GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)在城市軌道交通中的應(yīng)用研究

楊建廣

（天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司，天津 300000）

GSM-R作為一種通信系統(tǒng)，期初主要是針對(duì)大鐵而研發(fā)的一種通信系統(tǒng)，在歐洲，GSM-R通信系統(tǒng)則是鐵路專用通信系統(tǒng)。近年來，我國列車大幅提速，車地傳輸信息量增大，對(duì)車地通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提出更高要求，GSM-R通信系統(tǒng)以光纜為傳播手段既能滿足高速列車的通信需求，又能保證高速列車的通信安全。此時(shí)，GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)迎來了高速發(fā)展時(shí)期。

1 GSM-R通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)在鐵路發(fā)展過程中扮演著重要角色，在我國以及國外都有一套成熟完整的列車控制系統(tǒng)，CTCS系統(tǒng)是我國現(xiàn)階段高速列車主要的車控系統(tǒng)，它是了參考?xì)W洲的車控系統(tǒng)，并根據(jù)我國高速鐵路的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)之后形成的一種高可靠性，高安全性，并嚴(yán)格遵守各項(xiàng)高速列車運(yùn)行的各項(xiàng)指標(biāo)規(guī)定的先進(jìn)列控系統(tǒng)。雖然各國列控系統(tǒng)各不相同，但是GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為列車通信的主要手段，在各國列控系統(tǒng)中都是不可或缺的一部分，它保證了列車的高速，平穩(wěn)以及安全運(yùn)行。

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)簡稱列控系統(tǒng)，我國鐵路從蒸汽時(shí)代，到電氣化時(shí)代，再到今天的高鐵時(shí)代，都離不開列控系統(tǒng)，GSM-R通信系統(tǒng)作為列控系統(tǒng)一部分，利用GSM-R的通信功能可以實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行線路的全方位覆蓋，實(shí)時(shí)實(shí)地進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)車地通信全天不間斷傳輸。目前我國已建成具有代表性的GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)線路有青藏線，大秦線和膠濟(jì)線。根據(jù)我國的鐵路規(guī)劃，到2020年我國鐵路營業(yè)里程將會(huì)達(dá)到10萬公里，運(yùn)輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要，為GSM-R在中國的發(fā)展提供了寬廣的發(fā)展空間。

GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)傳輸距離長，能夠充分滿足大鐵的各種通信需求，且網(wǎng)絡(luò)容量大，不會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)延遲和信息卡阻，目前，GSM-R通信在各國不同的鐵路系統(tǒng)中都得到長足發(fā)展，共同推動(dòng)GSM-R通信系統(tǒng)朝著現(xiàn)代化的方向發(fā)展。隨著科技進(jìn)步，GSM-R通信系統(tǒng)已不斷完善，但是GSM-R的通信干擾問題，業(yè)務(wù)擴(kuò)展問題等仍是目前需要行業(yè)攻克的難題。

2 GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及功能

GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)歷了歐洲多國以及我國高速鐵路的實(shí)踐驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)和功能已經(jīng)趨于成熟。由于各國對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的要求不一樣，因此導(dǎo)致了各國的GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能也不相同。

GSM-R通信系統(tǒng)由專門的設(shè)備和網(wǎng)路組成，以滿足高速鐵路通信的高質(zhì)量，高速度的需求，使地面設(shè)備和列車實(shí)現(xiàn)車地通信的連續(xù)性。GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以看作是某個(gè)固定網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，或者是一個(gè)采用統(tǒng)一編號(hào)方案的MSC的集合，它是陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的接入單元。GSM-R作為一種鐵路專用網(wǎng)路，由若干個(gè)功能實(shí)體組成，這些功能實(shí)體所實(shí)現(xiàn)的功能的集合就是網(wǎng)絡(luò)能夠提供給用戶的所有基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)，以及對(duì)于用戶數(shù)據(jù)和移動(dòng)性的操作和管理，GSM-R的補(bǔ)充業(yè)務(wù)可以實(shí)現(xiàn)與公用網(wǎng)路的互聯(lián)互通，滿足現(xiàn)代高速鐵路上旅客的上網(wǎng)需求，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 GSM-R通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖可知，GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由BSS功能設(shè)備，NSS功能設(shè)備，OSS功能設(shè)備以及GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的接口協(xié)議幾個(gè)部分組成。圖中BSS基站子系統(tǒng)主要包括BSC基站控制器，BTS基站收發(fā)信機(jī)以及TRAU子系統(tǒng)接口三個(gè)部分，其中，BSC基站控制器負(fù)責(zé)管理BTS基站收發(fā)信機(jī)與MSC核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間的信息交換，BTS基站收發(fā)信機(jī)負(fù)責(zé)GSM-R系統(tǒng)與MC移動(dòng)臺(tái)之間的通信。另外，MSC核心網(wǎng)絡(luò)中心主要設(shè)備是NSS網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)設(shè)備端之間的呼叫，客戶端的數(shù)據(jù)管理，移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)可能性管理以及移動(dòng)設(shè)備與固定設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)管理，NSS網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)與固定設(shè)備間的管理接口取決于兩者之間的網(wǎng)路類型。OSS操作和維護(hù)子系統(tǒng)是GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，它獨(dú)立于GSM-R系統(tǒng)之外，為GSM-R其他子系統(tǒng)提供管理以及維護(hù)。由圖可知，OSS操作和維護(hù)子系統(tǒng)包括OMC-R和OMC-S，前者負(fù)責(zé)BSS基站子系統(tǒng)的管理，后者負(fù)責(zé)NSS網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的管理。

3 GSM-R網(wǎng)絡(luò)在城市軌道交通中的應(yīng)用

3.1 GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在正線中的應(yīng)用

GSM-R有多種不同的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案，根據(jù)地理?xiàng)l件、布線難度、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)各方面的因素考慮，每個(gè)個(gè)案會(huì)選擇適合自己覆蓋方案。圖2所示的GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案為單網(wǎng)交織冗余覆蓋方案，該覆蓋方案已有一層冗余覆蓋，相對(duì)于普通的單網(wǎng)方案，通過增加加密基站設(shè)備的方法來提高可靠性。其設(shè)置方法為單MSC，單BSC，這種方案具備覆蓋電平高并且抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

圖2 GSM-R單網(wǎng)交織冗余覆蓋網(wǎng)絡(luò)方案

在我國，軌道交通一般都會(huì)采用基于GSM-R的單網(wǎng)交織冗余覆蓋的網(wǎng)絡(luò)通信方案，在覆蓋方案中奇數(shù)基站與偶數(shù)基站分別布置在線路兩端，每4對(duì)奇偶數(shù)基站配備雙LOOP環(huán)路，結(jié)合10G系統(tǒng)構(gòu)建傳輸系統(tǒng)。這種覆蓋方案能夠達(dá)到單基站和直放站發(fā)生故障的情況下，GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仍能正常工作的目的。

3.2 GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在城市軌道交通段場(chǎng)調(diào)度中的應(yīng)用

GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅可以在正線形成網(wǎng)絡(luò)覆蓋，滿足正線的車地通信需要，也可以滿足列車在段場(chǎng)的調(diào)車通信，輪轉(zhuǎn)檢修，牽引通信等通信需求。該功能主要是在GSM-R通信系統(tǒng)中增加列車的調(diào)度通信功能，該功能首先要滿足我國鐵路行業(yè)提出的關(guān)于鐵路專用調(diào)度通信的技術(shù)要求，其次必須要滿足段場(chǎng)各種形式下的調(diào)車需求。由于GSM-R通信系統(tǒng)不僅可以滿足我國大鐵上高速列車與普速列車之間的通信需求，又可以將大鐵上的各種通信模式融合到GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)這個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)上，減少了各網(wǎng)絡(luò)通信方式間的集成費(fèi)用以及各各網(wǎng)絡(luò)通信方式的運(yùn)營維護(hù)成本。從GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展歷程來看，GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)不僅已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國際化和標(biāo)準(zhǔn)化，而且各業(yè)務(wù)功能已經(jīng)發(fā)展的比較全面，因此，將GSM-R網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)引入城市軌道交通段場(chǎng)調(diào)度中時(shí)，只需要針對(duì)段場(chǎng)的通信特點(diǎn)做相關(guān)改的，系統(tǒng)修改量小，且性能可靠。

GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)在城市軌道交通段場(chǎng)調(diào)度中的應(yīng)用主要考慮滿足信號(hào)樓對(duì)列車的調(diào)度通信，段場(chǎng)三軌停送電調(diào)度通信，牽引機(jī)車的調(diào)度通信，其他調(diào)度通信，段場(chǎng)與停車場(chǎng)間的調(diào)度通信，段場(chǎng)應(yīng)急通信，段場(chǎng)各專業(yè)維護(hù)檢修通信等等。利用GSM-R進(jìn)行城市軌道交通的段場(chǎng)通信系統(tǒng)組網(wǎng)，可以完全利用GSM-R的無線組網(wǎng)方式，也可以將GSM-R同有線方式結(jié)合起來，共同完成調(diào)度通信的組網(wǎng)任務(wù)。

4 結(jié)束語

由于GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所涉及的技術(shù)要求較多，其具體應(yīng)用還要結(jié)合我國軌道交通的特點(diǎn)。而我國鐵路軌道技術(shù)屬于高新技術(shù)，需要有熟悉GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)和軌道交通通信經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，才能實(shí)現(xiàn)GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在軌道交通行業(yè)的廣泛應(yīng)用。