GSM-R系统在高速铁路通信的先进性

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基站控制器BSC主要负责在其覆盖区域内的移动性管理和无线电资源管理功能，并负责无线网络的运营与维护功能。编译码器TRAU负责将13kbit/s的话音或数据信息转换成64kbit/s的标准数据，完成编译码和速率的转换，从而减少BSC中PCM链路数量。移动交换中心MSC设备负责呼叫控制；拜访位置寄存器VLR负责存储当前MSC区内活动用户的数据；归属位置寄存器HLR负责存储归属用户永久性资料；组呼寄存器GCR负责存储用于相关MSC区的语音组呼和语音广播配置属性。GPRS通用分组无线业务系统由业务支持节点SGSN和网关支持节点GGSN两大主要设备组成，负责移动分组业务的有效实现。其中，SGSN负责存储已注册用户的位置信息和签约信息；GGSN负责存储用户的路由信息和签约信息，路由信息通过隧道技术，把分组数据包传送至移动台注册的GGSN节点上。移动智能子系统SCP是智能网的核心功能设备，它负责业务逻辑和存储用户数据，实现业务数据功能SDF和业务控制功能SCF。SSP接受SCP的指令控制，提供业务交换功能SSF和呼叫控制功能CCF；SSP以MSC/GGSN为基础，以必要的软件、硬件和No.7信令系统接口集成SSF功能。

运行与支持维护子系统OSS分为：对应移动交换子系统的操作维护中心OMC-S和对应基站子系统的操作维护中心OMC-R。运行与支持维护子系统OSS是系统设备与操作人员进行人机界面的中介，负责实现各子系统的集中维护与操作，完成包括设备管理、用户管理以及网络维护操作一系列功能。终端子系统分为无线固定终端和移动终端两大部分。移动终端是gsm-r移动通信系统网络的无线接入部分，是铁路无线通信业务实现的关键载体，主要包括机车台CIR和手持台GPH、OPH两大类型。移动台MS是由移动设备ME和用户识别数据模块SIM卡组成。移动设备ME与基站子系统BSS之间通过空中无线接口Um实现互联；数据模块SIM卡负责存储和管理用户的特定信息。移动设备ME与数据模块SIM卡之间采用国际标准接口进行互联。

GSM-R网络布局及频率分配

网络架构布局在我国，GSM-R核心网网络采用二元网络结构，包括移动汇接网TMSC和移动本地网MSC。汇接网TMSC全国仅设3处，分别为北京、武汉、西安汇接中心，兼作MSC和GMSC；本地网MSC/SSP/SGSN/GGSN全国共设19个，在铁路局所在地设置18个，另外根据青藏线的特殊性在拉萨设置1个。其全路核心网逻辑结构如图1所示，实线表示主用路由；虚线表示备用路由。

无线频率的分配GSM-R无线通信系统采用900Mhz工作频段；上行使用885-889Mhz（移动台发，基站收）频段，下行使用930-934Mhz（基站发，移动台收）频段，总共4Mhz频率带宽；双工收发频率间隔为45Mhz；相邻频道间隔为200Khz，根据以上参数划分为21个载频（频点），频道编号为999至1019，扣除低端999和高端1019两个频点作为隔离保护，实际可用频点仅19个。

GSM-R系统承载的业务

电路域业务电路域业务又分为电路域数据业务和电路域话音业务。电路域数据业务主要指的是列车控制信息（C3列控业务）；电路域话音业务就是调度移动通信语音（基础语音）业务、高级语音业务。GSM-R除了提供基础语音通话功能外，还具备较高级的语音功能，如：优先级与强拆(eMLPP)、语音组呼(VGCS)、语音广播(VBS)。优先级是指呼叫建立时给呼叫指定一个优先级，该呼叫就以该优先级参与网络资源的调配和竞争；强拆是当网络中目前没有空闲资源可以利用时，具有较高优先级用户就可以抢占那些低优先级用户的信道资源而进行通信。语音组呼是指一个讲话（呼叫的发起人），多人聆听；当发起人停止讲话，某个人需要讲时，需要先进行申请，同意后也可以讲话。语音广播意味着只能由发起人讲话，其他人没有讲话的权力。语音组呼和语音广播可以用于实现调度指挥、紧急通信等功能，主要适用于铁路行车指挥调度系统。电路域业务主要针对于那些对实时性要求较高，又要十分准确地传递信息，具有最高或者较高的优先级的业务。一般用于列车控制，调度语音指挥行车，铁路应急指挥通信等重要的业务。所以采用电路交换数据传输方式，配置固定信道，无法和其他信道共享。以此来保证传输的实时性和准确性。电路交换数据传输系统是通过占用一条话音信道提供端到端的数据传输；建立完成后，每条链路数据独占一个时隙（即一个信道）；数据传输速率最高为9.6kbps。

分组域业务目前，高速铁路GSM-R网所承载的分组域数据业务有无线车次号信息、调度命令、近路预告信息等。分组域数据业务主要针对于那些对实时性要求较低（与电路域业务相比），突发性强，有一定的数据量的业务。采用分组交换技术，可以高效传输数据和信令，只有当传输数据时才占用网络资源。优化了对网络资源和无线资源的利用，同时提高了传输的速率。无线资源中的一个频点即一个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。这些时隙能为用户所共享，且上行链路和下行链路的分配是独立的。可以同时使用8个时隙进行数据传输，最高速率可达171.2kbps（理论值）。说到分组域数据业务，我们就不得不提到一个词—GPRS（通用分组无线业务）。对于GPRS，我们现在常用的手机上网业务，按流量或包月的形式来计费。都是通过GPRS来实现的。我们常用的手机的GPRS模式都是3+2的，即下行3个时隙，上行2个时隙的分配方式。在欧洲GSM-R标准体系中没有将GPRS技术应用到铁路通信中。我国铁路先于欧洲发展基于GSM-R的GPRS业务，是根据我国铁路运输需要对通信业务需求量特别大、但频率资源又十分紧张的现实情况下而进行的技术提升，为提高有限的频率资源利用率而引入的特有功能，其在欧洲是没有的。GSM-R内加入GPRS，把一些特定的铁路业务来通过GPRS进行分组传输，以提高频率的利用率。

GSM-R网络覆盖及配置

以郑西高铁为例，在西安设置2套基站控制器BSC设备、编译码和速率适配单元（TRAU）设备、分别负责管辖A、B层基站（BTS）设备。BSC与基站间按2M/E1环路设计,3－5个BTS环形组网,构成与BSC的链接，这样组网的原理是提高系统的可靠性。原因：1个2M相当于120×16K，则120/8=15载频，这样3-5个基站，每个基站2载频，共6-10个载频，预留一定的余量，比较合理。高速铁路GSM-R系统普遍按照单网交织冗余覆盖的实施方案，即奇数站1、3、5N组成第一层环路保护网，偶数站2、4、6N+1组成另一层环路保护网。当其中一个基站如果因某种事由出现故障时，那么相邻两个小区的覆盖电平还能够正常达到系统规定的性能要求。

作者：符远东单位：中国铁建电气化局集团第二工程有限公司