GSM-R在大秦铁路中的发展及应用

2022-09-10

1 铁路综合数字移动通信网——GSM-R

GSM-R (GSM for Railway) 是铁路数字移动通信系统的简称, 它基于GSM系统, 并对其网络结构和业务进行了扩展和改进, 增加了调度通信功能 (语音组呼、语音广播、增强多优先级与强拆) 、铁路特有的调度业务 (功能寻址、接入矩阵和基于位置的寻址) , 并以此为信息化平台, 使用户可以在此平台上开发各种铁路应用。GSM-R的业务模型可以概括为:GSM-R业务=GSM业务+语音调度业务+铁路基本业务+铁路应用。

2 大秦线GSM-R通信系统功能简介

GSM-R在GSM公众移动通信系统平台上增加了铁路运输专用调度通信功能。GSM-R通信系统包括:交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。以大秦铁路为例:大秦铁路是中国第一条单元电气化重载运煤专线, 是山西、陕西、内蒙古西部煤炭外运的主通道, 承担着全国四大电网、十大钢铁公司和6000多家工矿企业的生产用煤和出口煤炭运输任务, 煤运量占全国铁路总煤炭运量的近1/5绝大部分线路在山区。为了满足铁路运输通信、信号及调度指挥的需要, 采用了GSM-R移动通信系统。大秦线GSM-R通信系统实现了如下功能: (1) 调度通信功能; (2) 车次号传输与列车停稳信息的传送功能; (3) 调度命令传送功能; (4) 列车尾部装置信息传送功能; (5) 调车机车信号和监控信息系统传输功能; (6) 列车控制数据传输功能; (7) 区间移动公务通信; (8) 应急指挥通信话音和数据业务。

3 大秦线GSM-R网络的性能与组网方式

GSM-R是专用于铁路的综合数字移动通信系统, 是中国铁路移动通信未来的发展方向。以GSM-R为平台, 可以承载许多铁路应用。利用大秦线GSM-R网络的无缝覆盖, 利用GSM-R网络提供的可靠的数据传输通道来传输数据, 将大大提高牵引机车间同步操作控制的安全性。为了满足铁路对系统安全性、可用性、可靠性和可维护性方面的要求, GSM-R在网络覆盖上需要冗余重叠覆盖, 大秦线GSM-R的可以实施组网方式有以下三种。

3.1 单网交织冗余覆盖网络

2004年大秦线GSM-R通信系统完成开通, 当时组网方式就是采用的单网交织冗余覆盖网络。单网交织冗余覆盖 (如图1所示) 是指铁路沿线由一层无线网络进行覆盖, 但在系统设计时通过加密基站, 使线路上的某个地点的基站出现故障时, 该地点的场强仍能通过相邻基站得到保证, 使沿线的业务应用不会因个别无线设备的故障而中断。

单网交织冗余覆盖网络所需的线路数在原有的单层网络上增加了一倍, 使原先使用2×2频率复用模式的变为4×2的复用模式, 因此对GSM-R的19个频点可做如表1所示的分组, 共分8组, 由于实际应用中可能有一些特殊站型和特殊环境的应用, 预留三个频点1001、1010、和1017号频点作为整个网络调整使用。

频率分配的秩序可以按1、3、5、7、2、4、6、8的秩序进行, 其每线路的最大配置为2载频, 可保证同一线路和邻线的频点不相邻, 如重叠覆盖线路实行负荷分担, 则等效每条线路的最大容量为4载频。但是, 由于开通使用中部分网络单元设备出现故障, 而导致严重影响列车行车安全, 故2006年大秦GSM-R又施工建双网组网采用同站址无线双层网络。

3.2 同站址无线双层网络

同站址无线双层网络是指2个基站并列设在同一站点, 形成了铁路沿线的2个无线网络层。如图2所示, 同一站点的2个基站安装在同一个机房内, 有类似的覆盖区域。这种方式易于安装, 还可降低安装成本, 但没有考虑容灾问题。如果某地发生灾害 (火灾、洪水、闪电等) , 同一站点的2个基站都会损坏, 造成在某一路段内同时失去2层网络的覆盖。

3.3 交织站址无线双层网络

目前新建的三条线, 大秦、胶济、青藏均没有采用交织站址无线双层网络。但因为无线网络是GSM-R系统中比较薄弱的环节, 因此, 为了完善这一环节, 提出了GSM-R双层网络, 在单层网络的基础上增加一层无线覆盖, 当其中一层发生故障时, 由另一层提供服务, 提高系统整体的可用性。交织站址无线双层网络中的第二层基站位于一层2个连续的基站之间。如图3所示, 每个基站有独立的机房和天馈系统。

4 GSM-R网络的展望

世界上已有20几个国家设计及建设GSM-R铁路线。根据我国《中长期铁路网规划》以及我国铁路客货运输的发展规模, 预计我国铁路GSM-R的发展规模将会位居世界第一位。目前, 我国初步建设了代表高原、重载和繁忙干线的青藏、大秦和胶济线三条GSM-R铁路线。通过这三条试验线的建设, 我国在GSM-R理论研究、应用技术和设备研发等方面积累了一定经验, 初步形成了我国基于GSM-R的完整铁路应用体系。

摘要：由于GSM-R系统涉及的技术较多, 而且在中国铁路中还属于新技术。本文介绍了大秦铁路GSM-R通信系统的功能和网络组网方式, 希望能对中国铁路GSM-R网络的建设和优化起到一定的作用。

关键词：GSM-R系统,铁路通信,组网