高速和GSM-R:葡萄牙语概述

根据葡萄牙政府的决定，将发展一个高速运输系统，提供国际高速和国内高速列车服务(客运和货运)，以适应日益增长的跨境流动需求，并有助于加强经济地位和社会凝聚力，特别是在葡萄牙和西班牙相邻地区之间。

葡萄牙政府决定的高速运输系统的主要目标是:

• 加强葡萄牙和西班牙之间的联系，特别是两国相邻地区之间的联系，从加强欧盟经济和社会凝聚力的角度，为欧盟的和谐发展作出贡献
• 确保欧洲铁路网的互操作性
• 加强大西洋轴心(定义为伊比利亚半岛上沿大西洋的走廊，包括葡萄牙所有主要城市和西班牙加利西亚的主要城市)的结构，并在国家发展的最重要领域之一加强与欧洲，特别是与西班牙的相关内外联系
• 促进流动，提供吸引投资的新机会
• 与航空和公路系统相比，提供有竞争力的高品质铁路网络，并减少能源消耗和大气污染方面的影响，以提高运输系统的可持续性
• 通过增加和改善与其他运输系统，特别是与机场的联系，促进多式联运。

2003年11月，西班牙和葡萄牙在菲盖拉达福斯举行的伊比利亚峰会上达成了一项关于两国之间实施高速铁路连接的协议。审议了下列环节:

• Oporto-Vigo
• Aveiro-Salamanca
• Lisbon-Madrid
• Evora-Faro-Huelva

除了这些国际线路外，还将建立连接葡萄牙两个主要城市里斯本和波尔图的新线路，这将成为葡萄牙高铁网络的未来支柱。

2005年11月在Évora举行的最近一次峰会上，决定里斯本-马德里连接应该支持混合交通(乘客和货物)，保持总旅行时间约2小时45分钟。

在同一次峰会上，葡萄牙和西班牙对实现连接波尔图-维戈，阿维罗-萨拉曼卡和Évora-Faro-Huelva的兴趣得到了重申。只有在目前的研究完成以确定可行性条件之后，才能确定预期的结束日期。

考虑到国家优先事项，葡萄牙政府决定执行下列计划:

• 里斯本-马德里线将于2013年完工
• 里斯本至波尔图线将于2015年完工

葡萄牙铁路的战略计划包括两项更关键的行动，将优化铁路系统的运营、效率和盈利能力:

• 传统线路和高速线路的整合，解决了互操作性和从现有线路到欧洲标准轨距的迁移等问题
• 确保与物流国家系统以及港口、机场和公路系统的衔接，促进通过铁路运输的货物的数量和全球价值的显著增加，增强葡萄牙作为大西洋横贯大陆航线产品进入欧洲空间的优越地缘战略定位

这两条线的主要特点如表1所示。

高速铁路系统应根据经2004/50/EC指令修订的理事会指令96/48/EC进行设计、建造、使用和维护。

此外，高速运输系统应在以下方面具有成本效益:

• 投资成本
• 维护成本
• 运营成本

GSM-R网络的部署

在对未来葡萄牙高速网络的一般描述之后，下一节将描述移动通信网络以及适合于高速线路(HSL)开发的技术和功能要求。

历史

铁路是移动无线电系统的主要用户。他们使用无线电进行广泛的服务，如火车无线电通信、运行和维护、分流、乘客信息等。根据UIC 751-3传单，在欧洲，大多数旧系统都是基于模拟技术。但是，一些国家的系统彼此之间不能相互操作。这些系统现在已经超过了它们的产品生命周期，铁路管理部门面临以下问题:

• 什么样的技术解决方案将支持互操作性的需求，使边境口岸使用相同的无线电设备?
• 哪种数字技术将最好地取代老化的模拟系统，并保证未来新系统的发展?

19年前，UIC开始研究引进欧洲移动铁路通信系统。由于不同国家铁路运营的差异，确定移动铁路通信的特点及其特点是一项持续多年的任务。

UIC预见到跨境铁路交通需要一个通用的无线数据频段和数字通信标准，因此对数字技术进行了详细的技术和经济调查，并于1993年决定以GSM(全球移动通信系统)为基础建立新系统。这将确保铁路可以参与公共标准的演变，以包括他们的具体需求。此外，他们还可以从现有公共市场的规模经济中获得设备成本的好处。

选择开放标准的决定有一些缺点，因为GSM并没有涵盖所有特定的需求。UIC的“欧洲综合无线电增强网络”(EIRENE)项目对特殊需求进行了研究和定义。GSM系统必须加以修改，以满足铁路特有的几类特点和要求，即:

• 快速和有保障的呼叫设置(对于紧急呼叫-最多两秒)
• 实现列车速度高达500公里/小时的无缝通信
• 功能寻址(例如车号或车号)，以便进行通话和显示主叫/被叫方
• 位置相关的功能，例如连接到本地地面
• 广播和群呼
• 优先级和抢占机制
• 通过一键或类似方式设置紧急或频繁呼叫，包括紧急呼叫
• 列车控制欧洲轨道交通管理系统(ERTMS)
• 链接保证，表示连接已被维护
• 自动移动网络管理
• 系统配置控制
• 带有故障指示的自动和手动测试模式
• 通过使用SIM卡，增加了操作的灵活性

1995年，UIC决定建立一个项目，对新系统进行测试。SNCF、DB和佛罗伦萨SMN(意大利)这三家铁路公司成立了“欧洲铁路网移动无线电”(MORANE)联盟来进行试验。该项目的总体目标是指定、开发、测试和验证新的GSM- r (GSM for Railways)系统。

根据UIC内部的研究和与CEPT的讨论，在欧洲协调无线电频率的管理，900波段被证明是最适合的几个原因，如有利的无线电传播条件和易于应用GSM技术。1995年，876-880 MHz被分配为上行波段，921-925 MHz被分配为下行波段，共有19个频道。(在葡萄牙，大约一半的频谱仍被用于军事目的。RAVE和REFER的目标是在短期内获得整个乐队的解放)。

EIRENE项目已经确定了一些基本的电信特性，他们将这些特性传递给欧洲电信标准协会(ETSI)进行标准化。随着新系统得到铁路部门的批准，该项目于2000年顺利完成。

如今，GSM是目前为止最成功的公共移动蜂窝网络系统。新的GSM-R平台将取代基于模拟传输技术的各种互不兼容的国家铁路无线网络。在欧洲以外的几个国家，铁路部门也在准备引进GSM-R。谅解备忘录已在大多数欧洲国家签署，执行进展顺利。

框架

控制指挥和信号系统的设计应符合跨欧洲高速铁路系统控制指挥和信号子系统互操作性技术规范的要求(2002年5月30日指令2002/731/EC: TSI控制指挥和信号)。

该子系统是一个交通控制系统，支持列车可靠运行，保障列车安全运行。它包括:

• 中央交通管制，不包括大厦(办公家具及设备及交通控制中心设备)
• 信号系统(ERTMS，联锁，轨道旁设备和技术建筑和房屋)
• GSM-R通信系统

GSM-R通信系统应符合TSI、UNISIG SRS (V2.2.2)、EIRENE规范(FRS V7.0和SRS V15.0)、ERTMS QoS测试规范(O-2475 v1.0)、GSM-R接口Class1要求(子集093)、V2.2.2协议变更请求(子集108)以及其他欧洲铁路标准(EN 50126、50128、50129和50125-1)和其他国家标准的最新国际批准版本。

主要目标

对于高速运营，有必要提供一组要求，例如:

• 实现国际欧洲标准，实现完全互操作和无缝过境
• 铁路专用服务
• 将所有铁路服务整合为一个通信网络
• 高可靠性和可用性
• 高传输质量的高速移动，支持ETCS 2级传输;
• 实现和运营的成本效益和经济
• 降低维护和服务成本
• 开放的技术发展(最先进的技术)和能力，顺利地集成将在未来定义的新服务

在语音通信领域，除了标准GSM阶段2+中已经包含的基本和补充业务外，还需要以下特性:

• ASCI(高级语音呼叫项)功能，以促进组和多地址呼叫，即信息在多个预定义的GSM-R用户之间分发
• 优先级和优先级覆盖的呼叫取决于用户的授权优先级，(eMLPP -增强的多级优先级和抢占)
• 功能寻址，允许用户或应用程序通过标识功能的数字而不是物理终端(例如车牌号)到达。
• 显示功能号码，允许可视地显示目的地和发起呼叫
• 基于位置的寻址，允许呼叫者使用相同的号码联系“值班用户”或“功能”，这取决于他所在的无线电单元
• 访问矩阵，验证用户和用户组之间通信的访问能力(例如，只有调度员可以作为移动用户调用列车司机。其他用户禁止呼叫列车功能号码)

在数据传输应用方面，必须提供以下应用:

• 列车自动控制
• 机车车辆遥测(列车诊断、报警、维修)
• 固定装置遥测(例如气象站、高架桥、桥梁及隧道的监测系统，与固定网络的连接在经济上并不有利)
• 列车定位
• 图像传输，如CCTV图像在车站或从车厢
• 员工沟通，比如访问运营数据库、调度、关税信息、内部网和电子邮件
• 电子票务及付款
• 座位预订
• 列车乘客信息系统，实时行程信息，汽车租赁，出租车订购，酒店预订等。
• 物流，即跟踪货车、集装箱、货物，轮询货物状态信息
• 优化货运负荷和在线销售的免费运输能力

概念设计

为了实现所有的要求和功能，有必要定义基站、交换和网络管理子系统的系统要求。

就容量而言，考虑到火车交通和铁路用户总数，一个MSC对我们的国家铁路网(常规和高速铁路)已经足够了，但我们将使用两个，以确保在一个故障时提供服务。出于可用性原因，有必要为核心网络的主要元素(MSC/VLR和HLR/AuC)实现冗余概念。冗余问题可以用两个不同的概念来解决:

• 依靠网元的集成冗余
• 重复元素和地理冗余

网络所需的可用性级别和要使用的冗余解决方案将在很大程度上取决于要在HSL上实现的ETCS解决方案。我们正在考虑两种情况:

• ETCS等级2,ETCS等级1作为后退系统。在这种情况下，解决方案可以是:所有设备的集成冗余和核心设备的地理冗余(灾难恢复概念)。
• ETCS 2级无后撤系统。解决方案将是一个完全冗余的网络，具有所有设备的集成冗余，核心的地理冗余和双重无线电覆盖。(“双覆盖”，是指基站规划时，轨道上的任何一点都由两个独立的BTS覆盖)

在固定传输网络层面，实现高可用网络至关重要，该网络基于SDH环，由光缆支撑，安装在轨道两侧。

同样，电力供应系统应是冗余的，由两种替代能源供电(来自公共部门的能源，冗余来自接触网系统)。

可以添加智能网络(IN)，以提供EIRENE中定义的功能并增强非标准化功能，例如:

• FFN (Follow Me功能节点)
• 依赖所在解决
• 额外的管理和授权功能，如访问矩阵
• 短信功能寻址
• 群组通讯支持
• 变长函数数
• 支持专用的位置处理系统

在业务类型和带宽方面，对数据传输的需求不断增长，这是推动GPRS(或EDGE)在GSM-R网络中实现的驱动力。另一个原因是无线电资源的迅速耗尽，当许多源在一个给定的扇区或小区同时传输小数据包时。
因此，具有信道捆绑、高数据速率、快速信道采集和释放、时隙共享和“无连接”传输的GPRS可以为上述数据应用的实现提供灵活、现实和经济上可行的解决方案。

与GPRS的实施有关，必须决定以下问题:

• 使用专用或灵活的GSM/GPRS信道分配?
• 哪些数据必须通过电路交换或GPRS传输?
• 需要什么故障安全措施?

该网络的管理、操作和维护将通过网络管理和操作与维护子系统提供。这些活动可以根据其不同的目标进行划分:

• 维护——重新建立服务(在故障发生后)或保持系统正常工作的活动
• 操作——与引入新服务或更改配置相关的活动
• 订阅者管理——管理用户数据和配置文件、计费、统计数据清单等
• 保安功能-在认证中心(AuC)检查参与者的许可证、用户数据编码、检查EIR中的集合等

EIRENE网络和漫游协议之间的协调

为了实现真正的互操作性，有必要与邻国铁路在几个重要方面进行合作，比如边境频率分配的无线电规划、建立漫游协议以及处理国家特征问题。

EIRENE网络之间必须建立漫游协议，以提供国际列车的无缝跨境运营，并为授权铁路用户提供移动性。为了确保火车司机和在网络间漫游的其他用户的互操作性，重要的是协调订阅细节和存储在网络中的其他信息，并在计费、收费和网络管理等基本方面达成一致。

虽然GSM-R网络保证了整个HSL的覆盖范围，但RAVE希望与公共网络提供商建立适当的漫游协议，以便移动GSM-R终端的用户可以在HSL区域之外使用它，实现完全的移动性。此外，漫游可以考虑GSM-R网络发生阻塞或故障的情况。

公共流动服务营办商的高铁覆盖范围

为了保证乘客乘坐高铁的可能性，RAVE计划与所有移动公共运营商建立协议，以提供高铁的覆盖范围。

为此目的，RAVE可为所有运营商共享的站点、塔、能源和传输的安装创造条件，从而大大降低投资成本和环境影响。

考虑到高速列车对车厢内的手机起到屏蔽作用，无线电信号的水平会被强烈衰减，列车操作员可以决定在车上安装中继器，以保证良好的传输质量。此外，还将研究建立无线机载互联网的可行性。