GSM-R通信系统

2024-06-20

GSM-R通信系统（共9篇）

GSM-R通信系统篇1

1 国内外研究现状

GSM-R系统应用起源于欧洲铁路, 我国21世纪初引入这一系统, 特别是在高速铁路上, 作为指挥高速列车行车及调度的无线通信系统。GSM-R系统的正常运行对于保障行车安全具有非常重要的意义, 因此对系统状态进行检测是不可或缺的。对GSM-R系统的检测可分为2个阶段, 第一阶段是在高铁线路GSM-R通信系统建设完毕开通运营前, 使用动态检测系统检测网络的各项指标是否符合开通运营条件, 即联调联试;第二阶段是高铁线路运营过程中的日常动态检测, 及时监测通信设备及系统的运用状态, 为养护维修相关部门提供重要的参考。

目前, 已经有国外采购和国产化的G S M-R检测系统 (硬件和软件) 在0号高速综合检测列车上应用, 每个月对全路各高速铁路线路进行日常检测;更高速度的综合检测列车GSM-R检测系统也已用于京沪高速铁路的日常通信检测, 检测项目主要包括无线场强覆盖、语音服务质量、电路域 (CSD) 服务质量和分组域 (GPRS) 服务质量等。

2 检测系统软硬件平台

2.1 系统架构

根据《GSM-R无线网络覆盖和服务质量 (Qo S) 测试方法》中规定的对GSM-R系统服务质量的检测项目, 新一代高速综合检测列车通信检测系统 (见图1) 由中央处理服务器、同步定位子系统、电磁环境检测子系统、GSM-R无线场强覆盖检测子系统、GSM-R服务质量检测子系统和GPRS及应用功能检测子系统等构成。其中, 中央处理服务器是整个通信检测系统的神经中枢, 不仅为上述5个子系统的硬件设备提供与中央处理服务器交互的接口, 还为车载软件提供软硬件平台;同步定位子系统承担为综合测试系统提供当前列车运行速度、公里标和经纬度等时空同步信息的任务;电磁环境检测是确保GSM-R系统业务在空中接口环节可靠性的前提条件;无线场强覆盖检测是确保GSM-R系统服务质量的物理基础, QoS检测指标是GSM-R网络性能的体现;应用功能检测可直接反映出业务应用层端到端业务的工作状态, 为了掌握GSM-R系统及其设备的运行状态, 需要对上述4个层次的项目进行全面检测。

由图1可以看出, 新型GSM-R检测系统是一个统一的整体, 各个检测子系统可分别工作也可联合工作。系统可根据列车运行线路等级 (CTCS-2级、CTCS-3级) 设定不同的检测项目, 配置方便灵活, 使检测参数更加丰富, 有助于检测数据的综合分析。使用带信令的检测模块可以同时完成CSD通信特性测试和网络特性测试。GPRS测试与调度命令及车次号传输测试融合为一个整体, 减少设备数量, 既降低测试成本, 又减少检测对运营通信的影响。

GSM-R检测系统硬件平台使用高度集成化结构, 用于服务质量测试的通信模块和基于CPCI总线的中央处理服务器及同步定位子系统的部件都可以在不拆开机箱的情况下进行安装和拆卸, 便于设备更换和维修;此外, 硬件平台除保证现有设备使用接口外, 还预留多个USB、COM、LAN、SATA、DVI等接口, 便于硬件系统进行必要扩展。

由于硬件系统高度集成化, 可以不再使用CIR作为检测系统的一部分, 检测系统中的通信模块可以作为语音通话使用, 在操作界面上可以输入被叫号码发起语音通话, 测试模块的音频信息连接到放大器接入话筒和手柄完成操作。目前, 该新型GSM-R检测系统的硬件结构已经获得国家专利。

2.2 软件系统组成

软件系统分为3个独立部分, 车载端的同步定位软件、GSM-R综合测试软件及地面端的配合测试软件。其中, 同步定位软件通过采集连接CPCI总线脉冲记数卡的记数值和GPS信息为综合测试系统提供速度、里程和经纬度等时空信息, 也可以连接现有检测列车综合同步信息进行自动定位和距离校准。

GSM-R综合测试软件分为实时测试、数据回放分析和后台统计分析三大类功能。实时测试功能根据不同类型的线路配置不同的检测项目, 可以完成包括语音短呼、长呼、电路域 (CSD) 服务质量、分组域 (GPRS) 服务质量在内的Qo S测试功能及调度命令等应用测试功能, 在实时测试过程中伴随着信令解析、电子地图显示等辅助功能。回放分析根据实时测试过程中存储的测试文件, 模拟再现整个测试过程, 回放过程中可对数据和曲线进行联动分析。联动分析指当处于非正在回放状态时 (回放完毕, 暂停回放, 停止回放) , 可以使用鼠标双击曲线绘图区域的某一个公里标处, 其他实时的视图或列表也相应定位到该公里标处, 这样可以进行故障联合定位与原因查找。

地面端的配合测试软件主要完成Qo S的配合测试。可作为语音呼叫测试中的FAS台, 自动接听车载端的呼叫;可作为电路域服务质量 (CSD) 中数据传输延时和干扰率测试的地面服务器, 自动接听车载端呼叫并按指令与车载端交互帧数据;还可作为分组域服务质量测试的服务器, 与车载端配合完成分组域的传输时延 (Ping和UDP) 测试和网络吞吐量 (FTP上传/下载) 测试。

同步定位子系统的加入使综合测试系统能够与现有车载检测系统在原有硬件基础上完成软件的无缝升级;综合测试系统的松耦合模块化设计方便系统二次开发和升级, 信令解析和联动分析为故障准确定位提供重要指导。

3 检测数据分析处理

新型G S M-R检测系统的典型数据分析处理功能大致分为三类: (1) 测试数据的实时显示、存储和统计 (见图2) ; (2) 网络特性数据 (信令) 的实时解析; (3) 测试数据的联动同步分析。联动同步分为2个方面, 一是同一模块不同显示状态的同步, 二是不同检测模块的定位同步。

在使用GSM-R检测软件进行实时检测之前, 需要为每个设备配置相应的检测任务, 包括语音短呼测试、长呼测试、CSD中的连接建立时延、数据传输时延和传输干扰率测试、分组域服务质量中的数据传输时延 (Ping和UDP) 测试和吞吐量 (FTP上传/下载) 测试、网络注册时延测试和应用功能测试。实时测试过程中, 对于每个测试任务除显示单次测试结果外, 还提供实时的统计信息, 如成功率、失败率、连接失效率、丢包率、统计建立时延和传输时延等。图2下半部给出以短呼测试为实例的实时测试记录列表和实时统计列表, 这些实时统计列表将是生成统计结果报表的根本依据。

为了更好地检测网络的运行状态, 获取尽可能多的网络状态参数及信息, 对网络无线接口Um与网络交互的信令进行采集和解析具有非常重要的意义。新型GSM-R检测系统软件可以使用2 W或8 W带信令模块进行信令采集, 并利用帧格式规则进行信令的全解析。

测试数据和信令信息的多样化为信息组合定位网络故障提供了可能性, 而联动同步分析为准确定位网络故障提供了重要保障。图3是联动同步分析测试数据回放视图, 在这个界面中可以点击任一个显示窗口, 其他窗口都可以用相关标记同步到同一公里标的检测数据上。点击图3左下部的层三信令, 在曲线上显示标记处信令对应的接收电平、通信质量、C/等指标, 同时图3右下方显示出这个信令的具体解析内容。除此之外, 同一测试任务和不同测试任务的其他没显示的视图也已经同步到相同公里标处的数据上。上述部分或所有同步信息的组合能够更加准确地定位网络事件的原因:如由服务小区和最强的邻小区电平忽高忽低引起的乒乓切换、切换失败原因、掉话原因 (电平低或话音质量差) 等, 进而为网络优化提供依据。

4 结束语

未来的检测系统将向着便携式和自动化 (无人值守) 方向发展, 硬件平台将更加高度集成化和多样化, 也能给为网络状态检测和数据分析处理提供更加有力的手段。

参考文献

[1]科技运[2008]170号GSM-R无线网络覆盖和服务质量 (QoS) 测试方法 (V1.0) [S], 2008

[2]LOG STB008G GSMR AT Commands Description and MRM STB010M MRM Technical Specifications Version G[S], 2001

[3]Sagem, Trace protocol specificationV4.08.00revision C[S], 2007

[4]ETSI.GSM04.06version8.0.1Release[S], 1999

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[6]ETSI.GSM05.10version8.0.1Release[S], 1999

GSM-R通信系统篇2

介绍了目前我国GSM-R系统建设的基本情况及GSM-R系统功能,并根据集通线的实际情况提出了该线的GSM-R系统方案和建设时机.

作者：康凯 Kang Kai 作者单位：内蒙古集通铁路集团有限责任公司,呼和浩特,010010 刊名：铁路通信信号工程技术英文刊名：RAILWAY SIGNALLING & COMMUNICATION ENGINEERING 年，卷(期)： 6(3) 分类号：U2 关键词：集通线 GSM-R 单网交织时机

GSM-R通信系统篇3

【关键词】G S M - R；干扰；形成；排除

【中图分类号】TN91【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0160-01

铁路移动通讯系统（GSM-R ，Global System of Mobile communication for Railways）是目前我国铁路运输系统所统一采用的通信网络载体，从根本上说，这种技术是全球移动通讯系统GSM在铁路运输系统中的应用。从技术本源的角度看GSM-R和GSM都采用了大致相同的工作机制，但其特殊的应用环境和需求又决定了GSM-R系统很多只属于其自身的特征。

一、GSM-R系统的工作环境以及其干扰特征

GSM-R系统所面临的工作环境特殊，相对于GSM系统的分片覆盖区域而言，GSM-R系统面临的是铁路工作系统中以铁轨作为轴心的带状覆盖区域，并且其横跨地域较大，这样的覆盖区域特征导致其与其他网络有着更多的相邻边界，更容易引发干扰现象。此外，GSM-R系统承载着铁路工作环境中的调度职能，负责着列车与调度中心的信息传输，因此直接影响到铁路系统的运行安全，因此GSM-R系统在安全性和可靠性方面都更为注重，相应对于干扰的形成和排除工作也比其他通信系统更为重视。

GSM-R系统的干扰来自于多个方面，就其干扰来源而言，可以大致分为系统内部和系统外部两个方面。前者通常由于铁路系统自身所面临的特殊地理和自然环境，导致在GSM-R系统内部形成覆盖区域的相互重叠不合理，或者通信覆盖强度与自然环境契合程度较弱从而造成多路径传输干扰。此类干扰可以通过对多发故障或干扰告警进行长期总结和数据分析，找出可能存在的潜伏问题，从系统优化的角度出发进行排除。而对于GSM-R系统而言，更为频繁出现的干扰源则来自系统外部，这一方面是由于横跨较大的地理范围，另一方面也是GSM-R系统技术中难以规避的弱点所在。

从技术角度看，GSM-R系统与GSM系统使用同一类技术核心，因此直接为二者之间的相互干扰埋下隐患；而CDMA虽然与GSM-R系统采用了不同的技术核心，但是其扩频技术会使得其传输的数据在传输过程中被扩展到一个更宽的频带中，而在信号接收端，CDMA系统支持在扩频过程中纳入到系统中的数据杂音过滤，但是GSM-R系统却不能支持数据过滤，因此CDMA也会为GSM-R系统带来不能忽视的干扰。从占用频带角度看，GSM- R通信系统在我国使用上行885～889MH z以及下行930～934MHz频段，而GSM系统在社会中采用的是上行890～915MHz，下行935-960MHz以及上行1710-1785MHz，下行1805-1880MHz两个频段，由此可见GSM-R系统的上行885～889MHz频段和GSM系统的上行890～915MHz频段，以及下行930～934MHz频段和GSM系统的下行935-960MHz频段之间紧邻，控制不足十分容易形成干扰。此外，我国CDMA系统使用上行825-840MHz，下行870-885MHz频段，与GSM-R系统频段同样紧邻，在扩频过滤的过程中也会以无序干扰的形式存在于GSM-R系统中，对其通信产生影响。

二、GSM-R系统中干扰的危害以及排除

干扰对于GSM-R系统的危害相对明确，但还是需要有针对性地做出深一步的理解。

在GSM-R系统中，光网络的传输质量可以信任，因此通信干扰出现在无线接入部分，可以具体分为上行干扰和下行干扰两个部分。其中上行干扰出现在移动台向基站传输数据的过程中，因此上行干扰会影响到基站的工作状态，进而对整个数据传输过程有所影响。较为严重的上行干扰会提高GSM基站接收机基底噪电平，从而产生通信背景噪音，导致误码率的提高，甚至相关设备灵敏度的下降，最终形成通信终端问题的发生。相应的，下行干扰发生在信号的下行段中，即发生在信号由基站向移动台传输的过程中，下行干扰通常不会产生很大范围的影响，只是对于干扰环境附近的移动台接收信号质量有所影响。对于GSM-R系统而言，下行干扰的表现主要集中在BCCH（广播控制信道，Broadcast Control Channel）以及TCH（业务信道，Traffic Channel）两个方面。在BCCH方面，会影响到接通率降低、切换失败机会增加等；而在TCH方面，干扰的状况会随着话务的增加呈现出正相关特征，主要表现为通信过程中噪声的增加，通信质量下降以及掉话率的提高。

针对于干扰对GSM-R系统所产生的恶劣影响，有必要进行深入分析，对干扰进行清查和排除，确保GSM-R系统工作正常。对于来源于GSM-R系统外部的干扰源查找，可以从如下几个方面进行处理。首先应当注重于共用频段的干扰排查。信产部有明文规定，在铁路线路上采用4.5m高测量天线，50%时间、幅度概率进行测量，同频干扰信号不应大于-105 dBm，在直辖市、省会城市和计划单列市的城区铁路轨道两侧各2km，其他地区两侧6km处采用1.5m天线，50%时间、幅度概率进行测量，双方系统的基站下行控制和业务信道的信号电平应低于-85dBm。具体操作的时候，应当以此规则作为基准，综合使用GPS等工具沿铁路线展开路测，重点掌握干扰信号的电平以及MNC、LAC以及BSIC等相关特征信息，确定干扰源基站位置，为进一步网间协调奠定基础。对于共用频段干扰的核查是排查干扰的重要工作组成，因此还应当注意其他细节问题，尤其是目前由于铁路交通逐步成熟发达，难以逐一进行实地排查，因此更多的时候采取在列车上实时路测。这种做法虽然相对便捷，并且在GPS等工具的支持下精准程度不断提升，但是仍然会出现对于干扰信号的丢失现象，因此对于列车速度因素必须考虑到排查工作中来。此外，无线环境测试一般在夜间铁路施工“天窗”点内进行，而夜间GSM以及CDMA系统的数据流都相对较小，如果单纯使用扫频仪测试在用公网TCH 对GSM-R干扰难以获取到良好效果，具体可以先进行C/.I等相关指标测试，进一步将电信运营SM卡加装在干扰分析测试装置上针对铁路沿线运营商主频点以及语音信道频点进行测试，实现对于干扰源的排查目的。

三、结论

对于GSM-R干扰源的排查，除了社会上存在的运营商干扰以外，其他非法干扰也必须加以重视，一旦发现干扰源，必须追查到底。对于需要多个单位进行协调的干扰问题，应当提前准备出预备方案，确保能够在双方进行接触的第一时间实现两侧网络的优化协调处理，而对于非法干扰，必须予以追查取缔，确保GSM-R系统的正常运行。

参考文献

[1] 华为技术有限公司.GSM无线网络规划与优化[M].第1版.北京：人民邮电出版社， 2004

谈GSM-R通信网安全监测系统篇4

1 铁路数字移动通信系统 (GSM-R) 概况及安全监测系统的重要性

GSM-R是一种基于公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统。主要包括:移动交换子系统 (SSS) 、基站子系统 (BSS) 、通用分组无线业务系统 (GPRS) 、智能网系统 (IN) 、固定用户接入交换子系统 (FAS) 、终端系统、运行与维护子系统、传输系统及配套的电源系统设备等。

随着GSM-R和CTCS (铁路列车运行控制系统) 的结合, GSM-R实际已成为铁路通信的基本载体, 因此保证GSM-R网络的高可靠性、安全性已成为保障铁路安全运行的重要手段。因此, 实施“GSM-R通信网安全监测系统”将越来越迫切。

2 GSM-R通信网络安全监测系统

2.1 系统介绍

铁路通信的安全性和可靠性的高要求对GSM-R的信令分析提出了更高要求。传统的7号信令网主要监测的是核心网的接口, 而对于GSM-R网络, 基站和核心网交换机之间Abis和A接口承载了80%以上的信令流量, 尤其是当越来越多的列控通信和列调通信通过GSM-R无线网络来传送时, 保持Abis/A接口信令的全面的7×24监测就成了维护整个GSM-R网络安全的重要手段。GSM-R通信网安全监测系统, 就是为实施“GSM-R通信网7×24 h实实时时监监测测””而而设设计计开开发发的的技技术术设设备备。。该该系系统统可可以以对对通通信信网网所所有有接接口 (除空中接口外) 的信令进行集中式的实时监测, 为通信网的安全可靠运行、日常维护、故障分析、网络优化提供数据。

2.2 GSM-R安全监测系统构成

GSM-R安全监测系统主要由前端接入 (测试探头) 、数据采集和存储、分析部分 (中央服务器、客户端) 组成。

GSM-R通信网络安全监测系统示意图见图1。

2.2.1 前端接入

为了实现对GSM-R网络的监测目的, 必须在监测系统与GSM-R信令网之间建立可靠的连接。STP (信令转接点) 是信令网的核心设备。根据国标建议, 信令链路必须由E1进行传输, 所以信令监测系统通常是通过对STP信令链路所在的E1系统的监测来实现的。

2.2.2 数据采集和存储

远端站完成信令数据的采集和预处理功能, 即对信令进行分类, 根据类别将消息同步到监测中心子系统的数据库 (表) 。如, 告警故障、链路状态、Abis消息等分别放入相应的数据库 (表) 中。

2.2.3 数据的分析处理

由中央服务器 (包括数据库服务器) 对系统数据进行综合分析处理, 实现系统的功能。

主要包括的功能分析模块有:数字移动通信网 (GSM/GSM-RR) ) 分分析析模模块块、、通通用用分分组组无无线线业业务务系系统统 ( (GGPPRRSS) ) 分分析析模模块块、、智智能能网网系系统 (IN) 分析模块及固定用户接入交换子系统 (FAS) 分析模块。

主要实现功能有:实时集中监测GSM-R/GPRS移动网络的所有链路、设备的运行状态;全网运行状况实施统计, 早期预警和故障分析;可产生基于每小区 (服务区) 的性能分析;全网及各服务区的流量分析;基于每个用户的性能统计和分析;超长、超短、超频呼叫统计与捕捉;全信令过程跟踪;指定用户号码呼叫跟踪;基于CDR呼叫记录的统计方式;信令消息、链路负荷统计;实时捕捉用户任意定义的网络事件和消息, 并对其进行统计;捕捉分析各类网络错误 (或用户指定) ;呼叫失败、切换失败、位置更新失败统计与原因查找;A, Abis, Gb, ISDN接口接通率测试与呼叫参数分析等。

3 GSM-R通信网络安全监测系统实例

图2是某铁路拟建中的GSM-R通信网监测系统, 为典型的GSM-R通信网安全监测系统。该系统建成投产后, 可以方便准确的测试通信网络的多个技术指标 (如网络接通率等) , 比起传统的测试手段, 系统可以为维护者提供更加准确的原始数据, 为网络维护、优化提供有力的保障。

监测系统实现功能及特点。监测系统可实时呈现信令网和业务网的运行状态, 进行实时告警监视、故障跟踪、快速故障统计分析与定位、协议解析、呼叫追踪、呼叫质量分析、链路管理、网络流量流向分析、网络质量分析、网络性能分析、网络优化、CDR统计分析、灵活的性能统计报表、配置管理、系统自身管理等功能。

1) 信令链路状态和性能的实时监测和管理。

系统以可视的方式实现网间信令链路状态及负荷的实时监测, 并通过颜色变化来反映告警的类型和级别。同时可对某段时间内的链路负荷进行查询、统计、排序, 提供各种图表来对链路性能进行分析。

2) 消息过滤功能。

系统可以将事件识别和序列识别作为滤波器的条件, 决定哪些事件会被存储, 方便用户查询有特殊内容的信令消息。

3) 呼叫跟踪功能。

系统通过对某一呼叫的完整信令过程进行实时跟踪, 以便快速确定各实体之间信令配合的问题。如, 通过指定呼叫号码跟踪测试实现对ISDN号码、移动用户IMSI, MSISDN号码的动态实时跟踪;通过自动跟踪和指定呼叫相关的信令配合, 实时显示跟踪消息或呼叫过程记录, 迅速查询呼叫失败原因、用户位置环境原因等。另外系统还具备同时跟踪多用户、多段、多协议信令配合并保存跟踪过程数据等功能。

4) 移动台的全程跟踪。

系统可对于某个移动台 (例如某一车载台) 在整个列车运行中所有通信行为做全程追踪。按时间和类型及对方号码进行检索和排序。不但可以清楚地掌握被测移动台的实时状态, 还可以间接地得到列车全程的GSM-R状态。

5) 切换分析。

根据铁路的分布特点, GSM-R的覆盖必然是一个带状的覆盖, 在铁路沿线分布着一系列的基站, 每个基站管理负责自己的一块区域, 所有基站的覆盖相连完成对整个铁路的无线覆盖。车载的列控终端需要与控制中心始终保持通讯, 在列车的正常行驶过程中, 必然有一系列地切换发生。因此GSM系统的越区切换的成功率直接影响了列控通信的可靠性。GSM-R集中监控系统可以针对每一个移动台, 在列车运行的全程进行切换追踪, 时刻监视切换的成功率。

6) 列调命令实时解析。

列调命令在由列车调度中心ISDN接口上发送。通过对列调指令的解码和存档, 可以通过第三方的测试系统全面地监测和记录实际传送给用户的指令。为日后的故障分析和回放提供大量的原始参考信息。

7) 当前运行车辆的通信状态实时显示。

通过ETCS的解码, 显示当前车辆的运行状态 (例如:位置, 速度, 当前列车参数等) , 实时显示列车周边的无线环境变化。

8) 生成列控话务清单。

通过对GSM-R的信令层和应用层的解码, 提取出所有与列控对话相关的信息, 并把指令信息与每次呼叫连接关联起来, 组成一系列的列控通话话单。这样, 管理人员可以通过多种方式查询到某年, 某月, 某段时间或某次列车的所有列控消息 (例如:地点, 速度, 应答器参数等等) , 并列出此次列控会话的所有相关信令。

4 结语

随着对GSM-R网络管理和维护的要求越来越高, 如何更好地提高运营服务质量与维护水平, 成为铁路通信迫切需要解决的问题。仅靠传统的网管系统、监测仪表等维护手段已不能满足GSM-R网的维护需求。GSM-R信令实时监测系统的实施将为铁路专用通信网高质量的管理和维护提供有效地支撑手段。

参考文献

[1]铁建设[2007]92号, GSM-R数字移动通信系统工程设计暂行规定[S].

[2]中华人民共和国铁道部科技司.GSM-R数字移动通信网技术体制[S].

[3]科技运[2008]170号, GSM-R无线覆盖和服务质量 (QoS) 测试方法 (V1.0) [S].

[4]GB/T 21671-2008, 基于以太网技术的局域网系统验收测评规范[S].

GSM-R通信系统篇5

关键词：高速铁路,GSM-R,通信动态检测系统,结构,应用,分析

GSM-R (GSM for Railways) 系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统, 属于专用移动通信的一种, 专用于铁路的日常运营管理, 是非常有效的调度指挥通信工具。

可以说, GSM-R系统的应用对于铁路建设、特别是高速铁路的建设及运行而言有着极为重要的意义。通过对该系统的合理应用, 能够显著提高高速铁路的综合运行质量。而为实现整个系统的可靠性联调联式以及持续性的网络优化, 要求做好对动态检测技术的应用。南宁至钦州高速铁路, 是广西沿海铁路的重要组成部分, 全长98.79公里, 总投资97.6亿元, 按国家I级双线电气化铁路建设, 速度目标值为每小时250公里, 设计为客货混跑高速铁路, 其牵引质量为4000吨, 满足开行双层集装箱列车运输条件, 在该项目建设中就引入了GSM-R系统。现结合这一实际案例, 做详细分析与说明。

1 高速铁路GSM-R通信动态检测系统基本硬件结构示意图

整个高速铁路GSM-R通信动态检测系统基本结构示意图如下图所示 (见图1) 。在整个高速铁路GSM-R通信动态检测系统的实践应用过程当中, 中央控制服务器作为整个高速铁路GSM-R通信动态检测系统的基础与核心所在, 其上行与数据接口连接, 下行与包括同步定位子系统、无线场强覆盖测试子系统、电磁环境测试子系统、服务质量测试子系统以及应用功能测试子系统相互连接。在中央控制服务器下属的多个应用功能当中, 其所表现出的应用特点存在一定的差异性。具体而言, 表现在以下几个方面:

(1) 同步定位子系统, 主要面向中央控制服务器提供包括高速铁路列车行驶速度、公里标数据以及经度、纬度地理坐标在内的相关实时性数据, 确保这部分数据与列车时下运行状态之间的同步性。

(2) 无线场强覆盖测试子系统, 主要负责为整个GSM-R通信动态检测系统服务质量的发挥提供必要的物理性基础。

(3) 电磁环境测试子系统, 能够为整个GSM-R通信业务在空中接口工作环节动作的稳定性与可靠性提供必要技术支持。

(4) 服务质量测试子系统, 主要通过语音测试、配合CSD测试、配合网络注册时延测试的方式来直观反映整个检测系统在实时状态下的应用功能。

(5) 应用功能测试子系统, 主要将整个动态检测系统中业务应用层端至端业务的基本工作状态予以直观反映, 从而更为良好与全面地把握整个GSM-R通信动态检测系统的实时状态。

在GSM-R通信动态检测系统的实际应用过程当中, 可以结合高速铁路列车运行线路等级划分的差异性 (主要涉及到CTCS—2/3这两类等级) , 来设定与之相对应的检测项目, 保障检测过程中各项关键设备配置的灵活性与便捷性。其突出优势表现在:一方面能够实现整个配置的灵活性与便捷性, 另一方面可通过对检测参数的调动, 达到综合分析检测数据的目的。

而从GSM-R通信动态检测系统基本硬件结构的角度上来说, 通过采取高度集成化的硬件结构, 能够确保中央控制服务器以及下属多个子系统部件均能够在不拆机的状态下完成相应的安装及拆卸处理。与此同时, 在硬件通信结构面向设备提供使用接口的过程当中, 还预留有包括USB、DVI、SATA以及LAN在内的多种类型接口, 方便硬件结构在使用过程中进行可靠性拓展处理。

2 高速铁路GSM-R通信动态检测系统场强覆盖检测分析

我国针对高速铁路450MHz单位以上场强覆盖检测作业有着极为丰富的经验, 而对于刚成功实现动车组试运行的南宁至钦州高速铁路项目中的场强覆盖要求也有着良好的适应性。结合我国现阶段铁道部门对于GSM-R通信动态检测系统建设的基本网络规划, 要求在充分结合线路延伸状态的基础之上将网络基站划分为三种类型:单网覆盖模式、交织冗余覆盖模式、同站址双网覆盖模式。在此基础之上结合场强覆盖检测要求配备相应的检测装置。从实际情况来说, 国内多数高速铁路所采取的场强覆盖检测模式为:建立在往返运行机车交路基础之上的GSM-R线路检测。在该模式中, 通常需要在检测车上配置两台独立运行的测量接收机装置, 针对基站覆盖区间进行检测 (如下图2) 所示。在两台测量接收机装置配合接收覆盖检测信号的过程中, 实现持续性的场强覆盖检测, 从而为后续整个GSM-R通信动态检测系统的养护维修提供必要保障。

3 高速铁路GSM-R通信动态检测系统数据处理分析

现代意义上的GSM-R通信动态检测系统在有关检测数据信息的分析与处理方面主要关注对以下几个方面功能的实现:首先, 是针对GSM-R通信动态检测系统所测定数据的实时性显示、存放以及统计处理功能;其次, 是针对GSM-R通信动态检测系统网络特性数据的实时性解析处理功能;最后, 是针对GSM-R通信动态检测系统测定数据的联动性、同步性分析功能。

在GSM-R通信动态检测系统软中, 按照测试目标的差异性, 可以将其划分为包括语音短呼测试、数据传输时延测试、语音长呼测试、数据传输干扰量测试以及吞吐量测试等。对于高速铁路而言, 在应用GSM-R通信动态检测系统软件完成上述应用功能的过程当中, 要求测试任务不单单需要针对单侧测试状态下的数据结果予以可靠性显示, 同时还应当将高速铁路在实践应用过程中所涉及到的包括通信动态检测系统数据传输成功率、失效率、丢包率以及传输时延率等实时性统计信息予以有效展示。

与此同时, 在GSM-R通信动态检测系统的应用过程当中, 涉及到对于信息组合定位网络故障的应用问题, 要求通过多样化的测试数据以及信息指令数据的方式予以实现。在此基础之上, GSM-R系统支持下的联动性与同步性数据处理还能够为网络故障定位的精确性提供必要支持。对于高速铁路现场维护人员而言, 可以在回放视图中任意选取相应的显示窗口, 此项操作方式能够向回放视图中的其他的显示窗口发出操作指令, 指令其以标记提供的方式, 实现对高速铁路同一公里标所对应检测数据的同步性处理。按照这种方式, 在高速铁路正常运行过程当中, 若通信系统出现因电平较低、切换动作失误或者是话音质量较低因素而导致的网络故障问题, 则能够确保GSM-R通信动态检测系统更为及时、准确地针对系统故障进行定位处理, 确保后续网络优化有效。

4 结语

GSM-R通信动态检测系统的建设及应用对于保障整个高速铁路高效且稳定运行而言有着重要的意义。在高速铁路各项综合接入业务不断丰富的过程当中, 整个铁路建设网络体系的运行及维护体系也将发生深入的变化, GSM-R通信动态检测系统同样需要做好相应的转变, 在充分适应高速铁路发展需求的同时, 为铁路运输事业的发展做出贡献。

参考文献

[1]熊磊, 路晓彤, 钟章队等.高速铁路GSM-R系统无线信道特性仿真[J].中国铁道科学, 2010, 31 (5) :84-89

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[3]邸成, 方旭明, 杨崇哲等.一种基于车载双天线的GSM-R冗余网络无缝切换方案[J].铁道学报, 2012, 34 (6) :51-56

GSM-R通信系统篇6

1 GSM-R铁路通信系统的概述

GSM-R的系统是一项能够控制信息的传输, 并且能够将以语言通信为主的调度通信统一为同一个无线通信平台的技术。它是基于GSM蜂窝系统的基础结构的, 采用了同样的GSMK调制, 但增加了调度通信功能和适应高速环境的能力, 这样就构成了一个功能齐全, 能够实现通信信号一体化的先进高效的GSM-R铁路通信系统。GSM-R系统是一项最适合应用于铁路通信的专用数字移动通信系统, 能够为铁路提供特有的基础业务, 并形成一个信息化的, 可以让用户在其中进行各种各样的铁路应用的开发的平台。GSM-R系统的业务模型包括:GSM-R业务、GSM业务、语音调度业务和铁路应用。

2 施工管理

施工管理贯穿施工的全过程, 施工的前、中、后都应强化施工管理, 应要协同监理部门做好全面的质量管理工作, 完善质量保证体系, 坚持贯穿实行质量安全至关重要的原则。严格按照规范做好质量的检验工作, 认真把好材料和设备的质量关。进行隐蔽工程时要切实执行相应的检查和签证制度, 同时应加强施工技术的管理。

2.1 施工前管理

(1) 施工前项目部总工要严格检查图纸内容和实物是否相符合, 审核图纸与文本是否相对应以及是否有遗漏某些内容等问题。接着将各个专业的技术要求、技术工艺规范等内容详细地汇报给项目负责人, 然后由技术负责人向施工负责人进行技术交底, 双方签字确定之后了才算是完成交底工作。最后, 应准确地定标通信的开挖线路、机房设备装配线的施工首段, 在首段定标后, 做好施工所要使用的器具材料的检查确定工作, 及时发现所缺少的配件和需要改进和完善的施工工艺。

(2) 在每次施工前都要对施工实施方案进行严格的审核, 明确每一阶段的施工步骤, 主要包括的步骤有施工组织、施工方案、影响范围、应急措施等。每个步骤都要严格地落实到各部门各人进行执行、审核、测试等工作, 严格执行个人责任制度。

(3) 施工过程涉及专业范围广, 需要各种专业的人员, 应根据个人的专业技术, 合理地在相应的岗位安排施工人员。在网管调度中心, 时刻需要有专业人员进行监察, 即使是在夜晚, 因此需要有五个管理工程师轮流在夜晚进行值班。当进行核心网的重大施工时, 由于其重要性, 应先明确施工中涉及的专业特点, 安排相关的专业管理工程师参与施工过程, 这样在专业人员的参与下就可以提高施工技术力量, 保证施工的质量和安全施工。

2.2 施工进度管理

(1) 首先要制定合理、详细的工程施工进度计划表, 这是施工顺利进行的根本。在进度计划表中, 要同时涵盖从整体的角度计划的工程施工工作和从局部的角度计划的各项具体工作的进展。在总体计划中还要预留出一部分的机动时间, 此段时间主要是用来应付工程中可能出现的影响施工进度的情况, 比如天气因素或者施工问题等。

(2) 在施工过程中, 针对关键技术和需要进一步明确的工程事项, 需要预先做好准备工作以应对可能出现的问题, 特别对于要与其他工程相配合的有关问题, 更是需要做好充分的准备工作以防临时措手不及。施工队进入施工现场之后, 要严格遵守规章制度, 定期按时汇报工程施工进展, 并及时主动地向施工班组了解下一步工作的准备情况, 最终汇总进展情况及时通报给有关部门和人员。

(3) 建立工程例会制度, 每周组织一次会议, 让业主方、承包方、设计和监理方在会议上进行工作的协调, 认真了解工程中的详细情况, 交流工程中出现的重难点和问题, 并共同协商解决方案, 采取有效的措施应对问题, 保证施工进度。

2.3 施工质量管理

编制合理和完善的施工方案和应急倒代预案, 并严格执行, 这对施工质量的管理工作起着至关重大的作用。

(1) 施工工程中要严格按照施工方案进行施工工作, 不得擅自更改施工工艺的操作步骤及内容, 应严格按照工艺的施工步骤和内容进行施工, 按照先后顺序进行, 切不可颠倒步骤、跳跃执行。如果在实际的施工操作过程中, 遇到与施工方案不一致的地方时, 不可擅自更改方案, 应与施工负责人进行商议后, 在得到负责人允许的情况下才可执行变更操作。

(2) 应按照进度计划中的时间点进行各阶段的施工工作, 如出现问题, 要及时采取相应的应急倒代预案。施工过程中都可能会出现脱离计划的不利影响, 甚至可能出现安全问题, 针对这种可能应在每次施工前制定好应急倒代措施, 保证问题出现时能及时采取措施消除不良影响, 或者能够及时恢复正常工作。当施工过程中出现某项具体工作超过规定时限的情况时, 应及时向施工领导组汇报情况, 由他们决定是否执行应急倒代预案, 严格按照进度计划中的时间点控制施工时间。

(3) 高度重视拨测环节, 全面认识和了解施工对业务的影响。进行测试施工对业务的影响的实验时可以利用测试手机、测试基站、CIR设备进行拨测实验, 同时应联合各节点做好全网业务的拨测试验。每次施工过程中, 都要固定同一批拨测试验人员, 要求拨测人员认真进行完整的拨测过程, 并详细记录数据。同时制作核心网全业务拨测试验表, 形成固定的试验模式, 每次施工时都要先对全业务进行拨测试验, 保证施工后各业务能够正常进行。

2.4 竣工后管理

施工完成之后并不代表一切事情都结束了, 即使在竣工后, 也要做好各方面的管理工作。竣工后, 要召开施工总结大会, 对之前的所有施工情况进行总结, 对于可以进行改进的地方提出经验总结, 特别是要查找施工中存在的问题, 并针对这类问题进行总结制定解决措施以做到在日后的施工工作中能够避免这类问题。在运行期内, 应重点安排人员按时进行值班工作, 时刻监控使用运行情况, 做好详细的记录, 如果出现问题, 要及时采取措施进行处理, 解决好后续遗留问题。

3 结语

铁路列车无线通信系统是铁路行车安全保障的重要手段当前GSM作为铁路通信系统的基础, 该通信系统的施工管理的好坏直接影响铁路无线通信问题, 结合工程实践, 对于GSM通信系统施工管理应贯穿施工的全过程, 施工的前、中、后都应强化施工管理, 应要协同监理部门做好全面的质量管理工作, 完善质量保证体系, 同时加强其施工全过程的质量及其进度管控。

摘要：GSM-R铁路通信系统是我国铁路通信主要采用的技术之一, 文章将基于GSM-R系统, 简要地对GSM-R铁路通信系统的施工管理进行探讨并提出了一些个人的建议, 希望对读者有所帮助。

关键词：GSM-R系统,铁路通信系统,施工管理

参考文献

[1]崔路允.GSM-R铁路通信系统施工技术及管理要点研究[J].科技资讯, 2012 (6) :95-182

[2]刘旋云, 马圭尧.GSM-R系统的施工管理的研究[J].交通科技, 2012 (1) :30-31

GSM-R通信系统篇7

GSM-R是一个与现代通信科技相结合, 具有抗干扰力强、差错可控、易加密、安全高效的数字无线通信系统, 其提供的丰富的数据通信业务可满足铁路运输生产指挥手段现代化、列车调度与控制及铁路信息化发展的需要。2009年时, GSM-R系统已运用于全球30多个国家的铁路无线通信系统中。由于铁路线延伸区域广阔, 沿途地形复杂, 涉及众多隧道、山体和丘陵坡地等, 这些地形因素都对GSM-R信号形成一定的阻挡产生大量信号弱场区, 因此, 对复杂地形的弱场区的覆盖设计是GSM-R无线通信系统规划的重点和难点。笔者总结工作经验与知识, 对GSM-R铁路无线通信系统弱场区覆盖方案分析探讨, 为科学合理的选取实际地形弱场区覆盖设计提供参考。

1 GSM-R铁路无线通信场强覆盖方式

GSM-R铁路无线网络场强覆盖与具体的地理位置分布相关, 应根据实地情况和基站情况而定, 通常采用提高基站发射功能、增加天线挂高、调整天线水平角或垂直角和安装直放站等方法改善下行链路的信号覆盖。铁路沿线的场强覆盖一般为带状覆盖方式, 沿铁路轨道方向安装定向天线, 形成大椭圆形的小区。在话务量较大但速度要求低的编组站内采用扇形小区覆盖, 每个区180°, 以单极化3d B波瓣宽度为90°的高增益为定向天线, 两天线背向放置, 要求最大辐射方向与铁路方向一致;而通常人口密度小的低速路段与轨道交织处的区域采用全向小区覆盖, 采用全向天变形的双向天线, 其双向3d B波瓣宽度为70°, 最大增益14d B。

在GSM-R无线网络覆盖区, 隧道、丘陵及山区相对来说为弱场区, 利用光纤直放站加天线或漏泄电缆的方式, 以实现弱场区的信号覆盖。通常设置在通信基站的信号覆盖范围内原有1个基站的基础上加设1个备用基站, 且每一基站配置不同载频, 其中主用基站的输出功率高于备用基站约6d B, 基站区域内GSM-R信号呈现交织覆盖, 使该区域内移动台可同时接收到两个基站信号, 经自动判决后选取其中接收电平高的信号, 然后与主用基站建立上行联系通道;如果主用基站出现宕机, 移动太会直接切换至备用基站, 而不至于出现区域内信号中断现象。

2 不同地形的弱场区信号覆盖解决方案

2.1 隧道

2.1.1 短隧道

长度小于1 000m的隧道称为短隧道, 短隧道宜采用在隧道口两端设置直放站和漏泄电缆的覆盖方式。漏泄电缆铺设在整个隧道, 安装在靠近基站侧的隧道口外的直放站配置天线, 使天线对应下一个基站方向, 所发射出的无线信号恰好可以覆盖两个基站信号的重叠区, 移动台即可在隧道外的信号重叠区实现频率切换。

2.1.2 长隧道

通常以1km以上、5km以下的隧道为长隧道, 这种隧道适宜于分别在隧道口两侧设置基站, 隧道内则放置多个直放站和漏泄电缆的覆盖方式。其中把多个直放站分为两组, 每组均引隧道两侧基站的信号源, 且每个直放站都连接漏泄电缆, 形成与列车车载移动台交换信号的媒介;同时, 两组直放站和漏泄电缆的组合在隧道的中央处形成两个基站信号重叠区, 车载移动台可在隧道的重叠区内完成频率切换。

由于CTCS-3级系统对GSM-R无线电信号的强度和信噪比有着一定的要求, 实施这种组合传输方式必须加以考虑GSM-R系统工作模式、直放站级连引起的光纤传输损耗及漏泄电缆的衰耗指标等, 通过严谨计算后, 方可实施设计工程。

2.1.3 特长隧道

长度大于5 000m以上的特长隧道可沿用长隧道的覆盖方式来实现频率的转换, 所不同的是, 因隧道过长, 远超出一般两基站设置的间距, 应在隧道内再增加基站设置, 才能保证无线电场强覆盖信号在车载移动台天线入口处形成的接收电平满足CTCS-3级系统对Qo S指标的要求;而且隧道内基站不直接连接漏泄电缆, 则由直放站引入基站信号源、直放站再通过漏泄电缆输送无线电信号的方式, 来实现较长隧道内弱场区的覆盖, 隧道内虽增设了基站, 但两基站之间的信号重叠区仍设在隧道内。

2.1.4 隧道群

隧道群是1个或多个长隧道组成的群体, 普遍采用光纤直放站加漏泄电缆和天线的覆盖方式。当隧道间距小于2km时, 可视为1个隧道群, 据其长度可参照长或特长隧道进行设计;当隧道间距超出2km时, 可当作不同长度的多个隧道来设计。若隧道群各隧道之间小于500m, 可使用漏泄电缆覆盖隧道与隧道空间, 减少直放站使用数量;若隧道群隧道间距大于500m, 可采用直放站加天线方式, 使空间波覆盖隧道间的开放空间实现弱场区覆盖。

2.2 丘陵和路堑

丘陵和路堑等非视距空间波传播的地段, 900MHz频段的电磁波绕射能力较差, 导致无线电信号传输随移动台和基站间地形的变化而出现不稳定衰耗, 所形成的信号也随线路的延伸常出现间歇性的独立的短段弱场区。若仅是提高基站天线高度或缩小基站间距, 只能解决部分地段弱场区现象, 一些弱场区段电平仍无法改善, 而且往往会出现越区同频干扰、C/I下降等多种不利因素。采用光纤直放站加天线的空间波传播方式, 才能从根本上解决区域内弱场区信号加强问题, 相对地形更为复杂的地段则适宜采用光纤直放站加漏泄电缆的方式来提升区域场强覆盖。

3 结论

在进行铁路沿线不同地段的弱场区信号覆盖的设计实施时, 必须根据现场实际情况因地制宜的科学计算, 经过现场周密的勘测, 最终确定设计方案, 在安全、经济可靠的基础上实施工程, 确保列车在经过特殊地形时信息畅通, 达到安全行驶。

摘要：铁路无线通信调度系统是保障列车安全行驶的重要手段, 而铁路沿线复杂的地形对GSM-R信号形成一定的阻挡产生大量信号弱场区, 为实现铁路区间无线调度场强的全面覆盖, 针对不同地形选取科学、合理的无线通信系统弱场区覆盖方案至关重要。

关键词：铁路,GSM-R系统,弱场区,无线覆盖

参考文献

[1]黄永辉.GSM-R无线通信系统弱场区覆盖实现方法[J].铁道通信信号, 2010, 46 (11) :71-72

[2]李小俊.福厦铁路GSM-R系统弱场强区无线覆盖施工技术[J].中国高新技术企业, 2010 (12) .

[3]姚晓宁.基于GSM-R的铁路通信网络设计[J].电子设计工程, 2009, 17 (3) .

GSM-R通信系统篇8

随着我国铁路建设新一轮高潮的到来,今后新建的客运专线,城际铁路,高速铁路,均采用GSM-R系统作为其综合无线通信系统,因此我国未来铁路无线通信系统平台必将建立在GSM-R的系统平台上。本文为此具体探讨了GSM-R网络的系统结构,在铁路运输系统中的作用,主要业务功能,未来发展方向和业务应用。

1 GSM-R系统的内涵

1.1 传统铁路无线通信方式的不足

传统的传统通信方式有:(1)站场有线广播、“小电话”(接在转辙机上的有线电话);(2)传统的对讲机方式。随着铁路系统的多次提速,对信息的时实性有了更高的要求。依托固定的通信的网络不能满足铁路移动的车、移动的客户、移动的工作人员、移动的货物等移动通信需求。

1.2 GSM-R系统的网络结构

GSM-R系统一般由网络子系统(NSS),基站子系统(BSS)、运行与维护子系统(OMC)等组成。根据我国铁路行车密度高、运输组织复杂等特点,为了解决大量的非列控数据传输,经过反复论证,引进了通用分组无线业务子系统(GPRS),与既有有线调度通信系统相结合,实现了有线与无线调度的两网有机结合。

2 GSM-R系统在铁路运输系统中的作用

2.1 实现运输指挥调度系统的语音及数据传送

GSM-R系统具有功能号呼叫、语音广播和组呼业务、基于列车位置寻址等高级语音呼叫功能,不仅可以替代目前各种无线通信系统,实现列车调度、区间维修、工程施工、应急抢险等移动通信功能,还可以取代传统的电缆加通话柱的区间通信方式,能够给铁路运输指挥提供更多的先进通信功能。

2.2 为现代信号控制技术提供强有力的通信支持

传统的功能单一、控制分散、独立运行的信号控制技术,正向数字化、智能化、网络化和综合化方向发展。以新一代分散自律调度集中(CTC)和列车控制系统(CTCS)为代表的现代化信号控制技术,是中国铁路提高装备水平、确保行车安全和实现铁路跨越式发展的重要内容。这些技术都将基于移动通信技术平台实现。GSM-R系统承担地面控制中心和移动机车之间车次号、列车位置及完整性信息、列车速度信息等控车信息的传输任务。

3 GSM-R系统的主要业务功能

3.1 语音组呼业务

为适应专用移动通信网的要求,在GSM-R中引入了组呼业务,允许一种由多方参加(GSM-R移动台或固定电话),一人讲话、多方聆听的语音通信方式,工作于半双工模式下。语音组呼业务突破了GSM网络点对点通信的局限性,能够以简捷的方式建立组呼叫,实现调度指挥、紧急通信等特定功能,尤其适用于铁路的行车指挥调度部门,用以完成点对多点的组呼业务和群呼业务。

3.2 语音广播呼叫业务

允许一个业务用户,将话音或其他用话音编码传输的信号发送到某一个预先定义的地理区域内的所有用户或者用户组。同语音组呼业务一样,语音广播呼叫也提供了点对多点呼叫的能力,适用于铁路的行车调度。

3.3 增强多优先级与强拆业务

GSM-R还具有增强多优先级与强拆功能,规定了在呼叫建立或越区切换时呼叫接续的不同优先级,以及资源不足时的资源抢占能力。这种业务为满足铁路对于某些类型通信的高性能要求,保证高等级呼叫或紧急呼叫快速可靠地建立,提供了一种强制能力,符合无线列车调度通信的特点。

4 GSM-R系统技术发展方向

4.1 加快建成核心网

GSM-R是一个基于交换技术的通信网络,与分散设置、直接对讲无线通信有很大区别。GSM-R网络的交换机、智能网等许多设备,不仅仅属于某一段专用,而是许多线路、甚至全网共用。因此,必须统筹合理安排核心网交换机的建设,统一规划,分层次、分阶段进行,进一步优化系统资源配置,降低工程总体造价。

4.2 管好用好无线电频率资源

GSM-R频率带宽目前只有4MHz,相对于铁路需求而言,无线频率资源是非常紧张的。我们必须合理规划,严格高效地利用有限的频率资源,以保证GSM-R系统不受到干扰,保证通信的高安全性。无线电管理包括两个面:GSM-R系统内部无线电规划管理和GSM-R系统外部无线电干扰的监测和处理。而GSM-R系统外部干扰中最为突出的问题是与中国移动按地域复用频率资源的边界场强协调及干扰协调工作。

5 GSM-R系统新业务应用

5.1 智能网系统

基于智能网实现业务具有快速、有效、经济、灵活等特点。GSM-R智能网主要用来实现铁路特定业务,同时,能够解决多厂家设备组网环境下业务互联互通的问题。根据互联互通需要,同时考虑今后业务的发展,我国GSM-R智能网基于CAMEL3技术标准。该规范应根据3GPP和国内相关行业规范,结合我国铁路实际需求,从系统构成、业务技术要求及信令流程、服务质量要求、管理和维护、软件要求、主要设备技术要求等方面做出具体的规定。

5.2 感应通信的特色

从感应通信的传播过程来说,它既具有移动无线通信的灵活性,又具有有线传输的特性,通过选择适当的频率和耦合空间,减少耦合衰耗,经波导线的引导传输,解决了山区、隧道内、井下等弱电场现象,保证了在这些地区建立可靠的移动通信。感应通信虽然不是最先进的移动通信技术,但有它独特的优点。我国现采用接触网导线做波导线的铁路感应通信比漏泄电缆方式(LCX方式)和国外的感应通信方式(IR方式),更具有投资少、施工快、操作简单、维修方便、效果好,符合我国路情、国情的特点。尽管这种方式必须依靠电气化铁路的接触网设备才能进行传输,有一定的局限性,但在目前为止,它在我国某些区段铁路的使用中为提高运输效率,保证行车安全,发挥了很大的作用,从而为解决山区电气化铁路无线通信建立了一种新制式。

总之,我国铁路GSM-R系统应用前景良好,青藏铁路的建成及通车说明我国在吸收消化国外应用GSM-R系统的成功经验后,已经形成了符合我国铁路实际需要的网络标准,并且为GSM-R在我国的进一步发展奠定了坚实的基础。

摘要：随着我国铁路建设新一轮高潮的到来,今后新建的客运专线,城际铁路,高速铁路,均采用GSM-R系统作为其综合无线通信系统,本文为此具体探讨了GSM-R网络的系统结构,在铁路运输系统中的作用,主要业务功能,未来发展方向和业务应用。

GSM-R通信系统篇9

1 铁路通信发展趋势

根据2008年调整的《中长期铁路网规划》, 我国铁路网的发展目标是扩大规模, 完善结构, 提高质量, 快速扩充运输能力, 迅速提高装备水平, 到2020年, 在主要繁忙干线主要技术装备达到或接近国际先进水平[7]。铁路通信作为铁路的神经命脉, 其发展更应具有超前性和跨越性。

目前, 中国铁路通信模拟和数字通信设备并存, 不同制式、不同厂商生产的设备互通性差;随着铁路运输的快速发展, 特别是高速、长交路列车的开行, 运输信息量倍增, 对信息传输需求大幅增加, 对列车运行及时性和准确性的要求更高;由于列车是高速移动的载体, 其运行安全性以及铁路业务的多样性, 要求通信手段必须涵盖无线通信、组网灵活、功能强大、技术先进、安全可靠、高效畅通。既有铁路无线通信已难以适应铁路发展的需求, 急需要一种涵盖铁路无线及有线专用通信的全方位综合移动通信系统。在此背景下, 铁路专用综合数字移动通信系统GSM-R (GSM for Railway) 应运而生。

GSM-R系统是基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台、专门为满足铁路应用而开发的数字式无线通信系统, 针对铁路列车调度、列车控制、支持高速列车等特点, GSM增加了调度通信功能和适应高速移动环境的要素, 是为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。其标准、技术、设备及在铁路上的应用已得到欧洲许多国家的验证。

在我国, 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。按照中国铁通的规划, 要在全路建立一张GSM-R通信网络, 利用通信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。

兰渝铁路的建设处于我国铁路大发展时期, 应顺应时代潮流, 建设GSM-R通信系统, 以此为契机, 推动兰渝铁路各项事业的发展。

2 兰渝铁路的重要性

兰渝铁路是未来西北铁路网骨架, 作为横跨甘川渝三省市的交通大动脉, 其交通地理位置非常重要, 建设意义重大。

早在孙中山先生的《建国方略》中就曾指出, “兰州-广元-南充-重庆”线路“经过物产极多、矿产极富之地区”, “中国铁路系统中最重要者”, 同时把它列入了国民政府中央铁路系统重中之重。今天建设中的兰渝铁路在陇海线南面, 与宝成线在四川广元附近交叉, 形成巨大的X形。它北连兰新线、包兰线、兰青线及青藏线, 南连渝怀线, 沟通长江流域与黄河流域, 穿越西部资源富集区, 横越两个西部大省和一个直辖市, 是西北到西南出海口距离最短、最便捷的通道。经初步测算, 兰渝铁路建成后, 兰州至成都、重庆的铁路运费将降低约三分之一, 而时间缩短约三分之二, 具有极大的经济效益。

兰渝线是西北西南区际客货并重的便捷、快速、大能力运输通道, 这条重要交通干线的建成, 有利于加强西北、西南联系, 缩小时空差距。兰渝线经过甘肃省临夏回族自治州和甘南藏族自治州, 与四川省的阿坝藏族、羌族自治州相距很近, 这三州又是藏、回、羌族等少数民族与汉族的接壤地。兰渝铁路的修建, 有利于带动沿线社会经济尤其民族经济的发展, 改变民族地区封闭、落后的面貌, 形成连接西北、西南的生命线, 建成一条秦巴经济走廊, 对增强民族团结, 保一方平安和维护西部地区政治稳定具有极为重要的作用。修建兰渝线, 有利于开发沿线尤其民族地区各种资源, 将资源优势转化为经济优势, 加快老、少、边、穷地区脱贫致富、全面建设小康社会的步伐, 有效地提高沿线人民的生活水平, 具有极大的社会效益。

结合我国铁路当前向高速、现代化发展的形势, 兰渝铁路作为一条重要的陆路钢铁通道更应建设成一条高起点、高水平的现代化铁路。据批准的有关设计文件, 兰渝线设计标准为大能力、高标准铁路, 国铁Ⅰ级, 双线电气化铁路, 客车速度目标值200km/h, 规划输送能力:客车50对/d、货运5000万t/a。可谓名至实归。

3 GSM-R通信系统是兰渝铁路的首选

3.1 通信系统的先导作用

在我国中长期规划中早就提出了用现代科技手段改造传统产业, 实现中华民族振兴的构想, 努力实现这一构想是各行各业快速发展的必由之路。通信是铁路的神经, 通信与信息技术作为现代科技的代表, 在铁路系统中早已占据重要地位, 它的发展带动铁路向高速化、智能化、网络化、综合化的现代化方向发展。因此铁路要发展, 通信要先行, 兰渝铁路要有长足的发展, 必须建设高性能、高可靠性、高成熟度的高端优势的通信与信息平台。

3.2 GSM-R提供诸多业务, 将为兰渝铁路发展奠定坚实的基础

信息化的关键是共享、使用、综合, 信息化的基础是通信网络系统平台。通信网分为固定通信网与移动通信网。GSM-R是涵盖移动通信与部分有线通信的综合移动通信网络。GSM-R系统可以实现10大功能, 它们是: (1) 调度通信; (2) 车次号传输与列车停稳信息传送; (3) 调度命令传送; (4) 列尾装置信息传送; (5) 调车机车信号和监控信息系统传输; (6) 机车同步控制传输; (7) CTCS 3级/ CTCS 4级; (8) 区间移动公 (工) 务通信; (9) 应急指挥通信话音和数据业务; (10) 旅客列车移动信息服务[4]。

基于GSM-R强大的通用平台, 可承担无线列调、平面调车、区间移动通信、单信道对讲机、道口无线、TDCS无线车次号校核、尾部风压无线传输、红外轴温无线传输等铁路传统无线通信业务, 还可承载以旅客为主体的移动信息服务、以移动列车为主体的安全信息分发与预告警及大容量的车地信息传输、以机车为主体的综合通信以及基于通信的列车控制等铁路新兴通信业务。

GSM-R通信协议在GSM协议的基础上, 增加了语音组呼业务 (VGCS) 、语音广播呼叫业务 (VBS) 、增强多优先级与强拆业务 (EMLPP) 等铁路调度功能业务。

基于GSM-R寻址技术的调度通信也是以往无线列调所无法比拟的。GSM-R的寻址技术主要有功能寻址和位置寻址。

功能寻址:主要用于地面用户呼叫列车上用户的寻址方式。

位置寻址:当用户漫游到某一地点时将用户的移动主叫自动路由至与该地理位置相关的被叫方。

总之, 建设GSM-R的系统平台必将带动兰渝铁路相关业务的开展, 有效地降低后期业务投入成本, 同时将极大地提高调度指挥效能, 保证行车安全, 防止事故发生, 为兰渝铁路的发展打下坚实的基础。

3.3 GSM-R与新建铁路同步建设, 可减少相关通信业务的重复投资

传统的区间通信分为无线通信与有线通信, 其中无线通信主要是模拟的无线列调, 有线通信是在区间敷设通信电缆, 每1～1.5km装设1套通话柱。近年来, 随着车流密度增大及车速的不断提高, 这些通信方式已很难满足需求, 暴露出系统容量小、集成度低、传输质量差、业务功能少等缺点, 各地纷纷进行更新和扩容改造, 在投资上造成了极大的浪费。

GSM-R通信平台拥有强大的移动通信功能, 提供区间移动语音、数据、信令接入, 可将区间通话、信息数据传输、无线列调、站场无线通信等传统铁路应用融合到单一网络平台中, 在区间, 用光缆代替电缆传输以降低成本, 对整个系统, 通过共享资源与借助系统集成减少运行费用, 在保证可靠运行的同时, 大大节省了相关通信业务投资。

3.4 兰渝铁路沿线地形与地质条件决定了无线通信网络的高投入

兰渝铁路穿越祁连山、秦岭、四川盆地。沿线多是险要地形, 桥隧线长度约560km, 占线路总长的70%左右。兰渝铁路全线经过的多是较偏僻、人烟稀少的地方, 全线除兰州、重庆两起始站, 南充、广元两二级站外, 阆中站是全线最大的站。

在这样一条沿途多是险要地形又人口稀少的铁路线上建设覆盖全线的无线通信网络, 地形、地物对电磁波的遮挡与反射作用将造成电磁波覆盖困难, 建网花费的成本相对平原地区要高得多。在投资上应考虑如何减少后期维护费用、如何降低后期扩容、升级改造费用, 因此, 无线网络建设必须是高起点, 所采用的技术装备必须是高端、技术成熟的, 在当前形势下, GSM-R系统当然是首选。

3.5 GSM-R发展的成熟性及接口规范性有助于引入公平竞争, 打破技术与价格垄断

国内以往的铁路专用通信设备在接口上没有明确规定, 各厂商都有自己的内部接口协议, 造成不同厂商设备不能互连互通, 往往是一个厂商占据一块市场, 各自为战, 其结果是技术与价格的双重垄断。

相比, GSM-R系统有先天的优势, 它由目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM发展而来, 标准化程度高, 具有模块式结构、公共标准、维护简单的特点。

GSM-R由三大部分组成: GSM-R陆地移动网络、FAS固定网络、移动终端和固定终端。其中FAS固定网络实际上是一个以专用交换机 (PBX) 为平台的有线调度通信网络。GSM-R陆地移动网由移动台 (MS) 及3个子系统组成, 它们是:基站子系统 (BSS) 、网络子系统 (NSS) 、操作和维护子系统 (OSS) 。其中, MS与BSS间采用Um接口, BSS与NSS间采用A接口, NSS与OSS间采用OMN接口, 各子系统之间、BSS与移动台之间、与固定网络之间的互连都提供标准接口, 不同设备可通过标准接口实现移动业务的本地和国际互连互通。GSM-R网络的信令系统采用NO.7信令网传送呼叫控制信息和其他信令信息。

基于GSM-R的标准接口, 各厂商可自行研制自有品牌设备, 从而展开公平竞争, 这对于兰渝线设备采购能有效地降低成本, 对于设备的运营维护可得到更好的技术支持, 对于设备的售后服务能得到更好的保障。

3.6 可靠的无线通信系统是铁路行车安全的要求

安全性和稳定性是铁路通信的关键所在, 一旦出现信号间断, 将会造成难以估量的严重后果。

传统铁路无线通信系统 (包含无线列调) 主要针对语音通信设计, 存在频率利用低、多用户抢占、制式不统一、不兼容等缺陷, 无法满足中国列车控制系统 (CTCS) 信息安全传输的要求。

目前的GSM-R系统属于铁路运输指挥专用调度通信系统, 其网络和业务具有调度通信网络所要求的封闭性、安全性、可靠性和实时性特征。

在技术上, GSM-R利用成熟的GSM网络覆盖及优化技术, 使铁路沿线无线信号场强趋于最优化, 同时GSM-R针对列车高速移动的特点引入了自动频偏较正技术 (AFC) 及双层网络覆盖技术, 以克服因高速移动带来的多普勒频移效应及频繁小区切换的影响。

GSM-R除了在功能上更强大易用、在技术上更稳定可靠外, 与网络的业务和功能相关的安全性管理还涉及用户身份的加密、用户身份的鉴权、信令信息的加密和物理连接上数据的加密。

用户身份加密目的是为了防止网络入侵者通过侦听无线路径上的信令交换获取用户使用无线资源 (如业务信道、信令资源的占用) 的情况。GSM-R用户每次在进行位置更新时, 都会分配到一个新的临时身份识别号 (TMSI) , 代替用户基本身份识别号 (IMSI) 在无线路径上传送, 该TMSI号采用与前一个TMSI号不同的加密密钥进行加密。只有当TMSI号与IMSI号无法完成对应, 并且与当前的访问位置寄存器 (VLR) 无法建立联系时, 才需要从移动台 (MS) 获得IMSI号。

用户身份的鉴权过程是在加密之前。网络通过鉴别从MS传来的经过一定算法得到的参数来确认用户身份, 只有合法用户才能接入网络。

信令加密中对TMSI号的加密与用户身份加密方法一致。

物理连接上数据的加密采用对每比特进行加密的方法。

再者, 基于通信的列车控制是列车控制智能化发展的趋势。基于GSM-R的传输平台, 可提供车地之间双向安全数据传输通道。地面控制中心或基站所发出信号可由列车上的天线接收, 准确的定位信息由GPS或其他定位服务经GSM-R传输获得, 从而形成闭环的列车自动控制系统ATC。ATC使列车运行的安全性大大地提高, 同时这一技术可缩短列车追踪间隔, 大大地提高运输效率, 它将最终代替现有的信号和列车控制系统。

因此, 随着GSM-R通信系统的深入建设, 必将为兰渝铁路列车的安全运行保驾护航。

4 GSM-R将为兰渝铁路的客货延伸服务助力

GSM-R可提供旅客服务, 包括列车时刻信息、在线售票 (订座) 服务。基于列车自动控制和GSM-R的列车时刻信息服务, 能够随时为旅客和乘客提供列车的动态位置和时刻信息;基于GSM-R连接的售票机可提供在线售票 (订座) 服务。

GSM-R可提供货运跟踪服务, 利用一个带有GPS接收器的简单GSM模块, 可指示该货车 (集装箱) 的精确位置, 实时掌握所运货物的确切位置, 并可将这一数据发送给其客户。

目前, 由于国家批准给铁道部的频率只有4MHz, 尚不具备开展上述业务条件, 有待条件成熟后作为客货运的延伸服务, 提升兰渝铁路的市场竞争力。

5 结论

综上所述, GSM-R通信技术更加先进成熟, 是目前铁路通信发展的趋势。兰渝铁路在建设初期建设GSM-R系统, 将对减少后期投资、拓展铁路业务、保障行车安全、提高运输效率、推进铁路现代化起到非常重要的作用。加之兰渝铁路的重要性及沿线地形的特殊性, 建设GSM-R系统, 具有更重要、更深远的意义。

参考文献

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