GSM-R网络在铁路无线通信中的研究

GSM-R网络在铁路无线通信中的研究

左宁

中国铁路北京局集团有限公司北京科学技术研究所

北京市100000

摘要：基于无线通信系统，GSM-R铁路无线通信是根据铁路通信的使用需求应用而生，该系统是在GSM网络平台开发研制的通信系统，通过GSM-R在该系统增加铁路运输、车辆调度、远程控制等元素，同时无线通信系统在技术上符合国际铁路联盟铁路调度标准。在中国铁路中，GSM-R主要应用于列车进站传输控制、列车准点定位、列车启动信息远程传输、列车调度信息交互、列车站点通信传输、列车头尾部设备控制、列车自动化控制和信号监控传送通道、列车实时信息更新下载。GSM-R网络系统建立可以全面提高铁路现代化通信功能，同时为铁路数字化交流提供平台，为我国建成现代化铁路提供技术保障。

关键词：GSM-R；无线通信；铁路；信息传输；

一、GSM-R网络的系统原理

GSM-R全程为铁路数字化无线通信系统，该系统为铁路的安全运输提供了支撑，通过GSM-R平台可以实现铁路系统数字化信息交互，有效保障了铁路运输过程中信息传输的及时性和有效性。该系统是铁路通信的高级系统，为铁路运输过程中提供附属配套设备，以GSM-R为载体为铁路通信提供了语音交互、信息传输、列车和站点定位等服务，实现现代化中国铁路通信的数字化。以国际铁路通信联盟为标准，以GSM-R无线通信为支撑，将GSM-R网络分为电路交换域CS和模块交换域PS，以GSM-R建立的平台系统中的网络基本元包括NSS系统（语音通信系统、短消息系统、智能交互系统），BSS基站系统（基站控制设备、基站交互设备、基站通信设备），OGM网络管理系统。GSM-R网络系统由多个相互独立的系统组成，从另一个角度来说该系统是汇集了各个实体功能，使GSM-R网络不仅能满足铁路通信的基础业务和补充业务，还能为铁路的管理层提供实时数据。GSM-R网络系统按其结构组成可分为以下三个部分：通信交互关联系统（SSS），移动网络互联系统（IN），无线通信系统（GPRS），同时三个系统相互之间既联系紧密又相互制约。GSM-R网络系统结构如图1所示。

图1 GSM-R网络系统结构

二、GSM-R系统的优势

1.GSM-R是一个比较完善的、综合业务的铁路数字移动通信平台。它可以囊括目前各种无线通信系统业务，包括无线列调、平面调车以及各部门各工种的对讲机通信系统，提供列车调度、编组场调车、区间维修、工程施工、应急抢险以及普通话音（即公务通信）等需要的移动通信功能；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带来更多的好处、提供更多的先进功能，满足铁路运输生产各种基本要求；另外由于其组网方式和系统功能，完全具备了目前的有线调度通信系统功能；特别是GSM-R还满足了列车高速运行时的传输列控信息的任务。

2.列车无线调度电话是为列车调度员、车站值班员指挥列车运行而设置的专用电话。根据《铁路技术管理规程》规定，系统用户包括列车调度员、机车调度员、车站值班员、助理值班员、机车司机等。传统的无线列调由于技术限制已经越来越不能满足运输需要了。GSM-R以其丰富的功能，不但完全具有传统的业务和功能，还在功能和性能各方面比原有基础上又有了大大的提升。GSM-R能够在一个综合平台上提供丰富的综合调度通信业务，尤其能够为列车控制提供无线数据传输。GSM-R不是无线列调的简单升级，而是具有强大调度功能的、综合业务的铁路数字移动通信平台，是铁路现代化和信息化必不可少的基础设施。

三、GSM-R网络在铁路通信中的运用

1.系统构成。基于GSM-R系统平台，在分组交换系统中通过GPRS提供数据无线传输，确保列车在进出站准确无误和提供安全保障。GSM-R的分组交换系统中主要包含列车的无线传输设备CIR、网络连接端口、终端连接服务器、基本控制设备、信息交互设备、站点定位装置和铁路通信终端连接服务器，通过以上设备的相互配合完成了列车与列车、列车和站点信息相互传输，较大提高了铁路通信效率，同时为列车安全、高效、准时运行提供了技术保障，GPRS网络系统按照功能可划分为如下设备：网络分支连接点GGSN，网络基站服务器BSC，分组单元控制设备PCU，域名交换器DNS。

2.通信应用。待系统重启后，通过GPRS网络进行登录并注册，HLR将用户信息进行筛选，将能够使用无线传输网络的用户传输到网络服务器，在信息传输过程中，需要通过基站服务器BSC和域名交换器DNS的双重认证，待移动终端服务器进行确认，基站服务器BSC正确添加该项传输数据，且移动设备开通了无线功能，能够正常使用GPRS，此时数据可以附着GSM-R系统平台。待系统获得IP地址后，还需通过无线网络GPRS获得IP归属地，与此同时CIR通过SGSN和GGSN向北京GROS发起IP归属地网络请求，北京GROS通过基站处理器判断出当前的IP地址，并沿传输路线返还给CIR。CIR通过GPRS在区域设定时间向本地CTC发送列车信息，信息所包含的内容有列车编号、行驶公里数、列车行驶速度。同时通过SGSN、GGSN、GRIS将所有信息反馈到本地CTC，确定列车所处位置，通过实时传输列车信息，不仅为列车调度提供依据，还为车辆安全运行提供保障，CIR无线信息发送。CIR收到列车调度命令后，将自动确认给CTC，通过归属SGSN、GGSN、GRIS转发自动确认，传输信息将会到达本地CTC，CTC识别信息并下发调度命令，该命令包含有机车编号、行驶公里数、列车时速。

四、GSM-R系统技术发展方向

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。

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。

3.继续探索GPRS在铁路中的应用。GPRS是一项以分组交换技术为基础的高速数据处理技术，由于其资源利用率高、突发速度高等特性，在铁路上引入GPRS可提高GSM-R系统的容量，满足工作非安全数据传输的需求。目前，已经利用GPRS网络传送调度命令和车次号信箱，对于GPRS业务的发展和应用还需要进一步结合铁路的特点，发展其优势。

总之，基于无线传输网络GPRS，GSM-R系统在中国铁路通信中还附加有了语音交互、信息传输、调度命令解析、列车进出站信息报告、列车设备实时监控、列车和站点定位功能，GSM-R系统不仅保障了铁路系统正常运转，同时提高了列车运行的安全性和高效性，为实现中国铁路数字化提供技术支持。

参考文献：

[1]刘海臣.GSM-R网络在铁路无线通信中的研究.2019.

[2]王萍，GSM-R技术与我国铁路通信技术的应用发展.2019.