我国铁路GSM-R的建设与发展

■ 马芳

国际铁路联盟（U IC）提出的铁路综合数字移动通信系统（GSM-R），经过长期深入的研究，已经成为对各国铁路专用移动通信系统由模拟系统向数字系统演进有重大影响的技术。早在1994年，我国铁路即开始对铁路无线通信技术演进方向的研究，相继对模拟集群、TETRA和GSM-R等技术进行理论研究、技术比选和工程试验，结合我国铁路发展的需求，特别是高速铁路列车控制系统的需求，于2003年将GSM-R确定为我国铁路数字移动技术的基本制式。在随后的几年里，我国铁路通过引进、消化、吸收、再创新，使GSM-R走上快速发展的道路，在列车控制、高原铁路、货运重载成套技术的形成和发展中发挥了重要作用，特别是在高速铁路建设和运营中GSM-R技术体现出显著优势，进一步推动GSM-R技术在世界铁路范围内的延伸，带动了高速移动通信技术的发展，促进了GSM-R产业的稳定发展。

1 网络规划和建设

为适应我国铁路路网结构和运输模式的实际情况，GSM-R技术引入我国之后，在网络结构、功能实现、业务应用、配套设备等方面都存在再规划、再开发和本土化的问题，GSM-R要在我国获得长足的发展，满足我国铁路运输组织的要求，必须进行系统全面的功能试验验证。从2003年开始，我国铁路陆续在格尔木—拉萨、大同—秦皇岛、济南—青岛开通试验线，分别采用厂商提供的网络设备开展GSM-R试验应用，积累了大量的网络建设基本经验。2005年制定了GSM-R网络技术规划，确定我国铁路GSM-R总体技术方案（技术体制），为GSM-R技术的发展奠定了坚实的基础。

1.1 核心网规划和建设的特点

我国铁路路网的基本特点是：规模大、点多线长，以铁路局为中心进行区域化运输组织。铁道部组织专家针对这些特点进行深入研究和反复论证，在借鉴欧洲铁路GSM-R组网经验和我国移动通信运营商网络运营经验的基础上，确定了我国铁路GSM-R核心网的建设组网模式，即设置北京、武汉为全国核心网骨干业务节点，在北京、武汉、西安三地设置区域的话务汇接中心。

我国铁路GSM-R核心网规划包括电路域、智能网和分组域。电路域核心网采取统筹规划、统一建设、分步实施的策略，19个核心网节点随着铁路建设项目安装调试和联网。智能网采用业界通用的业务控制点（SCP）集中设置方案，全网设置一对具有异地容灾备份功能的SCP，基于CAM EL3协议实现智能网业务功能。分组域采用二级网络结构，通用分组无线服务业务（GPRS）本地网与归属M SC同址设置，骨干网数据路由由铁路数据通信网承载。

目前，已完成北京和武汉核心节点之间的地理容灾和冗余备份处理系统建设，形成北京、西安、武汉路由汇聚交换层，建成开通12个GSM-R核心交换节点，后续节点将逐步建设，并实现重要节点的冗余备份。

1.2 无线网技术规划和建设的特点

我国GSM-R无线网规划建设综合考虑了铁路运输的各种应用场景，策略是：统一规划、按线建设、分等级装备。无线网规划的重点是新建高等级铁路、应用分散自律调度集中指挥系统（CTC）的线路、运行CTCS列车控制系统的线路和开通重载组合货运列车机车同步操纵系统的线路，进一步考虑在扩能改造和提速线路上应用，最终实现在路网干线上全面应用。

在普速线路，一般采用单层网覆盖方式；在高速铁路线上，采用深度冗余技术和高可靠性产品，构建单层交织覆盖无线网络，有效避免单点故障引起的网络中断；在部分特殊的线路，如青藏铁路和大秦线则采用同站址双基站无线覆盖方式，提高GSM-R网络的可靠性和可用性。针对复杂的地理环境，采用基站与光纤直放站相结合技术，优化网络覆盖质量，目的是在保证基本功能的前提下，尽可能节约建设投资。目前我国铁路已经建成GSM-R无线网约1.3万km，在建网络近6 000 km，规划网络约6.2万km。

2 业务发展和应用

我国铁路GSM-R业务取得了长足的发展，承载的业务覆盖铁路行车指挥、运营维护、安全监控等多个方面，按业务类型分为4类。

（1）话音通信类：提供列车无线调度通信、公务通话、区间治安防范、施工养护、应急通信等业务。包括点对点呼叫、功能寻址、位置寻址、广播呼叫、语音组呼、紧急呼叫、多优先级强拆、呼叫限制等功能。

我国铁路调度通信在结构和功能上均有别于欧洲GSM-R语音通信系统，我国调度通信系统关键技术装备基本实现了国产化，其中自主研制的固定用户接入交换机（FAS），既能满足与移动业务交换中心（M SC）互联承载GSM-R话音业务的要求，也可以兼容我国铁路既有调度通信系统的功能。交换机、调度台、机车综合无线通信设备（CIR）、专用作业手持终端（OPH）、通用手持终端（GPH）等移动话音终端和SIM卡也实现了国产化，并随着第一条GSM-R线路的开通投入现场应用。

（2）电路域数据传输类：包括列车运行控制信息、机车同步操控信息、组合货运列车列尾风压信息等使用GSM-R电路交换数据业务。

（3）GPRS分组域数据传输业务：包括调度命令信息、车次号校核信息、车载监控装置信息、客运信息等。其中调度命令信息传输是我国CTC的重要组成部分，调度命令传输业务将列车的车次号自动校核信息、临时调度命令、前方车站的进路预告信息等通知到列车司机，为此，铁道部组织制定了GSM-R车次号/调度命令信息传输技术方案，研制开发了GPRS接口服务器（GRIS）、GPRS用户归属服务器（GROS）、车次号编解码器、机车综合无线通信设备等系统设备和终端，成功地解决跨铁路局、跨调度区段的调度命令信息传输问题，大大提高了行车指挥信息传输的效率。

（4）数据与话音同传（编组站调车通信）业务：我国铁路编组站的作业模式与欧洲有很大区别，主要表现在调车组成员之间的通信需要提供数话同传业务，既要在通话的同时进行安全数据传输，还要进行调车作业单的传送。为满足大、中型编组站的安全数据、调车单、语音组呼等通信要求，我国铁路进行了GSM-R系统承载编组站通信业务的尝试。在GSM-R网络设备供应商的技术支持下，采用1.5VGCS信道的通信模式，即讲者利用组呼信道之外的0.5专用信道发送安全数据，听者利用组呼信道的上行信道发送安全数据，在新丰镇编组站成功实现了数话同传业务，满足端到端安全控制数据传输延迟小于500 m s的要求。目前，已通过终端与网络的工程试验，效果良好。

3 技术标准的发展

在深入研究UIC EIRENE功能需求规范（FRS）和系统需求规范（SRS）的基础上，铁道部组织技术人员结合我国铁路路网结构、运输组织的特点，根椐设计、施工、维护、设备研发等不同阶段的工作需要，制定成套的我国铁路GSM-R技术标准。主要包括：

（1）系统类标准：包括名词术语，总体技术方案、编号计划、智能网、GPRS、调度通信等；

（2）工程类标准：包括工程设计规范、施工指南、验收规范等；

（3）设备类标准：包括机车综合无线通信设备技术条件、手持台、中继传输设备等；

（4）应用业务类标准：包括调度通信、调度命令信息传送技术条件等；

（5）接口和测试类标准：包括FAS与GSM-R接口、归属位置寄存器（HLR）与SCP接口等；

（6）维护类标准：包括运用质量标准、维护规则等。

以上标准分别以铁路标准、技术条件、暂行技术条件、规则等形式发布，在我国铁路GSM-R系统建设和发展中发挥了重要的理论指导作用。随着实践的逐步深入，铁道部还将根椐实际应用中的具体情况不断组织完善更新。

4 互联互通测试

为适应我国铁路分线分期建设模式和GSM-R系统由多个供应商设备组网的需要，铁道部于2006年启动对不同厂商GSM-R网络设备互联互通功能性测试。通过试验室测试和工程现场测试，对不同厂商提供的交换网、无线网、智能网、GPRS设备功能及其互联之后的系统功能进行全面验证，包括GSM-R电路域、分组域、智能网的基本功能和铁路特殊功能，以及点呼、组呼/广播、优先级呼叫/强占、呼叫限制、功能号呼叫等铁路特殊业务。

实验室测试阶段，无线网设备与核心网之间采用不同厂商之间的6种混合组网模式，核心网节点之间则通过长途电路将分布在北京、广州、西安的供货商实验室设备连接起来进行。历时3年，通过实验室和工程现场两个阶段，完成厂商之间核心网、无线网、智能网、GPRS相互之间的1 359项互联互通测试用例，验证本地节点之间、本地节点与无线网络之间C/D/G，A，E，G r，Gb，Gn，L接口的互联互通能力，达到了预期目标。2011年，启动厂商设备之间的互联互通测试。

通过互联互通测试，不仅为多厂商GSM-R设备互联组网扫清了技术障碍，同时形成我国铁路GSM-R数字移动通信网接口测试规范，为后期进行的接口监测系统开发、工程建设期的网络调试、投入运营后的维护管理，以及设备升级、扩容测试等提供了重要的技术依据。

5 网络运营管理

5年来的GSM-R运营维护工作中，以铁路专用通信维护部门为主导，以设备供货商为技术支持，制定了一系列GSM-R网络维护管理办法、测试方法，针对我国铁路GSM-R面临的一些突出问题，如开放环境中无线电干扰、设备故障、业务应用设备故障，以及使用人员操作使用不当等直接影响网络服务质量的问题，进行持续的监控和优化，实现了网络的稳定运行和运用质量的不断提高。

一是全面掌握网络状况。铁道部基础设施检测中心和有关铁路局利用检测车定期进行GSM-R网络性能质量测试，利用网管和接口监测设备，实时跟踪监测CTCS-3级列控车载设备的网络通信行为，铁道部、铁路局每月对GSM-R网络及其承载的应用业务进行运用质量统计分析，通过对这些数据的综合分析，为网络优化提供有效的依据。

二是维护GSM-R沿线电磁环境的安全。铁道部组织专业无线电检测队伍，采取定点测试与动态扫描相结合，必要时关闭基站测试的方法，定期对GSM-R沿线周边电磁环境进行监测，及时发现干扰源并配合清频。在国家无线电管理部门的支持下，铁道部、铁路局与各地方无线电管理部门建立GSM-R频率长效保护机制，加强GSM－R网络干扰清频协调工作，在高速铁路沿线基本实现阶段性清频目标，保障了GSM－R网络运用的需要。

三是严格管理施工作业。我国铁路GSM-R统一规划、分步实施的建设步骤，决定了这个网络面临着大量的新建网络对既有网络运行状态的干扰。频繁的新增数据制作、新入网设备调试、新增核心网节点互联等每一项作业稍有不慎，都有可能对运行中的网络带来难以预料的影响，轻者影响部分业务，重者造成网络瘫痪。铁道部实行严格的施工作业和数据管理制度，凡是涉及网络数据变化、核心网互联的作业，实施方案一律由铁道部审核批准，并指派专业技术人员现场协调盯控，确保每一次施工的安全。

6 结束语

我国铁路GSM-R在发展、建设过程中，不断汲取其他国家铁路和电信运营商的成熟经验，根据我国铁路实际，在国际标准的基础上，补充完善我国铁路运输模式下的GSM-R业务实现方案，探索一套行之有效的工程建设、网络管理方法，促进了我国铁路GSM-R的顺利发展。我国铁路将一如既往地加强国际技术合作，面向各种运营条件，开展GSM-R关键技术的研究，使系统平台更加稳定；开展核心网的技术演进及冗余备份方案的研究，进一步提高网络的可用性；开展无线网络优化理论和维护技术的研究，达到科学维护、实时响应、及时网优、稳定质量的运维目标；开展GSM-R频率规划技术和综合业务实现方法研究，进一步实现资源利用率最大化。可以预见，随着我国铁路GSM-R向目标网建设的有序推进，铁路数字移动通信网将会发挥更大的作用。