒋笑冰.GSM—R通信技术及与应用[M].北京：中国铁道出版社，2005.
[3] 马宁.GSM与GSM－R之异同及GSM－R在高速铁路上的应用[J].武汉船舶职业技术学院学报，2009(5).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。