GSM-R，持续创新的铁路无线通信系统

GSM-R的广阔前景

    上世纪90年代，欧洲铁路通信多采用电缆和模拟无线技术，存在35个不同平台，仅德国铁路就有8个模拟无线系统。铁路模拟通信系统功能单一、系统分散、干扰严重、保密性差、维修成本高，随着经济的全球化和铁路的高速化、信息化发展，模拟系统难以满足铁路运营部门的列车调度和列车控制需求。国际铁路联盟UIC为解决模拟无线通信系统存在的问题，1997年开始在法国、德国和意大利建立GSM-R试验网。和模拟通信系统相比，GSM-R是一个安全高效的数字无线通信系统，具有抗干扰能力强、差错可控、易加密、易与现代通信技术结合等特点，同时能够提供丰富的数据通信业务，可满足铁路运输生产指挥手段现代化、列车调度和列车控制、以及铁路信息化的发展需要，2009年全球已有30多个国家的铁路中应用GSM-R系统。

    据统计，2006年全球运营铁路里程1370782km，到2009年1月，GSM-R运营里程为72293km，还不到全球现有铁路里程的6％；在欧洲，其铁路总里程为221025km，UIC预测未来欧洲将有149210km的铁路会应用GSM-R系统，约占欧洲铁路总里程的60％。

    近年来，随着能源、气候和环境的问题日益突出，航空、公路运输等交通方式遭遇前所未有的压力。以电气化为主的高铁列车让世界减少对石油的依赖，适应了当今世界低碳经济发展的趋势，很多国家都宣布了各自的高铁发展计划。2009年，中国铁路投产新客运专线2319km，目前世界上里程最长、时速350km、全长1068.6km的武广高速铁路开通运营；美国计划拨款80亿美元，用于在全美建设高铁走廊，远景规划是建立一个长度达1.7万英里的高铁网络；英国拟耗资近340亿英镑在2030年前修建一条连接苏格兰和伦敦的高速铁路（2400km）；法国希望将高速铁路总长度在2020年达到2500英里。根据欧洲铁路工业联盟(UNIFE)预测，2010全球在火车、轨道和相关设备的投入总额将达到1220亿欧元，欧洲铁路工业联盟称，在刺激项目和环境问题的推动下，2016年世界各国在高速列车方面的投入将升至1500亿欧元。作为铁路通信神经系统的GSM-R，也必将在大规模的高铁建设中迎来巨大的发展机遇。

中兴通讯持续创新的GSM-R解决方案

    铁路移动通信的覆盖范围为铁路沿线的狭长地带和站场、车站所在地的区域，既要面状覆盖又要链状覆盖；铁路沿线地形复杂、无线电传播环境恶劣，加之列车的快速移动，通信传输的连续性和可靠性至关重要；在传输调度、控制指令时，对实时性、可靠性要求极高。因此，铁路专网运营商对通信网的关注点与普通的公网运营商不同，针对铁路通信的特点以及铁路运营商的关注点，凭借中兴通讯在无线通信领域的强大研发实力，中兴通讯开发了创新的GSM-R铁路通信解决方案。

高可靠性解决方案

    GSM-R系统承载了列车调度和列车控制系统中的关键指令，发生故障将引起铁路系统的混乱，甚至可能造成严重的安全事故，因此铁路系统对于GSM-R的可靠性要求极为严格。

    基于对铁路运输要求和通信需求的深刻理解，中兴通讯高标准地规划与实施了GSM-R的高可靠性解决方案。

    ● 通过选用高质量的电子元器件，并在生产过程中对元器件进行筛选和测试，采用严格的质量控制流程来保证设备单板硬件的高可靠性和稳定性；

    ● 推行全面软件质量管理以及多种软件容错技术来保证软件系统的可靠性；

    ● 在系统部件内部采用冗余备份（包括1+1备份、N+1备份、资源池和负荷分担）方式来保证设备的可靠性指标；

    ● 网络设计时采用配置冗余连接、环形组网、传输旁路等组网方案来进一步提高系统级的可靠性指标；

    ● MSC/SGSN POOL方案可有效解决MSC/SGSN单点故障以及MSC和BSC传输单点故障带来的业务中断问题，进一步提高了核心网的可靠性；

    ● GSM-R 双层覆盖（包括同址双站冗余覆盖和深度交织冗余覆盖）的网络规划设计方案，为GSM-R提供BTS的网络级冗余，防止无线网络单点故障。

弱场覆盖解决方案

    铁路线路往往需要穿越大量山区、桥梁和隧道，对于山区、桥梁和隧道等的弱场覆盖设计是GSM-R无线系统规划的重点和难点。除了采用基站+直放站并配合泄漏电缆或高指向性天线等传统弱场覆盖解决方案外，中兴通讯提供创新的分布式基站（即射频拉远单元）方案来解决上述场景的覆盖难题。

    相比于传统一体化基站，分布式基站的BBU模块和RRU模块体积小，重量轻，单人单手可提，安装维护更为简单灵活，特别适合铁路沿线的隧道、桥梁、山区覆盖。中兴通讯GSM-R系统特有的分布式基站隧道弱场覆盖解决方案，通过采用RRU拉远和多RRU共逻辑小区技术等关键技术，提高弱场的网络信号质量，可有效解决隧道等弱场覆盖困难的问题，相比传统的光纤直放站的弱场覆盖方案具有以下优势：

    ● 相比于传统直放站，射频模块拉远技术具有上行噪声控制优势，使得拉远的射频模块的接收灵敏度指标不会因为级联级数的增加而恶化；

    ● 拉远的射频RRU模块支持环形组网，保证网络组网的可靠传输；

    ● 比起传统直放站，拉远的RRU设备和基站设备可以进行统一的远程管理和性能统计，监控和设备网管非常方便；

    ● 射频拉远RRU模块具有时延自动校正功能，可以放至远离BBU40km的距离；

    ● 射频拉远RRU模块具有更大的输出功率，从而可以减少隧道中安装的射频单元数量，节省成本。

高速移动解决方案

    随着高铁时代的到来，高速移动的列车给GSM-R的无线网络设计和建设带来了新的研究课题，其中最重要的几个问题是：一，高速列车的移动给上行和下行信号带来严重的多普勒频偏，从而导致严重的信号快衰落，影响终端的收发性能，直接的表现就是用户的掉话频繁、语音质量差、呼通率下降、数据业务误码率升高、 吞吐量降低；二，高速列车的快速移动使得列车上的终端驻留于小区的时间大大缩短，列车高速移动过程中将会产生更加频繁的小区重选和切换，当小区间的重叠覆盖区域不合理或者重叠覆盖区域偏小时，将会导致越区切换成功率下降、掉话率上升等问题。
面对高铁GSM-R建设的挑战，针对时速高达500km/h的高铁要求，中兴通讯的GSM-R系统已经做好了充分准备，提供一套完善和完整的高速移动解决方案，保证在高速条件下的网络通信质量。

    ● 中兴通讯独特的频偏校正算法，可以抵御500km/h时速下的多普勒频偏带来的信号衰落，有效弥补接收性能的下降；

    ● 多RRU共逻辑小区技术，通过将多个RRU配置为同一逻辑小区并发射相同的信号，拉长逻辑小区的覆盖距离，减少高速列车上移动终端的切换频度；

    ● 优化的切换算法可以减少切换判决和切换执行的时间，提升切换成功率，并减少切换带的设置长度；

    ● 基于速度和方向判断的切换算法，减少了乒乓切换的可能，并进一步降低了切换时间和提升了切换成功率。

    综上所述，随着各国政府对节能环保的重视，GSM-R在新一轮的铁路建设中将获得巨大的发展机会；作为全球领先的无线通信解决方案提供者，中兴通讯创新的GSM-R解决方案将为全球铁路的信息化建设做出贡献。

[关键词] UMTS