本文对GSM-R铁路移动通信系统的基本原理、网络结构、业务与应用进行了简单的介绍，明确GSM-R系统是我国铁路移动通信 发展的方向。
1、GMS-R在中国的发展
我国GSM-R发展的目标：在全路建立一张移动通信网络，利用通信的手段实现铁路移动设施和固定设施的无缝连接，确保列车安全、高速地运行。GSM-R技术顺应时代的发展，是铁路信息化和自动化发展的基础。
2、GSM-R基本原理
2.1区域覆盖
2.1.1小区制
小区制是将整改服务区划分成为若干个无线小区，每个无线小区设一基站负责小区内所有移动通信的联络和控制，在网络中设置一个移动交换中心，统一控制这些基站协调的工作，保证移动用户只要在服务区内，不论在哪个基站的辐射区都能正常通信。
小区制分为：面状服务覆盖和线状服务覆盖。根据铁路沿线的情况，GSM-R系统可以在铁路线采用线状覆盖，在车站及枢纽地区采用面状覆盖。
2.1.2GSM-R系统无线覆盖
GSM-R系统无线覆盖是指沿着铁路线实现场强无线连续覆盖并达到系统QoS(业务质量)要求。
GSM-R系统沿着路轨方向安装定向天线，以形成沿轨的椭圆形小区，在话务量较大但对速度的要求较低的编组站内采用扇形小区覆盖;在人口密度不高的低速路段和轨道交织处一般是采用全向覆盖。每个小区有一个或几个收发信机，数目的多少由话务量决定。
2.2多址技术
蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳一个用户进行通话，许多用户同时通话时，就要相互以信道来区分，这就产生多址问题。解决多址问题的方法叫做多址技术。多址技术分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)三种。在GSM-R系统中大多采用 TDMA。TDMA是通过时隙划分使用户共享无线资源。每个时隙仅允许一个用户使用，每个用户占用一个周期重复的时隙，因为可以把一个信道看做每一帧都会出现的特定时隙。TDMA系统发射数据是用缓存—突发法，因此对每一个用户而言，发射都不是连续的。
2.3多信道共用
多信道共用是指在网内的大量用户共享若干无线信道。一个无线区有N个信道，对若干个用户分别指定一个信道，不同信道内的用户不能互换信道，这就是独立信道。当某个信道被某个一个用户占用时，则在他通话结束前，属于该信道的其他用户都处于阻塞状态而无法接通。但是，与此同时一些其他信道却处于空闲状态而又得不到运用。这样就造成有些信道在紧张的排队，而另一些信道却处于空闲状态，信道得不到充分利用。如果采用多信道共用方式，即在一个无线小区内的N个信道，为该区内所有用户共用，则当K(K 2.4语音编码技术
GSM-R系统是数字移动通信系统，而原始的话音信号是模拟信号。因此要将模拟的话音信号转换为二进制的数字信号。语音编码技术分为：波形编码、参量编码和混合编码。GSM-R系统采用的话音编码方式称为：规则脉冲激励—长期预测编码(RPE-LTP)，属于混合编码。
2.5传输技术
传输技术主要涵盖：信道编码、交织编码、均衡技术、调制解调技术、分集接收、语音间断传输、功率控制等。这里就不一一罗列。
3、GSM-R网络结构
我国铁路采用的GSM-R系统主要由以下几部分组成：
3.1 GSM-R终端
GSM-R终端包括固定终终端和移动终端。固定终端包括调度终端、车站终端和用户电话机等。移动终端(移动台)包括各类车载台和手持台。车载台包括机车综合无线通信设备(CIR)、列控机车无线通信设备、机车同步操作机车无线通信设备等。手持台包括作业手持台(OPH)、通用手持台(GPH)、调车手持台(OPS)等。
3.2基站子系统(BSS)
包括基站收发信机(BTS)、基站控制器(BSC)、编译码和速率适配单元(TRAU)等。从功能上看，基站子系统(BSS)通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源管理，通过A接口与NSS相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网用户之间的通信连接，并且传送系统信令和用户信息。
3.3网络交换子系统(NSS)
包括移动交换中心(MSC)、网关移动交换中心(GMSC)、访问位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、组呼寄存器(GCR)、鉴权中心(AuC)、短消息服务中心(SMSC)、确认中心(AC)等设备。
3.4智能网子系统(IN)
包括业务控制点(SCP)、业务交换点(SSP)、业务管理系统(SMS)等设备，HLR(归属位置寄存器)、MSC(移动交换中心)也是重要的智能网业务节点。智能网的基本思想是依靠No.7信令网和大型集中数据库的支持，将网络的交换功能和控制功能相分离;简化交换机的软件，使之只完成基本的接续功能，引入业务控制点(SCP)，具体怎样根据智能业务的业务逻辑完成呼叫的继续步骤，由SCP来决定;交换机采用开放式结构和标准接口与业务控制点相连。
3.5通用分组无线业务子系统(GPRS)
包括网关支持节点(GGSN)、业务支持节点(SGSN)、分组控制单元(PCU)、域名服务器(DNS)、认证服务器(RADIUS)等设备。通用分组无线业务(GPRS)是在GSM技术的基础上提供的一种端到端分组交换业务。GPRS最大限度重用已有的GSM网络基础设施，提供高效的无线资源利用率，无线接入速率可高达171.2kbit/s。GPRS在公众移动网络中是从GSM走向3G的一个必经阶段。GPRS在铁路GSM-R中的引入使移动通信与数据网络合二为一，为铁路数据业务的开展提供了空间。在GSM-R网络应用GPRS系统，具有通信实时性好、数据量大、免维护、可靠性高等明显优势。以无线方式实现数据传输或“永远在线”实时监测。
3.6运行和维护子系统(OSS)
包括交换网络管理子系统(OMC-S)、无线网络管理子系统(OMC-R)、GPRS网络管理子系统(OMC-D)、直放站管理子系统(OMC-T)等。运行维护子系统是操作人员与系统设备之间的中介，实现了系统的集中运行与维护。
4、GSM-R业务与应用
GSM-R所提供的业务是面向铁路运输生产的，它以GSM-R业务为基础，又加入适应铁路需求的特殊业务，从而能够为铁路的运营和服务提供各种应用。
GSM-R是基于GSM的基础设施及其提供的ASCI(高级语音呼叫业务)，其中包含eMLPP(增强型多优先级与强拆)、VGCS(语音组呼)和VBS(语音广播)，并提供铁路特有的调度业务，包括：功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址，并此作为信息化平台，使铁路部门用户可以在此信息平台上开发各种铁路应用。
4.1多优先级与强拆(eMLPP)
eMLPP业务分为优先级与强拆两部分。优先级是指结合快速呼叫的建立为一个呼叫提供某个较高的级别。强拆是指抢夺资源，在缺乏空闲资源的情况下，一个优先级较低的呼叫会被一个优先级较高的呼叫强拆。强拆还可以用于当一个优先级较低的呼叫正在进行时，如果有一个优先级较高的呼叫进入，优先级较高的呼叫可以切断优先级较低的呼叫。
4.2语音组呼业务(VGCS)
VGCS是指一种由多方参加(GSM-R移动台或固网电话)的语音通信方式，其中一人讲话、多方聆听，讲话者角色可以转换，工作于半双工模式下。一个特定的VGCS通信组有组功能码(组ID)和组呼区域唯一确定。用户可以同时签约多个组ID，并给他们设置不同的优先级。组成员拨打组ID号，在组呼区域内呼叫签约了该组所有组员。组成员接收到通知消息即可加入，非本组成员忽略此消息。
4.3语音广播呼叫(VBS)
VBS允许一个业务用户，将语音或者其他用语音编码传输的信号发送到某个预先定义的地理区域内的所有用户或者用户组。处于单工模式下，可以看做VGCS的最简单形式。
5、结束语：GSM-R是专门为满足铁路应用而研发的数字移动无线通信技术。在铁路通信中，它能够提供特定的附加功能，是一种可靠高效的综合数字移动通信系统，在铁路骨架网络建设中应积极推广采用。
作者：刘冬 来源：城市建设理论研究 2013年49期
