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摘要本文介绍了GSM-R系统在铁路通信系统中的应用及其功能,展望了GSM-R系统在我国铁路通信中的发展前景。
关键词 GSM—R 通信系统 铁路通信规划应用
TN915
GSM-R通信系统的特点
GSM-R是在GSM蜂窝移动通信系统的基础上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的无线集群通信系统。其工作频段为900MHz，移动端发送频率为885～889MHz(基站接收)，基站发送频率为930～934MHz(移动端接收)，信道间隔为200kHz，双工间隔为45MHz。按等间隔频道配置的方法，共有21个载频，频道序号从999～1019，扣除低端999和高端1019做为隔离保护，实际可用频道19个，频道序号为1000～1018。GSM-R是专门针对铁路移动通信的需求而推出的专用通信系统，由国际铁路联盟（UIC）和欧洲电信标准化组织制定技术标准，并被许多欧洲国家采纳。GSM-R基于GSM并在其功能上有所超越，是成熟的通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种技术体制。铁道部2000年底正式确定将GSM-R作为我国铁路专用通信的发展方向。
（一）铁路GSM-R系统的功能特点。
1、调度通信功能
2、车次号传输与列车停稳信息的传送功能
3、调度命令传送功能
4、列车尾部装置信息传送功能
5、调车机车信号和监控信息系统传输功能
6、列车控制数据传输功能
7、区间移动公务通信
8、应急指挥通信话音和数据业务
9、铁路基本业务，功能寻址是GSM-R的特征, 是通过编制功能号来实现呼叫用户, 而不是通常情况下的按照用户使用的终端设备来进行寻址。
（二）GSM-R铁路通信业务的需求。
随着铁路通信信号技术相互融合，行车调度指挥自动化等技术突破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路运输调度指挥朝着数字化、智能化、网络化和综合化的方向发展。铁路通信引入GSM-R，它基于GSM的基础设施及其提供的ASCI(先进语音呼叫业务)，其中包含eMLPP(增强型多优先级与强拆)、VGCS(语音组呼)和VBS(语音广播)，并提供铁路特有的调度业务，包括：功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址；并以此作为信息化平台，使铁路部门用户可以在此信息平台上开发各种铁路应。
（三）GSM-R无线网络采用单层交织。
在我国新建铁路，尤其是高速铁路建设中，均采用GSM- R通信系统，如武广高铁、郑西高铁、京沪高铁等。无线网络采用单网交织冗余覆盖方式，满足列车运行速度200～350km/h条件下的通信需求。实现铁路固定用户与移动用户的统一呼叫。然而在列控系统中, 无线闭塞中心(RBC) 与车载设备无线连接中断, 大多是由于GSM- R 的无线网络连接失效, 即车载ATP（列控车载系统） 与BTS (基站) 的连接中断, 可能是ATP 或BTS 发生了故障, 其中BTS故障的影响可能性大, 因为它的故障会造成整个BTS无线网络覆盖区域内的无线连接中断,导致ATP无线连接超时CTCS-3级转入CTCS-2级控车，影响该区段内的所有列车运行。
二、GSM-R通信系统的功能及其铁路应用
我国GSM-R铁路数字移动通信系统由：网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行和维护操作支持子系统（OSS）三个子系统构成。通用分组无线业务子系统（GPRS）、智能网子系统（IN）、固定接入交换子系统（FAS）和终端子系统通过交换子系统（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。
（一）GSM-R 系统网络结构见下图。
（二）GSM-R业务应用
采用GSM-R系统的功能寻址、基于位置寻址、组呼叫、广播呼叫、紧急呼叫等功能，可以提供铁路运输指挥话音通信业务，包括列车、货运、牵引变电等调度通信，也可提供站场、应急、施工养护和道口等专用通信。其中，调度通信业务实现了传统的有线调度和无线调度“两网合一”，优化了网络，提高了性能，方便了使用。
采用GSM-R电路域连接或GPRS方式的数据传输链路，可以为铁路运输指挥提供数据通信业务，包括列车控制系统信息传送、机车同步控制信息传送、列尾信息传送、调度命令传送、调车无线机车信号和监控信息传送、无线车次号传送、进站停稳信息及接车进路信息的传送等数据通信业务。还可以根据需求逐步增加旅客列车服务信息、车站/编组场综合移动信息系统、机车工况信息传输、牵引弓况信息传输、线路监测状态传输和GSM-R场强监测数据传输、区间及站场各类监测信息传输等数据通信业务；以及基于智能网的呼叫限制、动态组呼、短消息的智能业务以及自动获取调度中心的IP地址等业务。
（三）GPRS在GSM-R网络中的重要作用。
GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的、频繁的、数据量小的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。将GPRS 分组交换模式引入到GSM-R網络中, GSM-R在数据传输上产生了由电路交换到分组交换的质的飞跃,数据传输速率从原来的9.6kb/s 提高到最大传输速率171.2kb/s。并可实现资源的灵活配置。在GSM- R 中引入GPRS 技术, 满足了铁路通信发展的需要。GPRS方式的数据传输链路，可以为铁路运输行车指挥提供数据通信业务，包括列车控制系统信息传输、机车同步控制信息传输、调度命令传输、调车无线机车信号和监控信息传输、无线车次号传输、进站停稳信息及接车进路信息的传输等数据通信业务。
三、中国铁路GSM-R网络的规划发展
铁道部按国家《中长期铁路网规划》在全国发展GSM-R的目标是：在全路建立一张移动通信网络，利用通信的手段实现铁路移动设施和固定设施的无缝连接，确保列车平稳、高速、安全地运行。在全国建设三个移动汇接交换中心(TMSC)，分别设在北京、武汉、西安。采用铁路专用900MHz工作频段，在全国18个铁路局所在地以及拉萨设置共计19个MSC（移动交换中心）,GSM-R核心网络采用二级网络结构。建立全国铁路统一的GSM-R移动通信平台, 在铁路内部实现全国漫游,加快高速铁路信息化建设,实现高速铁路快速发展。
参考文献
〔1〕钟章队, 李旭, 蒋文怡.铁路综合数字移动通信系统.
中国铁道出版社, 2003.
〔2〕中国铁路GSM-R网络的规划.北京交通大学讲稿, 2004.
〔3〕CTCS3-300T列控车载系统.
〔4〕中国铁路通信信号集团公司客运专线培训教材，2008
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词 GSM—R 通信系统 铁路通信规划应用
TN915
GSM-R通信系统的特点
GSM-R是在GSM蜂窝移动通信系统的基础上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的无线集群通信系统。其工作频段为900MHz，移动端发送频率为885～889MHz(基站接收)，基站发送频率为930～934MHz(移动端接收)，信道间隔为200kHz，双工间隔为45MHz。按等间隔频道配置的方法，共有21个载频，频道序号从999～1019，扣除低端999和高端1019做为隔离保护，实际可用频道19个，频道序号为1000～1018。GSM-R是专门针对铁路移动通信的需求而推出的专用通信系统，由国际铁路联盟（UIC）和欧洲电信标准化组织制定技术标准，并被许多欧洲国家采纳。GSM-R基于GSM并在其功能上有所超越，是成熟的通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种技术体制。铁道部2000年底正式确定将GSM-R作为我国铁路专用通信的发展方向。
（一）铁路GSM-R系统的功能特点。
1、调度通信功能
2、车次号传输与列车停稳信息的传送功能
3、调度命令传送功能
4、列车尾部装置信息传送功能
5、调车机车信号和监控信息系统传输功能
6、列车控制数据传输功能
7、区间移动公务通信
8、应急指挥通信话音和数据业务
9、铁路基本业务，功能寻址是GSM-R的特征, 是通过编制功能号来实现呼叫用户, 而不是通常情况下的按照用户使用的终端设备来进行寻址。
（二）GSM-R铁路通信业务的需求。
随着铁路通信信号技术相互融合，行车调度指挥自动化等技术突破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路运输调度指挥朝着数字化、智能化、网络化和综合化的方向发展。铁路通信引入GSM-R，它基于GSM的基础设施及其提供的ASCI(先进语音呼叫业务)，其中包含eMLPP(增强型多优先级与强拆)、VGCS(语音组呼)和VBS(语音广播)，并提供铁路特有的调度业务，包括：功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址；并以此作为信息化平台，使铁路部门用户可以在此信息平台上开发各种铁路应。
（三）GSM-R无线网络采用单层交织。
在我国新建铁路，尤其是高速铁路建设中，均采用GSM- R通信系统，如武广高铁、郑西高铁、京沪高铁等。无线网络采用单网交织冗余覆盖方式，满足列车运行速度200～350km/h条件下的通信需求。实现铁路固定用户与移动用户的统一呼叫。然而在列控系统中, 无线闭塞中心(RBC) 与车载设备无线连接中断, 大多是由于GSM- R 的无线网络连接失效, 即车载ATP（列控车载系统） 与BTS (基站) 的连接中断, 可能是ATP 或BTS 发生了故障, 其中BTS故障的影响可能性大, 因为它的故障会造成整个BTS无线网络覆盖区域内的无线连接中断,导致ATP无线连接超时CTCS-3级转入CTCS-2级控车，影响该区段内的所有列车运行。
二、GSM-R通信系统的功能及其铁路应用
我国GSM-R铁路数字移动通信系统由：网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行和维护操作支持子系统（OSS）三个子系统构成。通用分组无线业务子系统（GPRS）、智能网子系统（IN）、固定接入交换子系统（FAS）和终端子系统通过交换子系统（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。
（一）GSM-R 系统网络结构见下图。
（二）GSM-R业务应用
采用GSM-R系统的功能寻址、基于位置寻址、组呼叫、广播呼叫、紧急呼叫等功能，可以提供铁路运输指挥话音通信业务，包括列车、货运、牵引变电等调度通信，也可提供站场、应急、施工养护和道口等专用通信。其中，调度通信业务实现了传统的有线调度和无线调度“两网合一”，优化了网络，提高了性能，方便了使用。
采用GSM-R电路域连接或GPRS方式的数据传输链路，可以为铁路运输指挥提供数据通信业务，包括列车控制系统信息传送、机车同步控制信息传送、列尾信息传送、调度命令传送、调车无线机车信号和监控信息传送、无线车次号传送、进站停稳信息及接车进路信息的传送等数据通信业务。还可以根据需求逐步增加旅客列车服务信息、车站/编组场综合移动信息系统、机车工况信息传输、牵引弓况信息传输、线路监测状态传输和GSM-R场强监测数据传输、区间及站场各类监测信息传输等数据通信业务；以及基于智能网的呼叫限制、动态组呼、短消息的智能业务以及自动获取调度中心的IP地址等业务。
（三）GPRS在GSM-R网络中的重要作用。
GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的、频繁的、数据量小的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。将GPRS 分组交换模式引入到GSM-R網络中, GSM-R在数据传输上产生了由电路交换到分组交换的质的飞跃,数据传输速率从原来的9.6kb/s 提高到最大传输速率171.2kb/s。并可实现资源的灵活配置。在GSM- R 中引入GPRS 技术, 满足了铁路通信发展的需要。GPRS方式的数据传输链路，可以为铁路运输行车指挥提供数据通信业务，包括列车控制系统信息传输、机车同步控制信息传输、调度命令传输、调车无线机车信号和监控信息传输、无线车次号传输、进站停稳信息及接车进路信息的传输等数据通信业务。
三、中国铁路GSM-R网络的规划发展
铁道部按国家《中长期铁路网规划》在全国发展GSM-R的目标是：在全路建立一张移动通信网络，利用通信的手段实现铁路移动设施和固定设施的无缝连接，确保列车平稳、高速、安全地运行。在全国建设三个移动汇接交换中心(TMSC)，分别设在北京、武汉、西安。采用铁路专用900MHz工作频段，在全国18个铁路局所在地以及拉萨设置共计19个MSC（移动交换中心）,GSM-R核心网络采用二级网络结构。建立全国铁路统一的GSM-R移动通信平台, 在铁路内部实现全国漫游,加快高速铁路信息化建设,实现高速铁路快速发展。
参考文献
〔1〕钟章队, 李旭, 蒋文怡.铁路综合数字移动通信系统.
中国铁道出版社, 2003.
〔2〕中国铁路GSM-R网络的规划.北京交通大学讲稿, 2004.
〔3〕CTCS3-300T列控车载系统.
〔4〕中国铁路通信信号集团公司客运专线培训教材，2008
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。