作者：庞高荣 张树凯
出版社：中国铁道出版社
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高速铁路GSM-R通信系统试读：
前言
我国铁路建设是国家中长期发展战略的需要。国家中长期综合交通发展规划纲要提出，到2020年全国铁路营业里程达到12万km以上，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率分别达到60％和70％以上，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平；国家中长期科技发展规划纲要已将“高速轨道交通系统”、“高效运输技术与装备”、“高速运输安全与应急保障”列为交通运输领域的优先发展主题；铁路科技发展“十一五”规划和国家中长期铁路网发展规划纲要已将高速列车、高速行车控制技术、高速铁路安全监控系统列为重点研发内容；2008年科技部、铁道部启动《中国高速列车自动创新联合行动计划》研制时速350km以上的高速动车组和基于GSM-R（Global Systemfor Mobile Communications for Railway，全球铁路数字移动通信系统）的列车运行控制系统CTCS-3（Chinese Train Control System 3）。
铁道部已经将GSM-R作为一项重要的技术装备政策，相继在青藏线、大秦线和胶济线进行GSM-R网络的建设与试验，并且取得了很大的成功；同时武广高铁客运专线的开通，以及沪杭、宜万、包西、京沪等高铁陆续建设，使GSM-R在高速铁路中的地位越来越重。基于这种情况，中国铁道出版社出版了这套关于高速铁路系列教材，本书就是这套教材之一。
本书对于通信、信号及铁路相关专业的学生都可学习和借鉴，由于通信专业学过移动通信技术，因此理解起来相对容易；而对非通信专业来说，鉴于书中各章都具有一定的独立性，可视具体情况节选，不会影响教学的完整性。
本书在编写过程中力求简单、全面地阐述GSM-R的基本原理、网络组成及应用，方便各层学生熟悉GSM-R并为日后求职和工作做好铺垫。
本书由湖南高速铁路职业技术学院庞高荣和张树凯主编，广州通信段欧阳红主审。具体编写分工如下：庞高荣编写第1～4章，张树凯编写第5章。在本书的编写过程中得到了学院很多教师的帮助——特别是段智文老师，在此一并表示感谢。
由于编者水平有限、时间仓促，书中难免存在不足和错误之处，请读者批评指正。
编 者2011年4月1GSM-R的发展现状
近年来我国铁路得到了大规模的发展，重载运输、电气化改造、既有线提速、青藏线、武广高铁的开通等一系列的技术进步，推动了铁路通信信号的发展。预计到2020年，全国铁路营业里程达到12万km以上，在这样庞大的铁路交通运输网中，要想大幅度提高铁路复线率、电气化率、自动闭塞比重，实现主要繁忙干线客货分线运输，只能选择一种新的铁路数字移动通信技术。铁路提速和客运专线网络化、智能化、综合化的行车调度指挥系统更需要高度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系统，以及透明、双向、大容量的车-地安全和调度指挥的信息传输通道。
既有线提速、客运专线、青藏线建设和高速铁路研究，对通信信号技术的发展提供了新的发展机遇。我国铁路发展移动通信网络的总体目标是建立语音数据综合业务的移动通信系统平台，形成现代化的调度通信、公务移动、信息传输、列车控制一体化的通信系统，并向社会实时提供铁路客货运及其他服务的信息。铁路综合数字移动通信网络的形成是一项十分艰巨、需要持续发展的系统工程，与铁路运输组织、控制、生产、安全密切相关。它应该充分考虑世界移动通信技术的发展方向特别是第三代移动通信技术，以及世界铁路市场规律和运输技术装备趋势，结合铁路运输的具体情况进行开发，形成一张覆盖铁路干线的巨大网络，以达到为铁路运输提供高质量服务的目的。
本章通过简要介绍GSM-R的发展状况，从全新的角度探讨发展GSM-R，形成铁路专用综合数字移动通信的必要性、发展模式，同时介绍目前发达国家的最新进展，以开拓人们的视野。1.1铁路无线通信的发展
1.1.1 我国铁路既有无线通信的现状
我国铁路目前已经形成了7万多公里的规模，成为国民经济的支柱产业和交通的命脉。铁路移动通信从20世纪60年代开始，设备不断发展，制式不断完善。在无线列调、平面调车、区间移动、单信道对讲机、道口无线、DMIS无线车次号传输、尾部风压无线传输、红外轴温无线传输等方面都有较大的发展。至今已形成全路全网的规模，成为保障铁路运输安全生产的重要手段。
1.无线列车调度电话
目前，我国铁路无线列车调度电话系统作为行车“三大件”之一，对提高运输效率、保证行车安全有着重要作用。根据我国铁路运输的特点，参考UIC751标准开发主要有A、B、C三种制式，为450MHz或150MHz的单工或双工通信系统，在全国铁路沿线的场强覆盖已经达到93％以上，能够完成列车调度员、车站值班员与进入其管辖区段内的列车司机、车长进行通话。无线列调从20世纪60年代起，经历了TW8C/D、TW12、TW42三代产品。
除了上述的几种铁标规定的标准无线列调制式设备，各设备生产厂家还根据现场的实际需要开发出一些新的满足铁路生产需要的无线产品，在功能上有许多扩展，也承载了许多新业务，包括：机车出入库检修电台、场强自动测试电台、400M+400K感应电台、区间互控式遥控电台、具有数话同传功能的无线列调电台等无线列调产品，列车无线防护报警系统、监护道口无线报警系统、DMIS无线车次号传输、列车尾部风压无线传输等。
2.站场无线列调系统及各种单工通信系统
除了无线列调系统之外，在铁路的区段站、编组站还存在着包括平面调车等站场无线通信系统，另外还有许多部门单位投资建设的各种独立的单工通信系统也广为使用。
平面无线调车系统解决峰头、峰尾之间编组场内的调车问题，以铁路调车标准为依据，提供了包括调车区长台、机车台、手持台的平面调车系统，不仅提供了语音通话功能，而且提供了包括信令传输、灯光显示、语音提示等一系列符合现场使用要求的专用功能，满足了调车指挥的需要，在全路得到了广泛的采用。
3.各种独立单工通信系统
为了满足其他工种的作业通信要求和车站内部指挥的需要，在站场内及铁路沿线还存在大量由部门单位自行投资建设的各种独立的单工通信系统，如工务、公安、电力、水电、电务维修、列检、施工等。这部分系统均以同频或异频单工通信方式为主，独立使用，缺少统一的规划和集中管理，但同时又是不可缺少的部分。
4.集群移动通信系统
为加速铁路专用移动通信的发展，从1991年起我国铁路积极研究开发集群移动通信系统在铁路上的应用，安装了多套800MHz单基站模拟集群移动通信系统进行试用，并在柳州至南宁铁路区段建设模拟集群移动通信系统试验线，主要开展话音业务。集群移动通信系统是多信道综合业务无线移动通信系统，可以为行车调度、客货站场调度指挥、公安保卫、施工维修等运输生产部门提供移动通信手段。
我国铁路从20世纪80年代末不断地研究和探索满足铁路运输需要的无线通信功能，既有无线列车调度通信制式经历了四十多年的运营，其他无线通信手段也基本是模拟制式。我国铁路正在朝高速铁路、客运专线方向发展，既有无线通信提供的业务和功能与现代铁路运输需要之间的差距在不断扩大，这种差距主要体现在以下方面：（1）模拟无线列调单信道制式严重制约铁路应用，枢纽地区同频干扰严重、信道接入困难已经开始妨碍使用；（2）铁路移动数据通信业务日益增多，无线车次号传输、尾部风压无线传输等等都叠加在无线列调之上，造成本已紧张的无线列调信道更是不堪重负；（3）铁路工种繁多，各部门无线移动通信自成体系，不能互联互通；（4）模拟无线列调不能满足新一代基于通信的列车控制系统（CBTC）对车/地传输通道的要求；（5）单信道无线列调不能满足客运专线和高速铁路等现代铁路运输的信息化和旅客服务对车-地间传输提出的更高要求。
因此，现代铁路运输呼吁着一种崭新的移动通信制式。
1.1.2 现代铁路运输对无线通信的要求
1.铁路信息化的要求
满足以旅客为主体的移动信息服务系统的需要，包括车上订票服务、电子移动商务、旅客移动增值服务等；满足铁路路网移动体（机车、车辆、集装箱等）实时动态跟踪信息传输的需要，为开展实时网上信息查询和各种管理信息息统提供移动传输通道。
2.调度指挥和安全生产的要求
作为无线列调的更新换代产品，同时能够满足区间公务移动、紧急救援、调车编组作业、站场无线等移动话音通信的需要；满足DMIS无线车次号传输、列车尾部风压、机车状态信息、车辆轴温监测、线桥隧道监护、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要；满足以移动列车为主体的安全信息分发与预告警系统的需要，确保沿铁路线的施工、轨道养护、平交道口与车辆、车站等人员和设备的安全，减少事故。
3.青藏、高速、客运专线的要求
青藏铁路需要建设接近连续式的无线机车信号；铁路提速、高速和客运专线网络化、智能化、综合化的行车调度指挥系统需要高度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系统，以及透明、双向、大容量的车/地信息传输通道。
4.技术发展的要求
我国铁路移动通信从无到有，从模拟到数字，从单一业务到多业务再到综合业务，这一方面是铁路运输发展的需要，也是技术进步的趋势。IT业在过去20年突飞猛进，表现在：微电子技术从微米向纳米技术过渡；交换网络已程控化，从单一业务向智能多业务交换发展；骨干传输网朝着全光网络方向发展；接入网出现三网融合（计算机、通信、广播）；蜂窝公众移动通信已经完成从模拟到数字的过渡，朝着宽带多媒体发展；无线局域网朝着广带数据业务发展；计算机网络IP化，移动IP和移动计算成为电子商务的关键技术。IT业的这些技术进步必将推动铁路综合数字移动通信网络的发展。
1.1.3 铁路综合数字移动通信网络在信息化中的地位
1995年铁道部科技大会上指出铁路的发展最终取决于现代化，而铁路信息化是铁路现代化的主要标志。1999年4月铁路运输信息工作会议进一步指出了全路信息化建设的重要性，统一了进行铁路信息化建设的认识。铁路信息化是指在统一规划及有序组织下，充分利用国内外先进的信息技术与网络资源，深入开发、运用各种信息资源及信息系统，逐步实现铁路市场经营、运输生产、社会服务、运行维护和管理决策等方面的现代化。将信息技术广泛应用于铁路生产经营的各项活动中，可以改造传统产业，提高铁路运输生产率与竞争力。
信息化的关键是共享、使用、综合。铁路信息化体系由六大系统组成，它们是：业务管理信息系统、过程控制与安全保障系统、办公信息系统、社会化信息服务系统、决策支持与综合应用系统、通信网络系统，其中通信网络系统又分为固定通信网络和移动通信网络两大部分，如图1.1，图1.2中所示。各系统在信息化体系中处于不同的层次并相互作用、相互支撑，构成了紧密相连的有机整体。作为我国铁路信息化的基础结构，通信网络系统是其他五个系统进行系统传输与共享的根基，是铁路信息化建设和铁路现代化发展的关键因素，在铁路信息化建设中占有举足轻重的地位，达不到基本的通信要求，信息化只能是空谈。因此，在新的形势下，如何根据我国铁路的实际情况，融合世界先进通信与网络技术，快速而又高效地建设与形成我国铁路通信网络，对于加快铁路信息化建设步伐，促进铁路现代化发展，提高铁路的竞争能力，更好地为社会提供运输服务都具有非常重要的意义。
而作为铁路通信网络的重要组成部分，移动通信网必须满足铁路运输主业和路内各种需求服务，同时也要为广大旅客和职工提供服务。它的建设也必将奠定良好的网络基础和带来新的发展契机，带动铁路信息化进程，并大大提高铁路信息化水平。随着IT技术和当代铁路的发展，铁路通信信号技术发生了重大变化，铁路通信信号技术相互融合，行车调度指挥自动化等技术，冲破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，车站、区间一体化，机电一体化，运输调度指挥和列车控制一体化，推动了铁路运输调度指挥朝着数字化、智能化、网络化和综合化的方向发展。
我国铁路将通过综合数字调度移动通信网络的建设，实现铁路各种移动信息资源采集、传输，为现代化调度、指挥、控制提供通信平台。铁路各级生产和管理人员通过综合数字调度移动通信网络共享全路范围内生产和管理领域的信息，并且向社会实时提供铁路客货运及其服务信息。
图1.1 铁路信息化体系层次图
图1.2 铁路信息化体系结构图
1.1.4 GSM-R的功能
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、其他调度及专用通信、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
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]