GSM-R无线通信网研究

Ｔ　６Ｙ　Ｒ＆Ｄ　

ＧＳＭ－Ｒ无线通信网研究　

孙国良　

（北京铁路局北京通信段北京北通信车间，北京　１　０００７１）　

摘　要　近年来，随着我国铁路运输业的快速发展，推动了与之相关技术领域的进步和完善，各种先进技术在铁路中　

的应用，为铁路安全运营提供了有效保障。ＧＳＭ－Ｒ无线通信网是专门为铁路运营而设计的通信网络，它的应用进一步　

提高了铁路运输的安全性和稳定性。基于此点，本文首先分析了ＧＳＭ－Ｒ无线通信网的组成及优势，并在此基础上对　

ＧＳＭ—Ｒ无线通信网冗余覆盖方案及网络优化进行研究。　关键词铁路；ＧＳＭ—Ｒ；网络优化　

中图分类号：Ｕ２８５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１－７５９７（２０１　３）２４—００５６一Ｏ１　

１　ＧＳＭ—Ｒ无线通信网的组成及优势分析　

１．１　ＧＳＭ－Ｒ无线通信网涵义　

ＧＳＭ～Ｒ的中文全称为铁路移动通信系统，是一种以公共无　线通信系统ＧＳＭ为平台，专门满足铁路运营所开发设计的数字　

化无线通信系统。ＧＳＭ—Ｒ可将铁路列车的自动控制信息传输与　

调度通信纳入到无线通信平台，有利于实现铁路通信信号一体　

化管理。ＧＳＭ—Ｒ作为列车自动控制系统和信号系统的传输平台，　能够满足列车运行时速不超过５００千米的无线通信要求，同时　

具备较强的安全性能。　

１．２　ＧＳＭ－Ｒ无线通信网的组成　

ＧＳＭ—Ｒ无线通信网主要由基站、交换机、无线通信设备、手　

机等设施设备组成。交换机是ＧＳＭ—Ｒ的核心部分，不论是主ＣＰＵ　

处理器还是功能模块中的ＣＰＵ处理器都是双备份配置，增加了　系统硬件结构的可靠性；基站能够沿铁路线覆盖，即使在自然　

环境恶劣、无人值班的条件下也能正常运行；适用于ＧＳＭ—Ｒ网　

络的手机与普通手机类似，只不过在语音通话功能的基础上增　加了专用的调度通信功能，可以实现图像和数据信息的无线　

传输。　

１．３　ＧｓＭ—Ｒ无线通信网的应用优势　

１）实现对列车运行的全程监控。ＧＳＭ—Ｒ系统结合ＧＰＳ卫星　

定位系统、机车车载计算机能够实现对列车控制信息的实时传　

送，利用卫星定位、电子地图等先进技术实时监控列车的运行　位置和状态，以确保列车运行安全。同时，ＧＳＭ—Ｒ系统作为铁　

路专用的调度通信系统，能够满足调度通信安全性、封闭性、　

实时性的要求。　

２）提高通信系统的可靠性。由于ＧＳＭ—Ｒ系统采用的是小区　

规划和独特算法，从而使其避免了高速所引起的信号失真问题。　此外，ＧＳＭ—Ｒ系统采取了双备份模式，使得两套信号控制系统　

可以重叠、交错运行，即使一套系统出现故障，另一套系统也　

会保持通信正常。　

２　ＧＳＭ—Ｒ无线通信网冗余覆盖方案及网络优化研究　

２．１　ＧＳＭ—Ｒ无线子系统冗余覆盖　

由于高铁的ＧＳＭ—Ｒ需要为列车控制系统提供相应的电路数　据信息，所以系统的可靠性至关重要，而无线部分则是整个系　

统可靠性的关键。为此，可以通过引入冗余来提高系统的可用度。　从防止设备发生单点故障的角度上讲，在对ＧＳＭ—Ｒ无线网进行　

设计时应当充分考虑以下情况：其一，若是有源通信设备因故　障瘫痪，则会导致ＧＳＭ—Ｒ系统服务中断，所以应当充分考虑故　

障发生后的备用手段，并且还应在最短的时间内使其恢复正常　运行。由于沿线上存在很多维护不方便的设备，如基站、电源　

设备等等，故此可设计为自动恢复到备用工作方式；其二，对　

于漏缆等无源设备，应当在设计中完善对其的监测，当这些设　

备出现性能劣化时，应当自动告警，这样便于及时维修；其三，　

机房、铁塔等基础设施一旦损坏，将会直接造成ＧＳＭ—Ｒ系统的　服务中断。为此，在选择站址时，应当尽可能避开容易发生自　

燃灾害的区域，同时还应预留一定的余量，防雷接地系统必须　

可靠，并加强对基础设施的监测维护。　

由于ＧＳ￣Ｉ　Ｒ无线子系统是系统当中最为薄弱的环节，针对　

上述情况，可采用以下３种冗余覆盖方式。　

１）单层交织。该方式具体是指相邻的两个基站场强相互覆　

盖至相邻基站的所在地。从本质上讲，这种方式相当于给基站　加密，可以在正常通信时有效提高切换门限电平，从而确保当　

某个基站出现故障时，ＧＳＭ—Ｒ网络仍然可以正常工作。　

２）同站址双层覆盖。具体是指在同一个站址内设置两台完　

全独立的基站，并分别接入不同的基站控制器。设置时可以让　

双层一同承担所有的业务，也可以设置成一套主用，另一套备用，　

通信过程则可锁定在一层网络中执行，当某一个基站控制器出　现故障时，这种方式也能确保ＧＳＭ—Ｒ网络正常工作。　

３）双层交织。具体是指设置两套独立交织的无线网络，并　

且无线子系统也完全独立，两层网络可以共同承担所有的业务，　

也可由其中一层承担所有的业务，这样可以确保某个基站出现　

故障时，ＧＳＭ—Ｒ网络仍能正常工作。　

从技术经济性的角度讲，上述３种冗余覆盖方式各具优缺点，　实际工程中，可以按照列车控制方式、线路自然状态、列车时　

速以及对业务安全性的需求等方面进行综合考虑，进而选出最　

合适的方案。　

２．２　ＧＳＭ－Ｒ无线网络优化　

优化ＧＳＭ—Ｒ无线网的最终目的是为了确保通信系统的整体　

运营质量，具体优化过程如下。　

１）监测调查。该环节主要是对优化对象进行监测，具体内　

容如下：确定监测目标和监测范围、对网络性能报表进行调查、　

确定优化目标；利用计数器测出观测周期及统计报表。　２）数据采集与分析。具体包括以下数据：网元管理系统统　

计数据、ＧＳＭ—Ｒ接口数据、干扰信息、ＤＴ数据等等。数据分析　

可从以下几个方面着手：干扰源、掉话率、无线接通率、切换　

失败率。　

３）制定优化方案。ＧＳＭ—Ｒ系统需要进行优化调整的内容如　

“（下转第５９页）“　２０１３年第２４期总第１４４期　

Ｓ－Ｌ－Ｃ０Ｎ　ＶＡＬＬＥＹ　画　

３缓冲器试验结果和结论　

为满足某企业的需求，缓冲器的性能参数，冲击质量３　ｋｇ，　

缓冲速度５０　ｍ／ｓ，缓冲行程不大于１５０　ｍｍ。　

在缓冲方案的处理上，采用活塞杆两端的直径相同，总的　

缓冲力简化为只与阻尼孔产生的力和摩擦力有关；缓冲器内采　

用４６号液压油。减小油的粘度，使缓冲力减小，以提高高速缓　冲的效果。　经过产品设计装配后，对缓冲器的性能进行了测试，测试　

内容为缓冲器的静态载荷曲线（见图３）和动态载荷曲线（见　

图４）。　

通过试验数据，可以得到以下结论。　

１）静态作用下，作用在缓冲器上的缓冲力为活塞和液压缸　

之间、活塞杆和活塞固定端的摩擦力。　

２）物体在３　ｍ／ｓ和５　ｍ／ｓ时，缓冲力基本符合公式２的计　

算规律，说明在较小的相近速度下，泄流孔系数是基本不变的。　

３）在速度高１４　ｍ／ｓ的缓冲力与５　ｍ／ｓ的缓冲力不成对应　的比例，说明在高速缓冲时，泄流孔系数急剧增大，导致缓冲　

力变小。　

４）试验设施能力不足，无法对５０　ｍ／ｓ的工件试验，但是　

可以推断设计基本符合要求。　

参考文献　

［１】白鹏英，乔军．双级气缸式弹射装置内弹道分析［Ｊ］．现代防　

御技术，２００７，３５（４）：４４—４９．　

［２】盛世超．液压流体力学　．北京：机械工业出版社，１９８１．　

［３］李明智．新型液气缓冲器的设计及分析［Ｄ］．大连：大连海事　大学，２Ｏ１　０．　［４】章宏甲，周俊邦．金属切削机床液压传动［Ｍ］．南京：江苏工　

业出版社，１９８０．　

ｆｆ（上接第６ｏ页）竹　

安全。通常来说，变电站的电源都是经过两台站变输入到交流　

屏内，然后再为变电站的控制以及保护回路供给相应的电力。　

４结束语　

变电站的防雷保护是一个复杂的工程，不仅需要大量的人　

力物力，还需要制定科学合理的措施。要保证变电站能够正常　

的运行与供电，不仅要做好初期的设计工作，而且在后期的运　

行过程中也要做好检测与维护工作。　

参考文献　

［１】王大鹏，刘霞．谈对变电站防雷接地的认识［Ｊ］．建设监理　

２００９（４）：１２９－１　３１．　［２］张业峰．变电站建设一次电气问题的探讨［Ｊ］．中国西部科　

＂（上接第５６页）ｆｆ　

下：提高交换机的处理性能、增大容量、对信道数进行优化调整、　

对基站和天线位置进行变更、对参数和频率进行优化设置等等。　

需要注意的是，在优化过程中，应当结合实际情况随时对优化　

方案进行适当调整，以此来确保能够达到最佳的优化效果。　

３结论　

总而言之，在铁路运营中，ＧＳＭ－Ｒ无线通信网的应用大幅　

度提高了列车的安全性，有效避免了各类问题的发生。在未来　

一段时期，应当不断对ＧＳＭ—Ｒ无线通信网各方面性能进行完善，　１０　，　

９　７　６　５　

４　嚷３　抻　２　图３缓冲器静态载荷曲线　

＼　

篓！＿　

０　３０　６Ｏ　１２０　１５Ｏ　１８０　缓冲干ｆ摆ｆ一　图４缓冲器动态载荷曲线　［５】日本液压气动协会．液压气动手册［Ｍ］．北京：机械工业出版　

社，１９８４．　

作者简介　

王晓东（１９６４一），男，辽宁岫岩人，副教授，大学本科，　

硕士学位，研究方向：机械电子工程。　

技，２Ｏ１　０（２６）：９８．　

［３］邱松．１１０　ｋＶ变电站接地系统设计及施工问题的探讨［Ｊ］．中　

国科技信息，２００９（２０）：１２１－１２２．　［４】付龙海．青藏铁路输变电系统防雷及接地技术的研究［Ｄ】．西　南交通大学，２００７．　［５］李静．变电站安全运行监控系统研究［Ｄ］．华中科技大学，　

２０Ｏ５．　［６】江日洪．变电站防雷保护及应用实例［Ｍ】．北京：中国电力出　

版社，２００５：３４－５８．　

使其作用得以最大程度地发挥，为铁路安全运营提供可靠保障。　

参考文献　

［１］何文娟．列车运行控制系统中ＧＳＭ－Ｒ无线通信的应用研究［Ｊ］．　电信工程技术与标准化，２０１０（１２）．　［２］石杰．高速环境下ＧＳＭ—Ｒ网络电路域数据传输分析及改善策略　

研究［Ｄ】．北京交通大学，２０１　０．　

［３］王丽珍．浅谈ＧＳＭ－Ｒ技术在中国铁路通信系统中的应用［Ｊ】．郑　

铁科技通讯，２００８（１２）．