趙 強(qiáng) 上海鐵路局上海通信段

為滿足高速鐵路對(duì)通信業(yè)務(wù)的需求，必須同步建設(shè)鐵路GSM-R網(wǎng)絡(luò)，我局相繼開(kāi)通了合寧、合武、甬臺(tái)溫、溫福線的GSM-R網(wǎng)絡(luò)，今年又開(kāi)通了滬寧城際高鐵、滬杭客專高鐵等GSM-R網(wǎng)絡(luò)，其中，滬寧城際高鐵和滬杭客專高鐵采用了C3控制技術(shù)，GSM-R系統(tǒng)為C3控制系統(tǒng)提供了電路域的通信業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心與機(jī)車間的實(shí)時(shí)信息交換。明年我局將會(huì)相繼開(kāi)通京滬高鐵、寧杭客專、杭甬客專等線路，并同步開(kāi)通相應(yīng)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)。為了能使GSM-R系統(tǒng)可靠地提供電路域的通信業(yè)務(wù)，消除GSM-R網(wǎng)絡(luò)中的外界電波干擾是關(guān)鍵，也是工程建設(shè)中較難完成的一項(xiàng)工作。

1 GSM-R系統(tǒng)名詞介紹

鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)GSMR以GSM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，針對(duì)鐵路運(yùn)輸通信的特點(diǎn)，對(duì)GSM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了優(yōu)化和發(fā)展，形成GSM-R標(biāo)準(zhǔn)。

GSM原意為"移動(dòng)通信特別小組"（Group Special Mobile），是歐洲郵電主管部門會(huì)議（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織的前身）為開(kāi)發(fā)數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)在1982年成立的機(jī)構(gòu)，經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)，制訂了完整的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)規(guī)范。隨著在這一技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)下的移動(dòng)通信網(wǎng)的快速發(fā)展，GSM逐步成為歐洲數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的代名詞。后來(lái)，這一標(biāo)準(zhǔn)在全球得到推廣，重新命名為"Global System for Mobile Communications"（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）。鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)"GSM-R"是"GSM for Railway"的縮寫(xiě)，這一技術(shù)首先也是在歐洲誕生并推廣。1996年歐盟為了實(shí)現(xiàn)泛歐高速鐵路系統(tǒng)互操作性，制訂了歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)，這是一個(gè)歐洲鐵路通信信號(hào)一體化發(fā)展項(xiàng)目，包含2個(gè)重要方面，一是歐洲列車控制系統(tǒng)（ETCS），另一個(gè)就是鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R）。GSM-R是歐洲鐵路運(yùn)輸通信的技術(shù)規(guī)范。

2 GSM-R技術(shù)在我國(guó)及我局的發(fā)展過(guò)程

近幾年來(lái)，我國(guó)的GSM-R技術(shù)得到快速發(fā)展。2000年底，鐵道部確定GSM-R為中國(guó)鐵路未來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展方向。2003年至2006年，相繼建成了大秦、青藏和膠濟(jì)線GSM-R系統(tǒng)，并對(duì)技術(shù)體系進(jìn)行了驗(yàn)證，隨即在全國(guó)掀起了GSM-R系統(tǒng)的建設(shè)浪潮。2008至2009年我局合寧、合武、甬臺(tái)溫、溫福線GSM-R系統(tǒng)開(kāi)通運(yùn)行，提供了調(diào)度語(yǔ)音通信、組呼通信、調(diào)度命令無(wú)線傳送等語(yǔ)音和數(shù)據(jù)類通信業(yè)務(wù)；今年，我局又開(kāi)通了滬寧城際高鐵、滬杭客專高鐵GSM-R網(wǎng)絡(luò)，除了提供上述通信業(yè)務(wù)外，還為C3系統(tǒng)提供了電路域的通信承載業(yè)務(wù)。實(shí)踐證明，GSM-R系統(tǒng)能滿足高鐵對(duì)通信業(yè)務(wù)的需求。

3 GSM-R系統(tǒng)的先進(jìn)性

GSM-R系統(tǒng)有很多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)與其他系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)控制。目前GSM-R系統(tǒng)為鐵路運(yùn)輸提供的主要業(yè)務(wù)有話音通信和數(shù)據(jù)通信兩類。

（1）話音通信：話音通信可分為組呼和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。組呼是根據(jù)需要事先把一群用戶設(shè)置成一個(gè)小組，并且每個(gè)用戶都可加入多個(gè)其他小組，在組內(nèi)某個(gè)人講話時(shí)，在一定范圍內(nèi)的小組成員都能聽(tīng)到。這種業(yè)務(wù)主要用于施工等大型作業(yè)的場(chǎng)合，需要對(duì)其他人員進(jìn)行廣播通知時(shí)使用；也可當(dāng)發(fā)生緊急情況，危及行車安全時(shí)，對(duì)司機(jī)、車站工作人員、調(diào)度員或沿線作業(yè)人員等廣播，以便提請(qǐng)有關(guān)人員采取緊急措施。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信可像普通手機(jī)一樣，通過(guò)撥號(hào)方式撥打固定電話和網(wǎng)內(nèi)所有用戶；另外，網(wǎng)內(nèi)用戶可根據(jù)車次號(hào)呼叫到高速運(yùn)行中的列車司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長(zhǎng)、隨車機(jī)械師、乘警等，或通過(guò)統(tǒng)一的固定號(hào)碼呼叫到車站值班員、調(diào)度員等，無(wú)需知道對(duì)方的實(shí)際的電話號(hào)碼。GSM-R系統(tǒng)解決了無(wú)線列調(diào)系統(tǒng)的同步干擾問(wèn)題。

（2）數(shù)據(jù)通信：主要有調(diào)度命令、行車憑證、調(diào)車作業(yè)通知單、接車進(jìn)路預(yù)告、車次號(hào)等信息在列車高速運(yùn)行中的傳送；

（3）電路域業(yè)務(wù)：GSM-R系統(tǒng)可以為移動(dòng)閉塞、列車自動(dòng)控制、列車同步操控等提供通信通道。

4 我國(guó)的GSM-R系統(tǒng)總體規(guī)劃

根據(jù)鐵道部規(guī)劃，在北京、武漢、西安建設(shè)核心交換局，各局建設(shè)本局的移動(dòng)交換系統(tǒng)，各局的交換系統(tǒng)通過(guò)北京、武漢和西安的核心交換局實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，完成全國(guó)通信網(wǎng)。建成后的GSM-R網(wǎng)絡(luò)如圖1。

圖1GSM-R網(wǎng)絡(luò)

GSM-R系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的通信網(wǎng)，與其他通信網(wǎng)（如鐵路電話網(wǎng)）通過(guò)移動(dòng)交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。由于GSM-R是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，因此將來(lái)也可很方便地實(shí)現(xiàn)國(guó)際聯(lián)網(wǎng)。

5 GSM-R系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

GSM-R系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖2。

圖2 GSM-R系統(tǒng)框圖

5.1 基站

基站主要任務(wù)是完成無(wú)線移動(dòng)設(shè)備（如手機(jī)、ATP車載設(shè)備GSM-R模塊、機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備CIR等）的接入，每個(gè)基站都分配了一定數(shù)量的頻道（一般為2至3個(gè)頻道）。GSM技術(shù)體制規(guī)定，每個(gè)頻道帶寬為200 kHz，每個(gè)載頻可提供8個(gè)信道。每個(gè)移動(dòng)用戶需要接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，都會(huì)占用一個(gè)或多個(gè)信道。國(guó)家信產(chǎn)部分配給GSM-R系統(tǒng)的頻率為移動(dòng)臺(tái)至基站上行鏈路885MHz-889 MHz，基站至移動(dòng)臺(tái)下行鏈路頻率為930 MHz-934 MHz。GSM-R系統(tǒng)是一個(gè)頻分多址和時(shí)分多址的復(fù)合系統(tǒng)。列車在運(yùn)行中，通過(guò)不同的基站將信號(hào)連續(xù)地接入網(wǎng)絡(luò)，保持通信暢通且不間斷。

5.2 基站控制器

基站控制器的主要任務(wù)是發(fā)送和接收無(wú)線信號(hào)并實(shí)施無(wú)線資源管理，與交換系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信連接。

5.3 移動(dòng)交換系統(tǒng)

移動(dòng)交換系統(tǒng)主要任務(wù)是完成用戶的業(yè)務(wù)交換和用戶數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理，主要有三個(gè)部分組成，即交換機(jī)、歸屬位置寄存器和訪問(wèn)位置寄存器。每個(gè)移動(dòng)用戶都須在歸屬位置寄存器中進(jìn)行身份登記，當(dāng)移動(dòng)用戶移動(dòng)到外局管轄的范圍時(shí)，會(huì)在當(dāng)?shù)氐脑L問(wèn)位置寄存器中進(jìn)行再登記，同時(shí)將信息告訴歸屬位置寄存器，當(dāng)其他用戶呼叫該用戶時(shí)，網(wǎng)絡(luò)先對(duì)被呼的號(hào)碼進(jìn)行分析，在其歸屬位置寄存器中查詢當(dāng)前該用戶所處的位置（在哪個(gè)基站下），實(shí)現(xiàn)用戶間的通信連接。

5.4 智能網(wǎng)系統(tǒng)

智能網(wǎng)系統(tǒng)是GSM-R不同于公眾GSM網(wǎng)的重要部分，主要任務(wù)是將網(wǎng)絡(luò)交換功能和業(yè)務(wù)控制功能相分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)呼叫的智能控制。智能網(wǎng)對(duì)移動(dòng)用戶根據(jù)專業(yè)和崗位的需要，進(jìn)行功能注冊(cè)和管理，實(shí)現(xiàn)組呼或根據(jù)車次號(hào)呼叫不同崗位的操作人員，而不需要記住對(duì)方的真實(shí)電話號(hào)碼等。

5.5 通用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)

通用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶間和移動(dòng)用戶與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外其他用戶間的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)交互和傳送。

5.6 分組數(shù)據(jù)接口服務(wù)器

分組數(shù)據(jù)接口服務(wù)器是GSM-R網(wǎng)絡(luò)與鐵路運(yùn)輸其他應(yīng)用系統(tǒng)間IP數(shù)據(jù)通信的橋梁，實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和交互。目前我局的分組數(shù)據(jù)接口服務(wù)器與CTC交換系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)車次號(hào)信息等數(shù)據(jù)向CTC系統(tǒng)傳送，同時(shí)CTC系統(tǒng)將調(diào)度命令、列車進(jìn)路預(yù)告等信息傳送給GSM-R系統(tǒng)，通過(guò)GSMR網(wǎng)絡(luò)將信息傳到列車上。

6 GSM-R系統(tǒng)建設(shè)中的清頻工作

為使GSM-R系統(tǒng)能提供可靠的通信業(yè)務(wù)，鐵路沿線的電磁環(huán)境質(zhì)量好壞是關(guān)鍵。在GSM-R系統(tǒng)建設(shè)前，必須對(duì)鐵路沿線進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，查找885 MHz至 889 MHz和 930 MHz至 934 MHz間的干擾信號(hào)，并進(jìn)行清除，這就是GSMR的清頻工作。

通過(guò)甬臺(tái)溫及溫福線的清頻工作，發(fā)現(xiàn)干擾主要來(lái)源于沿動(dòng)公司。沿動(dòng)公司為了滿足鐵路旅客的通信需求，在鐵路沿線建設(shè)了許多通信基站和直放站，使鐵路沿線的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，為清頻工作帶來(lái)很大困難。其中，由直放站造成的三階互調(diào)干擾尤為嚴(yán)重。直放站是為了解決鐵路沿線信號(hào)覆蓋，將某一基站的信號(hào)用光纖引至較遠(yuǎn)的地方進(jìn)行放大后發(fā)射出去，同時(shí)，將遠(yuǎn)處手機(jī)信號(hào)收集后引至基站。這種直放站系統(tǒng)造價(jià)便宜，容易實(shí)現(xiàn)，因此在鐵路沿線被廣泛采用。

互調(diào)干擾是指兩個(gè)及兩個(gè)以上不同的頻率成分，通過(guò)一個(gè)非線性網(wǎng)絡(luò)后，產(chǎn)生新的頻率分量。互調(diào)干擾中影響最大的是三階互調(diào)干擾。例如，移動(dòng)公司在某一基站配置了 935.000 MHz（f1）和937.000 MHz(f2)兩個(gè)載頻，經(jīng)過(guò)光纖引至直放站系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)直放站放大和混頻后，產(chǎn)生了 MHz信號(hào)，落在了鐵路GSM-R頻率范圍內(nèi)，對(duì)鐵路GSM-R 系統(tǒng)產(chǎn)生致命干擾，必須給予清除。

清除的辦法是要求沿動(dòng)公司對(duì)基站的頻率配置進(jìn)行調(diào)整，避免三階互調(diào)的產(chǎn)物落在GSM-R頻率范圍內(nèi)或直接關(guān)閉直放站系統(tǒng)。

為了更好地做好鐵路沿線的清頻工作，我們鐵路方面應(yīng)向電信運(yùn)營(yíng)商開(kāi)放鐵路沿線的資源，例如機(jī)房、電源、安裝天線的鐵塔等，一是爭(zhēng)取電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)鐵路清頻工作的支持，二是也為當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)可方便地對(duì)沿動(dòng)公司的基站進(jìn)行關(guān)閉試驗(yàn)，配合查找干擾源。

清頻工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，在GSM-R網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通后，需定期進(jìn)行沿線干擾測(cè)試。由于一旦GSM-R基站開(kāi)啟后，很難再關(guān)閉基站，因此必須建立一個(gè)完整的沿線電磁環(huán)境測(cè)試圖檔案，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電磁環(huán)境發(fā)生變化后，就協(xié)調(diào)其他電信運(yùn)營(yíng)公司一起查找干擾來(lái)源。