摘要：分析GSM-R數字移動通信網絡建設的必要性，探討基于客運專線列控系統對GSM-R的業務、網絡服務質量、網絡設計及網絡無線覆蓋等要求下的設計與建設。
　　
　　關鍵詞：GSM-R網絡、CTCS
　　
　　CTCS（ChineseTrainControlSystem）中國列車運行控制系統，是軌道交通系統的神經中樞，它以分級的形式滿足不同線路運輸需求，保證列車運行安全、有序、高效。GSM-R（GSMforRailways）系統是專門為鐵路通信設計的綜合專用數字移動通信系統。主要提供無線列調、編組調車通信、區段養護維修作業通信、應急通信、隧道通信等語音通信功能，可為列車自動控制與檢測信息提供數據傳輸通道，并可提供列車自動尋址和旅客服務。
　　為了滿足客運專線調度集中、列車控制、旅客列車移動信息的接人服務和動車段采集列車多種信息等大量車一地之間的雙向信息傳輸的需求，發展GSM-R被確定為我國鐵路的技術政策。基于GSM-R網絡的無線機車信號有如下優點：⑴信息雙向傳輸，有信號回示；⑵岔區信號連續顯示；⑶數字信號傳輸，抗干擾能力強；⑷數據直接取自于聯鎖，不存在車站電碼問題；⑸車載圖形化顯示，語音提示無須司機問路；⑹采用自律輪詢控制方式，應變時間短；⑺便于與CTC，GPS等系統連接，構成新型列控系統。
　　CTCS的體系結構按鐵路運輸管理層、網絡傳輸層、地面設備層和車載設備層配置。CTCS分為CTCS0~CTCS4五級，隨著客運專線的建設和高速鐵路研究，CTCS3級列控系統成為300km/h及以上高速動車組的主用列控系統，滿足驗收速度350km/h，且最小追蹤間隔3分鐘的要求。CTC3級列控系統是基于GSM-R無線通信實現車地信息雙向傳輸，無線閉塞中心（RBC）生成行車許可，同時具備CTCS2級功能的列車運行控制系統。CTCS3級列控系統車載設備采用目標距離連續速度控制模式、設備制動優先的方式監控列車安全運行。
　　CTCS3在CTCS2基礎上，通過集成，地面增加無線閉塞中心RBC，車載ATP增加CTCS2和無線接收模塊。CTCS3級列控系統主要包括3部分：地面子系統、車載子系統和GSM-R網絡。另外，還有一些外部接口，如列車、聯鎖設備、調度集中設備和動態監測等接口。系統行車指令由無線閉塞中心(RBC)通過GSM-R網絡發送給列車，車載ATP設備按接收到的移動授權及動車組數據，生成控制速度和目標距離控制曲線，控制列車安全運行。軌道占用由軌道電路檢測，里程確認通過應答器完成。
　　客運專線列控系統對GSM-R的要求：
　　一、對GSM-R業務的要求
　　(1)數據業務。是指在GSM-R網絡上，從車載側IGSM-R接口到地面側IFIX接口的數據接入和傳輸。CTCS3級列控系統需要GSM-R網絡提供的數據承載業務具有5個特性：電路交換異步透明數據傳輸；GSM-R網絡應支持多種速率數據傳輸，包括2.4、4.8、9.6kb/s，其中4.8kb/s異步透明數據傳輸是承載CTCS3級列控業務的首選方式；非限制數字信息(UDI)；全速率無線信道；只支持數據傳輸，不支持話音/數據交替傳輸。
　　(2)補充業務。補充業務是對基本業務的修改和補充。需要GSM-R網絡提供的補充業務包括：增強多優先級與強拆，CTCS3級列控業務的優先級為1級；主叫號碼識別顯示(可選)；被叫號碼識別顯示可選)；用戶到用戶信令1(可選)。需要GSM-R網絡支持的補充業務包括多優先級與強拆，CTCS3級列控業務的優先級為1級。
　　二、對GSM-R網絡服務質量的要求
　　GSM-R網絡應支持列車高速運行時車到地和地到車的透明數據通信。因此，列控數據傳輸對網絡服務質量(QoS)提出較高要求。
　　(1)網絡注冊時延。GSM-R網絡注冊時延應滿足：≤30s(95％)，≤35s(99％)；GSM-R網絡注冊時延>40S時，被認定為注冊失敗。
　　(2)連接建立時延。連接建立時延是指連接請求方從發起連接請求到收到連接已成功建立的指示之間的時間間隔。移動用戶主叫的連接建立時延應滿足：<8.5S(95％)，≤10S(100％)；連接建立時延>10S，則認為連接建立失敗。同時，因GSM-R網絡存在連接建立失敗率，嘗試建立安全連接的次數為3次，這樣連接建立時延為30秒。
　　(3)用戶數據幀傳送時延。用戶數據幀傳送時延是指用戶數據幀發起傳送請求到該用戶數據幀成功傳送之間的時問間隔。用戶數據幀是指測試數據幀，長度為30Byte。用戶數據幀(30Byte)傳送時延應滿足：≤0.5S(99％)。根據《CTCS3級列控系統運營場景》，車載設備和RBC數據交換時延最大按20秒考慮。
　　(4)鏈路斷開(失效)概率。鏈路斷開(失效)概率是指在累積的連接保持時間內非主動釋放的累積次數。連接建立失敗概率<10時，鏈路斷開(失效)概率應<0.1/h。
　　(5)傳輸干擾。當接收到30Byte用戶數據幀與發送的用戶數據幀存在部分或完全偏離，則發生傳輸干擾。整個數據塊的時間將作為一次傳輸干擾處理。傳輸干擾時間TTI應滿足：<0.8s(95%)，<1s(99%)。傳輸無差錯時間（傳輸恢復時間）TREC應滿足：>20s(95%)，>7s(99%)。
　　三、對GSM-R網絡設計的要求
　　MSC與RBC之間的連接方式應綜合考慮RBC設置地點、管轄區域、MSC設置地點和管轄區域等因素，合理選擇，盡可能提高系統的可靠性。RBC應與其管轄范圍相應的MSC相連，當RBC管界跨2個相鄰MSC時，應同時連接2個MSC。MSC與RBC之間采用ISDNPRI接口(2Mb/s)，信令規程采用DSS1信令方式。MSC至RBC的PRI接口應根據RBC需求進行配置，接口冗余由RBC考慮。RBC應盡可能連接到MSC的不同外圍接口單元上，從而保證某個外圍接口單元故障時，RBC仍能通過其他外圍接口單元與MSC連接。對于CTCS3級列控系統，連接到RBC的每個車載設備占用一個無線信道。在進行GSM-R網絡容量規劃時，需要特殊考慮樞紐和大站區域，保證CTCS3級列控業務應用。
　　四、對GSM-R網絡無線覆蓋的要求
　　GSM-R網絡無線覆蓋指標應滿足在95％統計概率下，對于8W的列控機車臺，在增益為0dBm的機車車頂天線處的最小接收電平不低于-92dBm。該電平值考慮了最大3dBm機車臺饋線損耗和3dBm設備老化余量。在滿足設計要求的前提下，GSM-R網絡設計應采取措施盡量控制越區切換發生的頻率(如控制基站間距等)，以避免頻繁越區切換對列控數據傳輸造成影響。目前時速在300km/h以上的京津線和京滬線均采用雙MSC，異站址交織雙層無線覆蓋。全線配置雙套核心網設備（包括MSC，IN，SGSN等）和雙套無線網絡設備（包括BSC，BTS等），兩套基站采用異站址交織雙層網絡覆蓋，基站采用環形連接。為列控數據傳輸提供可靠和安全的服務。在RBC切換區域，列控數據傳輸密集，GSM-R切換區應盡量避免與該區域重合，減少數據重傳帶來的時延或切換失敗引起的通信中斷。

 1/2    1 2 下一頁 尾頁