我國gsm-r系統(tǒng)關鍵技術研究

我國gsm-r系統(tǒng)關鍵技術研究

在中國的發(fā)展中，gsmr系統(tǒng)經(jīng)歷了基礎和應用理論研究、技術決策、工程實踐等階段。在青藏高原、大秦和膠濟線的gsm-r系統(tǒng)工程中，制定了40種gsm-r規(guī)范和標準，完成了gsm-r的建設可行性，建立了卓特網(wǎng)絡，并取得了應用創(chuàng)新的成功經(jīng)驗。目前,青藏、大秦、膠濟線的GSM-R系統(tǒng)進入網(wǎng)絡運營維護階段,京津、武廣、石太、北同蒲等線路的GSM-R系統(tǒng)工程建設,標志著GSM-R進入了工程建設實施階段。1gsm-r系統(tǒng)關鍵技術突破及應用黨的十六大以來,鐵道部圍繞青藏鐵路、大秦重載運輸鐵路、膠濟線提速工程的建設和發(fā)展,根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》,在GSM-R關鍵技術、新設備開發(fā)、鐵路應用、標準制定、工程經(jīng)驗、運營維護、人才培養(yǎng)等方面,取得了一系列突破。1.1車-地間通信技術標準攻關在青藏高原鐵路上首次采用GSM-R替代軌道電路,傳輸增強型列車控制系統(tǒng)(ITCS)數(shù)據(jù),解決了凍土地帶信號傳輸問題,減少了維護工作量;創(chuàng)造性地采用雙交換機、同站址雙基站無線覆蓋方式,使GSM-R網(wǎng)絡達到了可靠性、有效性、可維護性、安全性(RAMS)等技術指標要求;結合青藏鐵路及我國鐵路的實際需要,自主研發(fā)了機車綜合通信設備(CIR)、調(diào)度通信系統(tǒng)、通用分組無線業(yè)務(GPRS)接口服務器(GRIS)等新設備,并率先在青藏鐵路全線實現(xiàn)了調(diào)度通信有線與無線通信業(yè)務的融合,實現(xiàn)了CTC、晃車信息等數(shù)據(jù)的車-地間傳輸;自主研發(fā)了GSM-R場強測試系統(tǒng)、QoS測試系統(tǒng)、GSM-R場強路測儀、PRI接口監(jiān)測系統(tǒng)、Abis接口監(jiān)測系統(tǒng)、A接口監(jiān)測系統(tǒng),為GSM-R網(wǎng)絡運用開通提供了調(diào)試、分析、評估工具,為ITCS與GSM-R互聯(lián)互通提供了分析工具。青藏鐵路GSM-R工程對全路GSM-R網(wǎng)絡的建設具有重要的指導意義,對完善GSM-R技術標準提供了重要的參考依據(jù)。1.2車車同步駕駛系統(tǒng)關鍵技術攻關及創(chuàng)新大秦線是重載運輸專線,山區(qū)多、隧道多、曲線多,最高運行速度80km/h。針對大秦線的技術難點,鐵道部組織北京交通大學、太原鐵路局、大秦鐵路公司、北京全路通信信號研究設計院、北京希電公司、華為公司等單位集中攻關。在GSM-R網(wǎng)絡電路交換業(yè)務的基礎上,自主研發(fā)了機車同步操控地面應用節(jié)點(AN)、車載通信單元(OCU)和管理維護設備,為實現(xiàn)多種編組方式2萬t重載組合列車的機車同步操控提供了可靠的網(wǎng)絡條件;大秦、北同蒲、遷曹線采用同站址雙基站和基站交織兩種無線覆蓋方式混合組網(wǎng),滿足了不同地理環(huán)境的網(wǎng)絡可靠性需求;在機車同步操控系統(tǒng)通信平臺(AN和OCU)的基礎上進行系統(tǒng)功能升級,自主研發(fā)了可控列尾主機和控制盒,實現(xiàn)了1+1+可控列尾編組方式的2萬t重載組合列車,節(jié)省了機車使用數(shù)量,提高了經(jīng)濟效益;開發(fā)研制了GSM-R平面調(diào)車信息傳輸系統(tǒng)設備,并在湖東編組站進行了功能試驗,實現(xiàn)了組呼通話與平面調(diào)車數(shù)據(jù)的同步傳輸,拓展了GSM-R的應用范圍;GSM-R核心網(wǎng)及無線網(wǎng)絡采用國產(chǎn)化設備,自主開發(fā)的Abis接口監(jiān)測系統(tǒng)應用于無線網(wǎng)絡優(yōu)化之中,標志著我國已經(jīng)掌握了GSM-R的核心技術,在GSM-R應用方面已經(jīng)走在了世界前列。大秦線2萬t重載運輸技術不僅使大秦線2006年年運輸量達到了2.5億t,也使我國鐵路重載運輸領域邁進了世界先進行列,同時大秦線具備了進一步發(fā)展的潛力。1.3利用干預,積極開展5gm-r應用創(chuàng)新膠濟線地處我國經(jīng)濟發(fā)達地區(qū),是客貨混運線路,運輸非常繁忙,電磁環(huán)境復雜。圍繞200km/h干線鐵路建設和發(fā)展的需要,鐵道部組織濟南鐵路局、鐵道科學研究院、鐵道第二勘察設計院等單位積極開展GSM-R應用創(chuàng)新,協(xié)調(diào)移動運營商進行GSM電磁環(huán)境清理,克服外界干擾,優(yōu)化GSM-R無線基站分布,創(chuàng)造了在繁忙干線運營GSM-R的新經(jīng)驗。1.4gs-r接口及測試結果互聯(lián)互通是GSM-R網(wǎng)絡建設工程一項十分重要的、不可缺少的工作,分為實驗室環(huán)境下測試和現(xiàn)場適用性驗證兩個階段?；ヂ?lián)互通工作在西門子、華為和北電3個廠家之間展開。涉及到的接口有C,D,G,E,A,Gb,Gr,Gn,L共9個接口。測試項目包括GSM-R基本功能、GSM-R相關業(yè)務、接口健壯性測試3個主要方面。目前,第一階段測試工作已經(jīng)完成,測試案例通過率達到了95%。通過測試,在實驗室驗證了GSM-R技術體制和建設規(guī)劃制定的組網(wǎng)結構是可行的,CTCS-3、ETCS-2、CTC等關鍵業(yè)務在GSM-R網(wǎng)絡上能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通,一個廠家的交換中心可以與不同廠家的無線接入設備實現(xiàn)互聯(lián)互通。1.5列車保障指揮調(diào)度信息GSM-R在我國鐵路的廣泛應用,創(chuàng)造性地開發(fā)了調(diào)度通信、車次號、調(diào)度命令、進路預告信息、機車同步操作控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、ITCS數(shù)據(jù)、列車尾部風壓信息、調(diào)車監(jiān)控信息、平面調(diào)車信息傳輸?shù)纫幌盗蠫SM-R的應用。1.5.1fas通信系統(tǒng)傳統(tǒng)調(diào)度方式以有線調(diào)度、無線列調(diào)獨立作業(yè)為主。在GSM-R通信網(wǎng)絡基礎上,通過與固定用戶接入系統(tǒng)(FAS)互聯(lián)互通,實現(xiàn)了行車調(diào)度員、車站值班員和機車司機之間的“大三角”通信,以及車站值班員、機車司機和運轉車長之間的“小三角”通信。方便靈活地解決了移動固定之間的縫隙,實現(xiàn)了有線無線一體化調(diào)度通信。1.5.2客車同步駕駛業(yè)務采用GSM-R通信網(wǎng)絡提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道,可實現(xiàn)多機車之間的同步操作與控制。GSM-R系統(tǒng)為機車同步操控系統(tǒng)提供承載業(yè)務和補充業(yè)務,實現(xiàn)開機/關機、注冊/注銷、數(shù)據(jù)傳輸、狀態(tài)監(jiān)督、通信鏈路監(jiān)督等功能,不受編組方式、列車長度、機車數(shù)量、列車會車、復雜地形地貌的影響,無線接入,方便靈活。1.5.3無線數(shù)據(jù)傳輸GSM-R通信系統(tǒng)為列車控制系統(tǒng)提供雙向安全數(shù)據(jù)傳輸通道,實現(xiàn)了車地(OBC與RBC)之間雙向無線數(shù)據(jù)的可靠、實時傳輸。車載通信單元采用雙通道無線模塊配置,在無線閉塞中心(RBC)與交換機之間采用冗余配置通道;RBC之間的控制權利移交采用“先連后拆”的軟移交方式;無線數(shù)據(jù)傳輸采用安全處理方式,設置安全認證流程。GSM-R與CTCS-3、ETCS-2、ITCS通過系統(tǒng)集成,能夠達到高可靠性、高有效性、可維護性、高安全性等技術指標。1.5.4鐵路移動信息傳輸我國鐵路率先在GSM-R通信網(wǎng)絡的基礎上發(fā)展通信分組無線業(yè)務(GPRS),實現(xiàn)分組數(shù)據(jù)傳輸,這是鐵路移動信息傳輸?shù)囊粋€重要手段。它突破了傳統(tǒng)單信道無線列調(diào)系統(tǒng)的容量、可靠性等“瓶頸”,能夠可靠、實時、方便靈活地實現(xiàn)無線車次號、調(diào)度命令、列車停穩(wěn)、列車進站預告等信息的傳輸,為提高運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)效率,充分發(fā)揮CTC和TDCS的作用,提供了可靠的移動通信平臺。2中國gsmr系統(tǒng)的應用經(jīng)驗2.1世界鐵路列車控制系統(tǒng)我國鐵路以先進性、成熟性、經(jīng)濟性、適用性、可靠性為原則,在青藏、大秦和膠濟線的工程建設中,采用國際公開的GSM-R技術體制標準,建設和發(fā)展鐵路專用數(shù)字移動通信系統(tǒng),符合國際鐵路技術裝備發(fā)展趨勢,滿足鐵路現(xiàn)代化發(fā)展的需要。GSM-R已經(jīng)成為全球鐵路主流移動通信技術標準,基于無線通信的列車控制系統(tǒng)是世界鐵路列車控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。根據(jù)世界發(fā)達國家鐵路的成功經(jīng)驗,我國在既有線提速工程和客運專線建設上采用國際通用標準,統(tǒng)一制式,建設鐵路專用綜合無線通信網(wǎng)絡,利用GSM-R替代軌道電路的信息傳輸?shù)匚?采用先進的無線通信發(fā)展分散式、多機車同步操作控制系統(tǒng),同時GSM-R與微機聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車控制系統(tǒng)共同構成了新的鐵路運輸指揮控制系統(tǒng)的執(zhí)行層,并與CTC、CTCS-3、ETCS-2、聯(lián)鎖系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展,實現(xiàn)信息共享,資源綜合利用。2.2中國鐵路gsm-r現(xiàn)狀鐵道部直接領導和組織相關單位共同參與制定技術規(guī)范及標準,逐步形成了我國鐵路GSM-R標準編制隊伍,編制標準40項。隨著應用的深入,版本不斷升級。GSM-R技術規(guī)范及標準包括現(xiàn)有的GSM技術規(guī)范以及鐵路應用技術規(guī)范和標準。GSM技術規(guī)范由第三代移動通信合作組織(3GPP)負責。鐵路應用技術規(guī)范和標準由兩個部分組成,第一部分由國際鐵路聯(lián)盟(UIC)下屬的標準化組織(歐洲綜合鐵路增強無線網(wǎng)絡,EIRENE)制定的鐵路通用標準,包括功能需求規(guī)范、系統(tǒng)需求規(guī)范;第二部分為各個國家根據(jù)本國鐵路運輸發(fā)展的實際需要而制定的規(guī)范和標準。我國鐵路運輸特色明顯,經(jīng)過研究確定從功能和性能、工程建設與運營維護角度制定我國鐵路GSM-R規(guī)范和標準,包括綜述、網(wǎng)絡需求(業(yè)務)、網(wǎng)絡配置、移動設備核心規(guī)范、機車臺、通用電臺、運營電臺、調(diào)度臺/值班員設備規(guī)范、編號方案、用戶管理、功能編號、與位置有關的尋址、文本消息、鐵路緊急呼叫、調(diào)車作業(yè)模式、直通模式等方面內(nèi)容。經(jīng)過4年聯(lián)合攻關,結合青藏、大秦和膠濟線的GSM-R建設以及互聯(lián)互通測試工作,共制定了40項標準。其中,綜合類1項(名詞術語),系統(tǒng)類5項(技術體制、編號計劃、智能網(wǎng)、GPRS、FAS),應用業(yè)務類9項(調(diào)度通信、列車無線車次號校核信息傳輸、調(diào)度命令信息傳輸、列車尾部裝置信息傳輸、調(diào)車機車信號傳輸、機車同步操控信息傳輸、列車控制系統(tǒng)信息傳輸、列車停穩(wěn)信息傳輸?shù)?,工程類4項(設計、施工、驗收規(guī)范、測試方法),設備及測試類12項(調(diào)度臺和車站臺、機車臺、手持終端、SIM卡、中繼設備、統(tǒng)一網(wǎng)管等),接口技術要求及測試類9項。2.3打造gsm-r產(chǎn)學研相結合的產(chǎn)業(yè)鏈基礎工程支撐在青藏、大秦、膠濟線GSM-R網(wǎng)絡工程建設中,一方面引進歐洲鐵路GSM-R建設和發(fā)展成果,另一方面借鑒我國移動、聯(lián)通GSM網(wǎng)絡工程建設和實際運營維護經(jīng)驗,始終圍繞高速鐵路、客運專線、重載運輸、高原鐵路、鐵路樞紐等建設和發(fā)展,開展GSM-R基礎和應用理論、關鍵技術和設備、系統(tǒng)集成、工程建設、運營維護等研究和創(chuàng)新,充分調(diào)動規(guī)劃管理、科學研究、生產(chǎn)制造、工程設計、工程施工、工程驗收、運營維護等各部門的積極性,走出了一條產(chǎn)學研相結合的道路,為全路GSM-R網(wǎng)絡工程建設提供理論研究和技術支撐。3打造5gs-r關鍵技術研究平臺我國鐵路在GSM-R的引進消化吸收再創(chuàng)新方面開展了大量工作,使我國鐵路在這一領域基本與發(fā)達國家保持在同一水平,而且在部分方面處于世界領先水平。我國GSM-R建設和發(fā)展任重道遠,客運專線建設進入重要時期,預計在“十一五”末,GSM-R領域?qū)⑷〉靡韵铝鶄€方面的重要進展。(1)根據(jù)高速鐵路和客運專線建設發(fā)展的需要,開展在高速運營條件下GSM-R基礎理論和關鍵技術的研究,使我國在無線分層覆蓋理論及組網(wǎng)模型、高速抗失真算法、電路數(shù)據(jù)傳輸可靠性、分組數(shù)據(jù)傳輸適應性及服務質(zhì)量等核心技術方面實現(xiàn)突破,并形成自主知識產(chǎn)權。(2)在CTCS-3、CTCS-4、ETCS-2、ITCS系統(tǒng)及機車同步操控系統(tǒng)建設和發(fā)展中,重點在RBC通信設備、車載通信設備、地面應用節(jié)點、基站交織覆蓋、QoS測量及評估、接口監(jiān)測、綜合網(wǎng)管等方面開展GSM-R應用理論及關鍵技術的研究,實現(xiàn)技術突破并形成自主知識產(chǎn)權。(3)圍繞鐵路移動信息化建設和發(fā)展,開展GSM-R電路交換、分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務和話音業(yè)務的綜合利用研究。通過開發(fā)各種應用網(wǎng)關,實現(xiàn)與鐵路內(nèi)部各信息網(wǎng)絡互聯(lián)互通,為機務、車輛、電力、工務、電務、運輸?shù)炔块T的移動設施與固定設施之間實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)傳輸提供傳輸通道,為移動設施的狀態(tài)檢測信息提供承載服務,利用GSM-R網(wǎng)絡,開展沿途旅客移動售票服務。(4)在移動終端應用與普及方面,實現(xiàn)終端技術的重大突破和手持機的國產(chǎn)化。目前,GSM-R核心網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、智能網(wǎng)設備、光纖直放站、調(diào)度通信設備、SIM卡、測量及監(jiān)測設備、GRIS等都已實現(xiàn)國產(chǎn)化,但無線模塊和手持機的國產(chǎn)化進度還比較緩慢,正在成為建設和進一步發(fā)展應用業(yè)務的“瓶頸”。未來幾年,還需要加大研發(fā)力度,引進消化和自主創(chuàng)新相結合,在射頻芯片、基帶芯片、MMI等方面形成技術突破,實現(xiàn)關鍵技術的國產(chǎn)化。(5)結合GSM-R運營維護,開展無線網(wǎng)絡優(yōu)化理論、測量方法、智能監(jiān)測和維護技術的研究和應用。無線網(wǎng)絡優(yōu)化是運營維護的一項主要工作,尤其是為列車控制系統(tǒng)和機車同步操控系統(tǒng)提供承載業(yè)務的線路,無線網(wǎng)絡優(yōu)化也是一項長期的工作,是在生命周期之內(nèi)GSM-R網(wǎng)絡安全運行、高效服務的保障措施,是從故障維護轉變到狀態(tài)維護進而實現(xiàn)故障提前預報告警的關鍵技術。借鑒運營商和國外高速、普速鐵路GSM-R網(wǎng)絡的維護經(jīng)驗,快速提升我國鐵路GSM-R維護技術,實現(xiàn)網(wǎng)絡維護科學化、故障響應實時化、網(wǎng)絡優(yōu)化效果矢量化、維護手段現(xiàn)代化是近期重要工作內(nèi)容之一。(6)針對大型鐵路樞紐站及編組站,開展GSM-R綜合業(yè)務應用理論及關鍵技術研究。由于頻率資源的限制和應用復雜,樞紐地區(qū)一直是鐵路無線通信發(fā)展的“瓶頸”。GSM-R是一種蜂窩無線通信系統(tǒng),通過采用微蜂窩覆蓋和無線分層技術,支持數(shù)話同傳,滿足同一作業(yè)組內(nèi)語音組呼和點對多點的數(shù)據(jù)傳輸,從而在編組站、集裝箱節(jié)點站、大型客站開展GSM-R的應用,實現(xiàn)技術突破。4打造5gs-r工程網(wǎng)絡GSM-R技術是在GSM技術基礎上發(fā)展起來的,從理論、技術、產(chǎn)品、工程、市場、運營維