铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）和GSM-R的清频工作

赵 强 上海铁路局上海通信段

为满足高速铁路对通信业务的需求，必须同步建设铁路GSM-R网络，我局相继开通了合宁、合武、甬台温、温福线的GSM-R网络，今年又开通了沪宁城际高铁、沪杭客专高铁等GSM-R网络，其中，沪宁城际高铁和沪杭客专高铁采用了C3控制技术，GSM-R系统为C3控制系统提供了电路域的通信业务，实现调度中心与机车间的实时信息交换。明年我局将会相继开通京沪高铁、宁杭客专、杭甬客专等线路，并同步开通相应的GSM-R网络。为了能使GSM-R系统可靠地提供电路域的通信业务，消除GSM-R网络中的外界电波干扰是关键，也是工程建设中较难完成的一项工作。

1 GSM-R系统名词介绍

铁路综合数字移动通信系统GSMR以GSM技术标准为基础，针对铁路运输通信的特点，对GSM标准进行了优化和发展，形成GSM-R标准。

GSM原意为"移动通信特别小组"（Group Special Mobile），是欧洲邮电主管部门会议（欧洲电信标准组织的前身）为开发数字蜂窝移动系统在1982年成立的机构，经过多年的研究开发，制订了完整的数字蜂窝移动通信技术规范。随着在这一技术规范指导下的移动通信网的快速发展，GSM逐步成为欧洲数字移动通信系统的代名词。后来，这一标准在全球得到推广，重新命名为"Global System for Mobile Communications"（全球移动通信系统）。铁路综合数字移动通信系统"GSM-R"是"GSM for Railway"的缩写，这一技术首先也是在欧洲诞生并推广。1996年欧盟为了实现泛欧高速铁路系统互操作性，制订了欧洲铁路运输管理系统，这是一个欧洲铁路通信信号一体化发展项目，包含2个重要方面，一是欧洲列车控制系统（ETCS），另一个就是铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）。GSM-R是欧洲铁路运输通信的技术规范。

2 GSM-R技术在我国及我局的发展过程

近几年来，我国的GSM-R技术得到快速发展。2000年底，铁道部确定GSM-R为中国铁路未来移动通信的发展方向。2003年至2006年，相继建成了大秦、青藏和胶济线GSM-R系统，并对技术体系进行了验证，随即在全国掀起了GSM-R系统的建设浪潮。2008至2009年我局合宁、合武、甬台温、温福线GSM-R系统开通运行，提供了调度语音通信、组呼通信、调度命令无线传送等语音和数据类通信业务；今年，我局又开通了沪宁城际高铁、沪杭客专高铁GSM-R网络，除了提供上述通信业务外，还为C3系统提供了电路域的通信承载业务。实践证明，GSM-R系统能满足高铁对通信业务的需求。

3 GSM-R系统的先进性

GSM-R系统有很多技术优势，通过与其他系统结合，实现列车自动控制。目前GSM-R系统为铁路运输提供的主要业务有话音通信和数据通信两类。

（1）话音通信：话音通信可分为组呼和点对点通信。组呼是根据需要事先把一群用户设置成一个小组，并且每个用户都可加入多个其他小组，在组内某个人讲话时，在一定范围内的小组成员都能听到。这种业务主要用于施工等大型作业的场合，需要对其他人员进行广播通知时使用；也可当发生紧急情况，危及行车安全时，对司机、车站工作人员、调度员或沿线作业人员等广播，以便提请有关人员采取紧急措施。点对点通信可像普通手机一样，通过拨号方式拨打固定电话和网内所有用户；另外，网内用户可根据车次号呼叫到高速运行中的列车司机、运转车长、随车机械师、乘警等，或通过统一的固定号码呼叫到车站值班员、调度员等，无需知道对方的实际的电话号码。GSM-R系统解决了无线列调系统的同步干扰问题。

（2）数据通信：主要有调度命令、行车凭证、调车作业通知单、接车进路预告、车次号等信息在列车高速运行中的传送；

（3）电路域业务：GSM-R系统可以为移动闭塞、列车自动控制、列车同步操控等提供通信通道。

4 我国的GSM-R系统总体规划

根据铁道部规划，在北京、武汉、西安建设核心交换局，各局建设本局的移动交换系统，各局的交换系统通过北京、武汉和西安的核心交换局实现互联，完成全国通信网。建成后的GSM-R网络如图1。

图1GSM-R网络

GSM-R系统是一个相对独立的通信网，与其他通信网（如铁路电话网）通过移动交换系统实现网络互联。由于GSM-R是国际标准技术，因此将来也可很方便地实现国际联网。

5 GSM-R系统结构介绍

GSM-R系统框图见图2。

图2 GSM-R系统框图

5.1 基站

基站主要任务是完成无线移动设备（如手机、ATP车载设备GSM-R模块、机车综合无线通信设备CIR等）的接入，每个基站都分配了一定数量的频道（一般为2至3个频道）。GSM技术体制规定，每个频道带宽为200 kHz，每个载频可提供8个信道。每个移动用户需要接入网络时，都会占用一个或多个信道。国家信产部分配给GSM-R系统的频率为移动台至基站上行链路885MHz-889 MHz，基站至移动台下行链路频率为930 MHz-934 MHz。GSM-R系统是一个频分多址和时分多址的复合系统。列车在运行中，通过不同的基站将信号连续地接入网络，保持通信畅通且不间断。

5.2 基站控制器

基站控制器的主要任务是发送和接收无线信号并实施无线资源管理，与交换系统相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接。

5.3 移动交换系统

移动交换系统主要任务是完成用户的业务交换和用户数据与移动性管理，主要有三个部分组成，即交换机、归属位置寄存器和访问位置寄存器。每个移动用户都须在归属位置寄存器中进行身份登记，当移动用户移动到外局管辖的范围时，会在当地的访问位置寄存器中进行再登记，同时将信息告诉归属位置寄存器，当其他用户呼叫该用户时，网络先对被呼的号码进行分析，在其归属位置寄存器中查询当前该用户所处的位置（在哪个基站下），实现用户间的通信连接。

5.4 智能网系统

智能网系统是GSM-R不同于公众GSM网的重要部分，主要任务是将网络交换功能和业务控制功能相分离，实现对呼叫的智能控制。智能网对移动用户根据专业和岗位的需要，进行功能注册和管理，实现组呼或根据车次号呼叫不同岗位的操作人员，而不需要记住对方的真实电话号码等。

5.5 通用分组数据业务系统

通用分组数据业务系统主要实现移动用户间和移动用户与网络内外其他用户间的IP数据业务交互和传送。

5.6 分组数据接口服务器

分组数据接口服务器是GSM-R网络与铁路运输其他应用系统间IP数据通信的桥梁，实现与其他系统间的数据格式转换和交互。目前我局的分组数据接口服务器与CTC交换系统互联，实现车次号信息等数据向CTC系统传送，同时CTC系统将调度命令、列车进路预告等信息传送给GSM-R系统，通过GSMR网络将信息传到列车上。

6 GSM-R系统建设中的清频工作

为使GSM-R系统能提供可靠的通信业务，铁路沿线的电磁环境质量好坏是关键。在GSM-R系统建设前，必须对铁路沿线进行反复测试，查找885 MHz至 889 MHz和 930 MHz至 934 MHz间的干扰信号，并进行清除，这就是GSMR的清频工作。

通过甬台温及温福线的清频工作，发现干扰主要来源于沿动公司。沿动公司为了满足铁路旅客的通信需求，在铁路沿线建设了许多通信基站和直放站，使铁路沿线的电磁环境非常复杂，为清频工作带来很大困难。其中，由直放站造成的三阶互调干扰尤为严重。直放站是为了解决铁路沿线信号覆盖，将某一基站的信号用光纤引至较远的地方进行放大后发射出去，同时，将远处手机信号收集后引至基站。这种直放站系统造价便宜，容易实现，因此在铁路沿线被广泛采用。

互调干扰是指两个及两个以上不同的频率成分，通过一个非线性网络后，产生新的频率分量。互调干扰中影响最大的是三阶互调干扰。例如，移动公司在某一基站配置了 935.000 MHz（f1）和937.000 MHz(f2)两个载频，经过光纤引至直放站系统，经过直放站放大和混频后，产生了 MHz信号，落在了铁路GSM-R频率范围内，对铁路GSM-R 系统产生致命干扰，必须给予清除。

清除的办法是要求沿动公司对基站的频率配置进行调整，避免三阶互调的产物落在GSM-R频率范围内或直接关闭直放站系统。

为了更好地做好铁路沿线的清频工作，我们铁路方面应向电信运营商开放铁路沿线的资源，例如机房、电源、安装天线的铁塔等，一是争取电信运营商对铁路清频工作的支持，二是也为当出现干扰时可方便地对沿动公司的基站进行关闭试验，配合查找干扰源。

清频工作是一项长期的工作，在GSM-R网络开通后，需定期进行沿线干扰测试。由于一旦GSM-R基站开启后，很难再关闭基站，因此必须建立一个完整的沿线电磁环境测试图档案，当发现电磁环境发生变化后，就协调其他电信运营公司一起查找干扰来源。