摘 要:随着铁路现代化的全面推进及铁路建设新一轮高潮的到来,铁路无线通信系统作为铁路运输生产指挥调度系统的传输通道。本文阐述了综合数字移动通信系统GSM-R的系统结构组成以及其功能特性。它以高效、灵活、经济、实用、可扩展等特性满足铁路无线通信的要求及未来发展。
关键词:GMS-R无线通信 客运专线
一、引言
郑西客运专线是我国中长期铁路规划中10条客运专线中徐兰客运专线(徐州-郑州-西安-宝鸡-兰州)最先开工的一段。郑西客运专线通信系统建设目的是为铁路运输所需各系统提供可靠的传输通道。目前使用的铁路模拟无线通信存在着技术落后、功能单一、频率利用率低、干扰严重,与铁路的发展和现代化需要不相适应,与发达国家铁路无线通信技术差距很大,不能满足铁路新一代基于无线通信的列车控制系统车-地控制信息传输的需求。
二、GSM-R无线通信系统
GSM-Railway是铁路综合数字移动通信系统的简称,是针对铁路行业的特殊需求进行发展,形成符合铁路通信要求的综合数字移动通信系统。满足列车运行速度为0-500km/小时的无线通信要求,安全性好。基于GSM-R提供良好的语音和高速的数据传输功能,可以应用在铁路多个行业中,属于专用移动通信的一种,专用于铁路的日常运营管理,是非常有效的调度指挥通信工具。GSM-R是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统,是中国首次从欧洲引进的移动通信铁路专用系统,它除了能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修通信等语音通信功能外,还能够满足列车运行速度每小时500公里的无线通信要求,与以往中国铁路所采用的单信道模拟系统相比,GSM-R系统达到了国际行业水平。
GSM-R采用TDMA结构,信道带宽200kHz,每载波8个时隙,全速率话音编码13.0kb/s,半速率话音编码6.5kb/s,电路交换情况下每时隙9600b/s的数据率,具有短消息功能(SMS)和蜂房小区广播功能(CBCS)。此外,它还引入了GSM phase 2+阶段的ASIC (高级语音呼叫项目)功能,它包括话音组呼(VGCS)、语音广播呼叫(VBS)、增强多优先级与强拆(EMLPP)。在铁路应用上还包括:功能寻址,通过功能号即可呼叫;基于位置的寻址,根据呼叫发起的位置建立与最近调度中心的呼叫连接;高优先级呼叫确认;调车模式通信;利用多方通话功能提供的多个司机问的通信;直接脱网模式等。GSM-R除了具备这些必不可少的专用调度功能外,还体现在与列车控制系统的完美结合上。
三、GSM-R通信系统功能
1.调度通信功能:调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。
2.车次号传输与列车停稳信息的传送功能:车次号传输与列车停稳信息对铁路运输管理和行车安全具有重要的意义,它可通过基于GSM-R电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输,也可以采用GPRS方式来实现。
3.调度命令传送功能:铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令,它是列车行车安全的重要保障。采用GSM-R系统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过程,提高工作效率。
4.列车尾部装置信息传送功能:将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R通信系统,可以方便地解决尾部风压数据传输问题。
5.调车机车信号和监控信息系统传输功能:提供调车机车信号和监控信息传输通道实现地面设备和多台车载设备间的数据传输,并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。
6.列车控制数据传输功能:采用GSM-R通信系统实现车地间双向无线数据传输,提供车地之间双向安全数据传输通道。
7.区间移动公务通信:在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信,均可以使用GSM-R作业手持台,作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下,作业人员还可以呼叫司机,与司机建立通话联络。
四、郑西客运专线通信系统设计
郑西客运工程在郑州利用原郑州分局通信站设郑州通信站,西安客北环工程在西安北站新建西安北通信站。郑州通信站设置网络管理中心,与西安北通信站设置的网络管理中心一起,共同完成郑西客运专线通信网的集中维护管理。郑西客运工程在郑州调度所利用原调度机械室设客专通信机械室,为郑州局调度所、信号CTC、RBC、信号微机监测等提供通信资源。
1.传输系统方案
传输网采用MSTP技术按骨干层、接入层两层网络设计。骨干层的主要职责是完成各主干节点间的各类业务连接/调度,同时作为整个网络与既有通信系统的互连层。接入层的主要职责是完成对接入节点业务的接入、汇聚和转接,将来自区间接入层的业务汇聚到骨干层。并采用STM-64 10Gb/s系统组建多业务传输平台(MSTP)骨干汇聚层,STM-4/1 622/155Mb/s接入网系统组建多业务传输平台(MSTP)接入层。
2.骨干层
骨干层为链型网络,设置STM-64 ADM设备,在全线9个新建站、1个新建通信站(西安北)、2个既有通信站(郑州、西安)、2个路局调度所共计14个站点,利用4芯光纤构成STM-64 MSP 1+1传输系统链。骨干层与接入层间的互连通过在每个车站间的两个STM-4光接口互连。接入铁通既有传输网的设备扩容投资由铁通解决,客专公司根据需要租用电路。
3.接入层
(1)车站汇聚:沿线新建车站、郑州站、郑州西站、郑州局调度所、西安局调度所、2个动车运用所以及郑州通信站、西安北通信站作为接入层汇聚节点,设置车站汇聚设备MSTP STM-4 ADM设备。
(2)区间接入:在区间的基站、信号中继站、电气化所亭作为区间接入层节点,设置STM-4 ADM设备。
(3)站内接入:在信号楼、站房、公安、电力配电所、维修工区作为站内节点,设置STM-1 MSTP ADM设备,以链状或环状网络接入车站。
(4)在洛阳东通信站(铁通)新设1套MSTP STM-4 ADM设备,与洛阳南STM-64 ADM设备通过2个STM-4互连。同时接入铁通既有网络。
五、GSM-R无线通信系统在郑西客运的使用
1.核心网
根据铁道部统一安排,郑西客运专线GSM-R核心网设在西安,并作为专项工程单独建设。核心网包括移动交换子系统(SSS)、智能网子系统(IN)、通用分组无线业务(GPRS)子系统、运行和业务支撑子系统(OSS)。
2.基站子系统
郑西客专采用单网交织冗余覆盖方案,即1、3、5…奇数站组成一层网,2、4、6…偶数站组成另一层网。当某一个基站出现故障时,相邻两个小区的覆盖电平仍然能够达到系统规定的性能要求。在空旷区域通过密集的基站提供高度重叠空间覆盖,在隧道等弱场区域采用光纤直放站结合天线/漏缆提供冗余覆盖。采用单网交织冗余覆盖的组网方式可以避免无线子系统部分设备的单点故障,可靠性高。弱场区的处理主要采用光纤直放站结合漏泄电缆或天线覆盖的方案来解决。为了提供交织覆盖,每个直放站远端机需要接入相邻两个BTS的信号,经过放大后,输出两路合成的信号并分别馈送至两边与直放站连接的漏缆或天线。
总之,我国铁路GSM-R系统应用前景良好,多条铁路的建成及通车说明我国在吸收消化国外应用GSM-R系统的成功经验后,已经形成了符合我国铁路实际需要的网络标准,并且为GSM-R在我国的进一步发展奠定了坚实的基础。为保证GSM-R在我国健康、顺利发展,目前,急需建立健全相关标准体系,严格执行并不断完善标准规范,从而为GSM-R发展、建设提供有利支撑条件。
参考文献:
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