摘要：分析GSM-R數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必要性，探討基于客運(yùn)專線列控系統(tǒng)對(duì)GSM-R的業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)無線覆蓋等要求下的設(shè)計(jì)與建設(shè)。
　　
　　關(guān)鍵詞：GSM-R網(wǎng)絡(luò)、CTCS
　　
　　CTCS（ChineseTrainControlSystem）中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，是軌道交通系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它以分級(jí)的形式滿足不同線路運(yùn)輸需求，保證列車運(yùn)行安全、有序、高效。GSM-R（GSMforRailways）系統(tǒng)是專門為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。主要提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)通信、應(yīng)急通信、隧道通信等語音通信功能，可為列車自動(dòng)控制與檢測(cè)信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道，并可提供列車自動(dòng)尋址和旅客服務(wù)。
　　為了滿足客運(yùn)專線調(diào)度集中、列車控制、旅客列車移動(dòng)信息的接人服務(wù)和動(dòng)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?shù)男枨�，發(fā)展GSM-R被確定為我國鐵路的技術(shù)政策�；�于GSM-R網(wǎng)絡(luò)的無線機(jī)車信號(hào)有如下優(yōu)點(diǎn)：⑴信息雙向傳輸，有信號(hào)回示；⑵岔區(qū)信號(hào)連續(xù)顯示；⑶數(shù)字信號(hào)傳輸，抗干擾能力強(qiáng)；⑷數(shù)據(jù)直接取自于聯(lián)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(jī)問路；⑹采用自律輪詢控制方式，應(yīng)變時(shí)間短；⑺便于與CTC，GPS等系統(tǒng)連接，構(gòu)成新型列控系統(tǒng)。
　　CTCS的體系結(jié)構(gòu)按鐵路運(yùn)輸管理層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、地面設(shè)備層和車載設(shè)備層配置。CTCS分為CTCS0~CTCS4五級(jí)，隨著客運(yùn)專線的建設(shè)和高速鐵路研究，CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)成為300km/h及以上高速動(dòng)車組的主用列控系統(tǒng)，滿足驗(yàn)收速度350km/h，且最小追蹤間隔3分鐘的要求。CTC3級(jí)列控系統(tǒng)是基于GSM-R無線通信實(shí)現(xiàn)車地信息雙向傳輸，無線閉塞中心（RBC）生成行車許可，同時(shí)具備CTCS2級(jí)功能的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備采用目標(biāo)距離連續(xù)速度控制模式、設(shè)備制動(dòng)優(yōu)先的方式監(jiān)控列車安全運(yùn)行。
　　CTCS3在CTCS2基礎(chǔ)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(jí)列控系統(tǒng)主要包括3部分：地面子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)和GSM-R網(wǎng)絡(luò)。另外，還有一些外部接口，如列車、聯(lián)鎖設(shè)備、調(diào)度集中設(shè)備和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等接口。系統(tǒng)行車指令由無線閉塞中心(RBC)通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給列車，車載ATP設(shè)備按接收到的移動(dòng)授權(quán)及動(dòng)車組數(shù)據(jù)，生成控制速度和目標(biāo)距離控制曲線，控制列車安全運(yùn)行。軌道占用由軌道電路檢測(cè)，里程確認(rèn)通過應(yīng)答器完成。
　　客運(yùn)專線列控系統(tǒng)對(duì)GSM-R的要求：
　　一、對(duì)GSM-R業(yè)務(wù)的要求
　　(1)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。是指在GSM-R網(wǎng)絡(luò)上，從車載側(cè)IGSM-R接口到地面?zhèn)菼FIX接口的數(shù)據(jù)接入和傳輸。CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)需要GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)具有5個(gè)特性：電路交換異步透明數(shù)據(jù)傳輸；GSM-R網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持多種速率數(shù)據(jù)傳輸，包括2.4、4.8、9.6kb/s，其中4.8kb/s異步透明數(shù)據(jù)傳輸是承載CTCS3級(jí)列控業(yè)務(wù)的首選方式；非限制數(shù)字信息(UDI)；全速率無線信道；只支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，不支持話音/數(shù)據(jù)交替?zhèn)鬏敗?br /> 　　(2)補(bǔ)充業(yè)務(wù)。補(bǔ)充業(yè)務(wù)是對(duì)基本業(yè)務(wù)的修改和補(bǔ)充。需要GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供的補(bǔ)充業(yè)務(wù)包括：增強(qiáng)多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆，CTCS3級(jí)列控業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)為1級(jí)；主叫號(hào)碼識(shí)別顯示(可選)；被叫號(hào)碼識(shí)別顯示可選)；用戶到用戶信令1(可選)。需要GSM-R網(wǎng)絡(luò)支持的補(bǔ)充業(yè)務(wù)包括多優(yōu)先級(jí)與強(qiáng)拆，CTCS3級(jí)列控業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)為1級(jí)。
　　二、對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求
　　GSM-R網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持列車高速運(yùn)行時(shí)車到地和地到車的透明數(shù)據(jù)通信。因此，列控?cái)?shù)據(jù)傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS)提出較高要求。
　　(1)網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)延。GSM-R網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)延應(yīng)滿足：≤30s(95％)，≤35s(99％)；GSM-R網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)延>40S時(shí)，被認(rèn)定為注冊(cè)失敗。
　　(2)連接建立時(shí)延。連接建立時(shí)延是指連接請(qǐng)求方從發(fā)起連接請(qǐng)求到收到連接已成功建立的指示之間的時(shí)間間隔。移動(dòng)用戶主叫的連接建立時(shí)延應(yīng)滿足：<8.5S(95％)，≤10S(100％)；連接建立時(shí)延>10S，則認(rèn)為連接建立失敗。同時(shí)，因GSM-R網(wǎng)絡(luò)存在連接建立失敗率，嘗試建立安全連接的次數(shù)為3次，這樣連接建立時(shí)延為30秒。
　　(3)用戶數(shù)據(jù)幀傳送時(shí)延。用戶數(shù)據(jù)幀傳送時(shí)延是指用戶數(shù)據(jù)幀發(fā)起傳送請(qǐng)求到該用戶數(shù)據(jù)幀成功傳送之間的時(shí)問間隔。用戶數(shù)據(jù)幀是指測(cè)試數(shù)據(jù)幀，長度為30Byte。用戶數(shù)據(jù)幀(30Byte)傳送時(shí)延應(yīng)滿足：≤0.5S(99％)。根據(jù)《CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)運(yùn)營場(chǎng)景》，車載設(shè)備和RBC數(shù)據(jù)交換時(shí)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(shí)間內(nèi)非主動(dòng)釋放的累積次數(shù)。連接建立失敗概率<10時(shí)，鏈路斷開(失效)概率應(yīng)<0.1/h。
　　(5)傳輸干擾。當(dāng)接收到30Byte用戶數(shù)據(jù)幀與發(fā)送的用戶數(shù)據(jù)幀存在部分或完全偏離，則發(fā)生傳輸干擾。整個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間將作為一次傳輸干擾處理。傳輸干擾時(shí)間TTI應(yīng)滿足：<0.8s(95%)，<1s(99%)。傳輸無差錯(cuò)時(shí)間（傳輸恢復(fù)時(shí)間）TREC應(yīng)滿足：>20s(95%)，>7s(99%)。
　　三、對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的要求
　　MSC與RBC之間的連接方式應(yīng)綜合考慮RBC設(shè)置地點(diǎn)、管轄區(qū)域、MSC設(shè)置地點(diǎn)和管轄區(qū)域等因素，合理選擇，盡可能提高系統(tǒng)的可靠性。RBC應(yīng)與其管轄范圍相應(yīng)的MSC相連，當(dāng)RBC管界跨2個(gè)相鄰MSC時(shí)，應(yīng)同時(shí)連接2個(gè)MSC。MSC與RBC之間采用ISDNPRI接口(2Mb/s)，信令規(guī)程采用DSS1信令方式。MSC至RBC的PRI接口應(yīng)根據(jù)RBC需求進(jìn)行配置，接口冗余由RBC考慮。RBC應(yīng)盡可能連接到MSC的不同外圍接口單元上，從而保證某個(gè)外圍接口單元故障時(shí)，RBC仍能通過其他外圍接口單元與MSC連接。對(duì)于CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)，連接到RBC的每個(gè)車載設(shè)備占用一個(gè)無線信道。在進(jìn)行GSM-R網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃時(shí)，需要特殊考慮樞紐和大站區(qū)域，保證CTCS3級(jí)列控業(yè)務(wù)應(yīng)用。
　　四、對(duì)GSM-R網(wǎng)絡(luò)無線覆蓋的要求
　　GSM-R網(wǎng)絡(luò)無線覆蓋指標(biāo)應(yīng)滿足在95％統(tǒng)計(jì)概率下，對(duì)于8W的列控機(jī)車臺(tái)，在增益為0dBm的機(jī)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(jī)車臺(tái)饋線損耗和3dBm設(shè)備老化余量。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，GSM-R網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)采取措施盡量控制越區(qū)切換發(fā)生的頻率(如控制基站間距等)，以避免頻繁越區(qū)切換對(duì)列控?cái)?shù)據(jù)傳輸造成影響。目前時(shí)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(wǎng)設(shè)備（包括MSC，IN，SGSN等）和雙套無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括BSC，BTS等），兩套基站采用異站址交織雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋，基站采用環(huán)形連接。為列控?cái)?shù)據(jù)傳輸提供可靠和安全的服務(wù)。在RBC切換區(qū)域，列控?cái)?shù)據(jù)傳輸密集，GSM-R切換區(qū)應(yīng)盡量避免與該區(qū)域重合，減少數(shù)據(jù)重傳帶來的時(shí)延或切換失敗引起的通信中斷。

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