GSM-R编组站的互联互通及无线网络规划

GSM-R编组站的互联互通及无线网络规划

范萍

广东海格怡创科技有限公司

摘要：本文主要从GSM-R概述；GSM-R以及组呼业务及其再编组站的应用；等方面探讨了主题，旨在与同行共同探析学习。

关键词：GSM-R；编组站；无线网络规划

一、GSM-R概述

GSM-R（GSMforRailway）系统是以GSM公众移动通信技术为基础、与GSM共同发展、可以单一平台代替现有多种铁路通信与控制系统的铁路综合数字移动通信系统.。针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，GSM系统统可为铁路运营提供定制的附加功能。从集群通信的角度来看，GSM-R是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。

1.GSM-R系统的优势

GSM-R能将铁路现有的各类通信融合到统一的网络平台上来，并且使各类通信系统电务、工务、车务、电力、施工等之间可以相互通信，相互协调等。GSM-R是无线列调的更新换代产品，能够满足区间公务移动、紧急救援、调车编组作业、站场无线等移动语音通信的需求满足DMIS（调度管理信息系统）无线车号、列车尾部风压、机车状态信息、红外轴温监测、线路桥隧监护、铁路供电状态监视、道口防护等移动和固定无线数据传输的需求满足铁路的安全信息发布和预告警系统的需求，确保铁路的畅通、沿线施工养护人员、车辆、机械的安全。

（1）铁路综合数字移动通信系统GSM-R将通信和信号有机的融合为一体，实现移动闭塞，提高了线路的利用率。移动闭塞中，列控中心根据列车的编组情况、运行速度自动调整移动信号机的虚拟位置到最佳位置，并将信号通过GSM-R网络传输到机车上的信号机，为司乘人员的操作提供依据。这样，当列车的编组短时，闭塞区间就短，使线路的利用率提高，大大提高线路的运输能力。在GSM-R系统中，对于列控信息都能进行实时的监控，保证了铁路的安全运输。GSM-R除了满足铁路运输主业和路内各种语音、数据、多媒体图像通信的需求外，同时也可为旅客和铁路职工提供丰富的新业务，如移动办公、文件传输、收发Email等。

（2）GSM-R的经济性

GSM-R能将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中，可以减少集成和运行费用。而且，由于GSM-R是由已标准化GSM设备改进而成，GSM平台上已经提供了大量的业务应用，引入铁路专用功能时只做最低限度地改动，从而保证了技术引入成本低、性能易实现、运行可靠性高，是一种经济高效的综合无线通信系统。

二、GSM-R应用中存在的问题分析

就目前中国铁路GSM-R系统的应用来看，GSM-R系统完全可以涵盖目前中国铁路无线通信系统的功能，避免重复投资、独立维护、互相干扰等弊端，具有综合经济效益优势。但在实际的系统运行中，仍然存在以下几个技术难点需要进行深入的研究与探讨。

1.系统安全性还需要进一步完善。我们知道GSM-R系统是以交换机为核心，以基站为接入点完成通信功能的。由于我国不同地区既有线路的环境条件，南方的水灾、西部的泥石流、青藏的地震断裂等都会引发交换中心和基站之间的传输链路中断，这使得该基站设计的覆盖区内没有电磁波的覆盖，通信完全陷入瘫痪状态，给运输生产带来混乱。

2.同厂家设备之间的互联互通问题尚需解决。目前虽然多厂家设备已经实现了实验室环境下的互联互通，但针对某特定配置、特定铁路线乃至GSM-R全网的互联互通仍需在现场环境中进一步验证，GSM-R作为我国铁路通信发展的方向，为保证，GSM-R更好地服务于中国铁路，应加快解决GSM-R系统的开放性和不同厂家设备、不同网络的互联互通问题，以将分散的GSM-R网络建成全国统一的GSM-R移动通信网络。

3.针对大型铁路枢纽站及编组站，开展GSM-R综合业务应用理论及关键技术研究。由于频率资源的限制和应用复杂，枢纽地区一直是铁路无线通信发展的瓶颈。GSM-R是一种蜂窝无线通信系统，通过采用微蜂窝覆盖和无线分层技术支持数话同传，满足同一作业组内语音组呼和点对多点的数据传输，从而在编组站、集装箱节点站、大型客站开展GSM-R的应用，实现技术突破。

三、GSM-R组呼业务及其再编组站的应用

1.语音组呼业务概述

VGCS（VgcsGroupCallService）语音组呼业务是由多方参加，其中一部分人能讲话，多方聆听的点对多点的语音通信方式。它突破了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、紧急呼叫等铁路特定功能。一个特定的VGCS通信由组功能码（简称组ID）和组呼区域唯一确定。组ID和组呼区域合起来称作组呼参考，组呼参考可唯一确定一个组呼通信。组ID标识该组的功能，即由哪些身份的成员参加。一个用户能同时签约多个组ID，并给他们设置不同的优先级。组呼区域是指VGCS通信所覆盖的地理范围，以无线蜂窝小区为基本单位，一个组呼区域最多可有25个小区。VGCS主叫方用组ID就能呼叫到所有该组的成员，参与同一个VGCS呼叫的移动用户可以分布在多个小区内。另外VGCS业务还支持用户实现讲者和听者身份之间的转变。

VGCS业务中包含调度员和移动业务用户两种身份的成员。调度员可以是移动用户也可以是固网用户，移动业务用户是指签约了某些ID组的移动用户。在VGCS通信过程中每个调度员分别使用一对专用信道，移动用户使用半双工无线信道，即同一小区内的用户共享一条下行链路，只有讲话的移动业务用户才使用相应的上行链路。这样可以节省网元间的空中接口和信令链路上的可用资源，因此频谱利用率很高。某一时刻一个VGCS呼叫中只能有一个非调度身份的移动用户讲话，任何调度身份的用户可以随时讲话。

2.语音组呼过程

（1）发起阶段

主叫用户可以通过组来ID发起一个语音组呼，网络为了进一步处理呼叫会进行一系列核查检查用户是否有权建立呼叫，是否能在该小区发起呼叫及是否存在正在进行的具有相同组呼参考的呼叫。

MSC检查VLR内的用户数据，包括用户是否签约VGCS业务和对于申请的组呼是否有发起权限，以确认用户是否有权建立呼叫。如果用户没有签约语音组呼业务或没有发起该组ID的权限，呼叫将会被释放。

（2）释放主叫业务用户的专用连接

网络要求用户加入语音组呼信道时，主叫业务用户才`断开专用连接。如果该主叫用户没有讲话，网络会要求他通过信道释放程序作为聆听方加入语音组呼信道。如果主叫用户一直在讲话，网络会通过信道分配过程、切换过程或信道模式修正过程使其作为讲话方加入语音组呼信道。从语音组呼建立到主叫业务用户第一次成为听者，上行链路状态应该标记为“uplinkbusy”。在此期间，移动台通过MMI应该给用户一个可以讲话的指示，提醒用户及时按下PTT，将预先分配给他的上行链路占用，如果主叫业务用户在一定时间内该时间由移动台设定没有按下PTT申请讲话，移动台向网络发送一个“uplinkrelease”消息，释放上行链路，此时上行链路的状态标记为“uplinkfree”。

3.语音组呼通话过程

语音组呼建立之后，业务用户可以申请接入语音组呼信道的上行链路，然后他的讲话将在所有语音组呼信道的下行链路上广播。讲话用户的移动台为了避免回声应屏蔽下行链路的话音。

调度员的语音任何时候都应在组呼信道的下行链路上进行广播。因此，当有一个讲话用户和一个调度员同时讲话时，讲话用户的移动台会收到一个来自网络的指示，然后解除对下行链路的屏蔽以收听调度员的说话。如果当前没有用户讲话，网络通过在语音组呼信道上行链路发送一个上行链路接入请求，确认移动台是否正在收听组呼。收到这个请求的移动台应执行上行链路回复程序，在组呼信道上行链路上发送上行链路接入突发（Acessburst）。如果网络没有收到上行链路接入突发，网络会决定释放这个小区的语音组呼信道，然后发送没有信道描述的通知。

四、无线网络业务规划

GSM-R网络是由一个个小区组成，整个无线网络覆盖区的质量取决于每个小区的覆盖质量。对于GSM系统来说，要达到95%以上的覆盖率，才能保证铁路运输的安全性和可靠性。一个好的无线通信网络要使网中的每一个点的信号电平达到要求值，要满足同频干扰、邻频干扰的比值范围等。

铁路各作业区对无线覆盖要求如下：

1.车站宜设置基站，宜采用全向基站或合成小区定向基站，车站基站区至少应覆盖至车站进站信号机外侧。

2.沿线小区，宜采用合成小区定向基站。

3.枢纽地区，可采用多小区定向基站。

对于双向通信的GSM-R系统来说，上下行链路的平衡是十分重要的，它是保证在两个方向上具有同等的话务量和通信质量的主要因素，也关系到小区的实际覆盖范围。

本节以微蜂窝双线传播模型为基础，根据武汉北编组站地区的环境因素、链路参数等，计算求得站内GSM-R基站大概的覆盖半径，结合武汉北编组站总的覆盖面积，得到站内无线通信所需的基站数目。

结语

随着GSM-R网络的不断发展和客运专线的相继建成，编组站在铁路中的作用也愈发重要，而站场无线系统的高容量和频率资源短缺的矛盾也将更为突出，这就需要对编组站地区做更深入的研究。

参考文献：

[1]钟章队，任静对国内外GSM-R发展的研究移动通信2007

[2]余少鹏加强编组站服务功能的探讨上海铁道科技2005

[3]尹福康加快铁路GSM-R数字移动通信发展铁道通信信号2008

[4]钟章队我国GSM-R系统关键技术创新及应用中国铁路2007