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摘要 针对铁路移动通信系统GSM-R网络的特点，文章详细介绍了GSM-R通信网络的无线电磁环境干扰测试、无线场强覆盖、GSM-R语音通信QoS、电路域列控数据QoS、GPRS性能测试、铁路特征业务验证测试、网络侧互联互通测试。
1、前言
由于既有的铁路无线通信系统主要针对语音通信设计，存在频率利用低、多用户抢占、制式不统一、不兼容等缺陷，无法满足中国列车控制系统（CTCS）信息安全传输的要求。根据中国铁路跨越式发展和铁路运输指挥信息化的要求，确立GSM-R作为铁路新一代综合数字移动通信系统，并且分别在青藏线、大秦线、胶济线建成了试验线。由于GSM-R通信系统与铁路调度指挥直接联系，要求高度的可靠性与可用性。而GSM-R在中国铁路上是初步使用，很多技术应用要求与国外不同。这就要求对GSM-R的网络进行全面的测试与分析，及时发现网络中存在的问题与技术隐患，进行合理的分析后进行处理，确保GSM-R通信系统在铁路调度指挥中发挥应有的作用。
2、GSM-R网络测试过程
依据铁路GSM-R网络的组网特点，我们可以将GSM-R网络测试分为：无线电磁环境干扰测试、无线场强覆盖、GSM-R语音通信QoS、电路域列控数据QoS、GPRS性能测试、铁路特征业务验证测试、网络侧互联互通测试等。
2.1 无线电磁环境干扰测试
GSM-R系统可以在876MHz～960MHz整个频率范围内工作，但CEPT（欧洲邮政与电信会议）为欧洲国家的铁路通信系统指定了一个专用频带，也即UIC（国际铁路联盟）的GSM-R频带：移动站到基站（上行链路）为876MHz～880MHz，基站到移动站（下行链路）为921 MHz～925MHz。中国铁路GSM-R获准的合法频段是上行频段在885MHz～889MHz，下行频段930MHz～934MHz，共计4MHz带宽。而该频段是与中国移动公众通信系统按地域共用。由于中国移动公众通信系统已经在全国范围内基本建成，对大部分铁路沿线进行了覆盖，这样对铁路新建的GSM-R通信系统存在同频干扰问题。考虑到这样的无线环境，在新建铁路GSM-R通信系统前，需要对铁路沿线的无线环境进行检查，主要是距铁轨2km范围内的GSM-R频段进行测试，获得测试数据后，对全线基站的载频进行合理配置，并对强信号干扰大的区段，通过无线电定向测试技术手段寻找干扰源的具体位置，按照信息产业部无线管理局发布的相关管理文件，在当地无线电管理机构的协调下，配合相关单位进行清频工作。一个良好的无线环境，是GSM-R通信系统可靠运用的基础，正是由于GSM-R无线环境的复杂性，无线电环境干扰测试在GSM-R通信系统设计前显得非常关键。
2.2 无线场强覆盖
场强测试是GSM-R网络建设中一项重要的测试内容，是衡量GSM-R通信系统服务质量的重要手段。在无线场强测试时，测试数据必须包含全部的慢衰落和部分快衰落信息，目的是将地形、地物对信号的作用反映出来，同时考虑快衰落对信号的影响。为获得有效的测试数据，需要一个合理的采样标准，根据标准要求满足采样间隔为4cm。通过列车计轴系统脉冲输出至场强测量接收机进行采样测试。也可以根据铁路运营线的设计运营速度，合理设置测量接收机的采样速率进行采样。同时根据GPS电子地图位置信息，对铁路全线的所有区段按100M或10M区间进行统计，相关标准对于语音通信场强覆盖要求是95%的时间地点概率接收电平大于-98dBm。
在测量GSM-R移动通信系统无线覆盖时，可采用快速扫频技术的测量接收机对GSM-R频段中的BCCH信道所在载频的电平值进行测试。
（1）GSM-R单层网络覆盖系统测试：单层网络覆盖如图1所示，配置2台接收机即可单程完成对GSM-R单层覆盖系统的场强覆盖测试。
图1 GSM-R单层覆盖场强测试
测试方法：在A1基站测量接收机I测试A1的控制信道，测量接收机II测试A2的场强覆盖；测试车到达A2后测量接收机I测试A3基站的控制信道，以此类推，单程完成基站对上行和下行线路覆盖测试。
（2）GSM-R交织覆盖、GSM-R同站址双层覆盖：网络覆盖如图2、3所示，测量接收机需具有高速扫频功能，可同时对2个载频进行测试，因此配置2台测试接收机单程即可完成对GSM-R双层覆盖系统的场强覆盖测试。
图2 GSM-R交织覆盖示意图
图3 GSM-R同站址双层覆盖场强覆盖示意图
测试方法：在A1基站时测量接收机I测试A1、B1小区控制信道的场强覆盖，测量接收机II测试A2、B2小区控制信道的场强覆盖，到达A2基站时测量接收机II测试A3、B3小区控制信道的场强覆盖，以此类推，完成全区间覆盖测试。
2.3 GSM-R语音通信QoS
GSM-R系统的语音通信主要包括了点对点呼叫、组呼、广播的呼叫类型，作为调度指挥联系的主要方式，语音通信QoS测试是非常重要的测试内容。语音QoS的主要测试项目如下表1所示。
表1 语音QoS的主要测试项目
通过静态与动态测试并用的方式，通过列车司机的GSM-R车载模块（8W）与调度员间的呼叫通话，采集呼叫过程中Um接口中各类3层信令消息流程，得出以上检测内容的数据。分析语音通信的QoS可以同时监测GSM-R网络侧如Abis接口、A接口等接口的信令消息进行综合分析，对网络系统参数进行合理配置，使全线语音质量达到最佳效果，语音主观评估MOS大于4级以上。
2.4 电路域列控数据QoS
基于GSM-R的列车控制系统（ITCS），已经在我国青藏线上成功运用。它通过GSM-R承载业务传输固定控制端到列车移动自动控制端的数据传送，为地面控制中心与移动控制间的数据传送提供安全可靠的传输通道。无线通道的性能直接影响到列车运行的安全，是GSM-R网络服务质量测试的重中之重。按照欧洲铁路GSM-R系统在这方面的要求测试项目如表2所示。
表2 电路域列控数据QoS测试项目
列控QoS测试方法如图4所示，按照UIC 2475对于列控数据测试数据配置的详细要求，可以在移动控制端拨号呼叫到固定端的控制中心，通过GSM-R网络接续成功后，由移动端软件按照2475的相关规定要求发送数据，固定端针对移动端发送的数据进行自动响应，分别测试以上各项测试内容。
图4 电路域列控数据QoS测试方法
由于GSM-R在整个列控系统仅作为传输通道来使用，是整个列控QoS系统中的一部分，它们之间的关系如图5所示。而上述的测试内容仅涉及GSM-R通信部分，未涉及GSM-R与信号列控系统间接口，建议在列控数据QoS测试时与信号系统的列控紧密配合，进行详细测试，共同分析处理。
图5 列控数据QoS关系图
2.5 GPRS性能测试
铁路GSM-R通信系统也可以提供分组域数据业务，GPRS技术与现有的公网技术一致，技术相当成熟，主要应用于调度命令传递、车次号传递、应急通信静图的传送等。主要的测试内容如表3所示：
表3 GPRS性能测试内容
2.6 铁路特征业务验证测试
为了满足铁路调度通信的要求，在GSM PHASE+2标准引入了特殊的寻址方式和高级语音呼叫业务。铁路特征业务包括了功能寻址、位置寻址、语音组呼、语音广播、增强多优先级和强拆。依据GSM-R编号计划标准的要求，通过基本拨打测试来验证各类铁路特征呼叫业务。在拨打的同时，通过对Um接口、Abis接口、A接口间的信令跟踪监测，分析各类呼叫业务的信令流程，分析各类呼叫不成功的原因，并进行正确的定位。通过优化各类网络参数和工程参数，提高各类呼叫成功率。
2.7 网络侧互联互通测试
虽然GSM-R通信系统在我国的三条铁路试验线得到初步的运用，但GSM-R在我国的发展还是处于初级阶段，将来要在全国铁路范围内进行运用，建立全路统一的铁路综合移动通信系统网络。在这样一个大型的网络中，对于网络中的移动交换中心设备和基站系统设备，无论从经济角度和技术角度，都不可能由一个厂家设备来完成。这就要求不同厂家间的设备要求兼容，不同厂家MSC间的兼容、不同厂家MSC与BSC间的兼容。通过测试对系统间NO.7信令的兼容和一致性，铁路特征业务的互通如功能寻址、位置寻址、语音组呼、语音广播、增强多优先级和强拆等。
铁路GSM-R通信网络除了不同厂家间设备的兼容外，铁路移动通信必须与现有铁路固定调度通信系统（FAS）互通，如图6所示：
图6 铁路移动通信与现有铁路固定调度通信系统互联
GSM-R网络系统与FAS系统通过30B+D接口实现物理互联，系统间采用标准的数字1号信令系统（DSS1），系统间的信令协议必须一致。系统间实现各类铁路调度通信业务的互通如功能寻址、位置寻址、语音组呼、语音广播、增强多优先级和强拆等。通过固定调度通信系统与移动通信系统间的互联互通，铁路调度通信系统形成一个完成铁路专用调度通信网络。
3、测试采用的方式
GSM-R的测试方式有2种类型，分为静态和动态测试。静态测试偏重于信令协议方面的检测和业务功能验证方面。动态测试偏重于无线侧性能测试，根据铁路的设计运营速度进行详细测试，如场强覆盖、GSM-R语音通信QoS、电路域列控数据QoS、GPRS性能测试。根据GSM-R铁路调度通信系统的特征，由于大部分的通信业务发生在高速移动的列车上，这就要求GSM-R通信系统的测试也必须注重于这一点。
4、结束语
由于GSM-R系统涉及的技术比较多，还要结合中国铁路调度通信的特点，而且在中国铁路内属于新技术。这就对测试人员要求比较高，即要具备熟悉GSM-R技术又要有丰富的铁路通信经验。本文从中国铁路GSM-R通信系统不同方面提出测试要求和分析，希望能对中国铁路GSM-R网络的建设和优化起到一定的参考意义。
