GSM-R系統(tǒng)的組成及業(yè)務(wù)功能

1、第三章 GSM-R系統(tǒng)的組成及業(yè)務(wù)功能第一節(jié) GSM-R系統(tǒng)概述一、名詞解釋GSM:全球移動通信系統(tǒng)GSM-R: 全球鐵路移動通信系統(tǒng)。GSM-R是鐵路綜合數(shù)字無線通信系統(tǒng)，通過無線通信方式實現(xiàn)移動話音和數(shù)據(jù)傳輸,是基于GSM（公網(wǎng)）而發(fā)展起來的一種數(shù)字傳輸技術(shù)體制GPS ：全球定位系統(tǒng)，鐵路上用于實現(xiàn)列車追蹤控制GPRS：通用分組無線業(yè)務(wù)IN：智能網(wǎng)二、GSM與GSM-R的關(guān)系六大關(guān)系GSM-R理論建立在GSM理論基礎(chǔ)之上；GSM-R技術(shù)建立在GSM技術(shù)基礎(chǔ)之上；GSM-R工業(yè)以GSM工業(yè)為基礎(chǔ)；GSM-R工程建設(shè)以GSM工程經(jīng)驗為基礎(chǔ)；GSM-R應(yīng)用開發(fā)吸收GSM成功經(jīng)驗；GSM-R的市場

2、鐵路專用，GSM公眾商用。GSM-R是專門為鐵路通信設(shè)計的綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)，屬于第二代鐵路數(shù)字移動通信系統(tǒng)。三、GSM與GSM-R的關(guān)系-業(yè)務(wù)模型圖3-1 GSM與GSM-R業(yè)務(wù)模型圖四、鐵路通信為什么要建設(shè)GSM-R系統(tǒng)1、既有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題：（1）功能單一、系統(tǒng)分散、相互間無法互通、維護(hù)成本高。各分散系統(tǒng)主要有：無線列調(diào)、站場調(diào)車、客運、貨運、列檢、商檢、車號、公務(wù)維修、公安等。功能：主要為語音業(yè)務(wù)，少量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這些系統(tǒng)均為自行投資建設(shè)、獨立使用、分散維護(hù)，造成設(shè)備型號各異，種類繁多，相互間無法互通，維護(hù)運營成本較高。 （2）頻點固定分配、信道固定使用，頻率利用率低

3、，容量有限。 鐵路無線通信系統(tǒng)主要使用450M頻段，共58對頻點，固定分配給了無線列調(diào)、站調(diào)、公安等無線系統(tǒng)使用，各個部門間不能相互共享，造成頻率資源的極大浪費。如北京、徐州、鄭州樞紐等地已無頻點可供申請使用。既有無線通信系統(tǒng)采用頻點（信道）固定分配的方式，信道長期指配給某一系統(tǒng)（通常按專業(yè)劃分）用戶使用，當(dāng)一個信道遇忙時，其它用戶只能等待，往往造成該信道上的用戶爭搶或者出現(xiàn)阻塞，通信質(zhì)量得不到保證；而信道空閑時，別的系統(tǒng)用戶也并不能利用該信道進(jìn)行通信。這無疑是對頻率資源的一種浪費，也制約了用戶數(shù)量的進(jìn)一步發(fā)展。（3）話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爭搶信道，傳輸可靠性低，數(shù)據(jù)傳輸能力差。 經(jīng)測算，在TDCS和

4、CTC區(qū)段，當(dāng)列車運行時速超過250公里時，綜合考慮調(diào)度命令、行車憑證、車次號、進(jìn)路預(yù)告等數(shù)據(jù)信息傳送和車機(jī)聯(lián)控話音通信需求時，業(yè)務(wù)密度加大，碰撞概率很大?；跓o線列調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率僅達(dá)到1.2Kb/s。（4）樞紐地區(qū)干擾嚴(yán)重。 樞紐站往往是多條線路的交匯處，通話的無序性，使各個機(jī)車臺終端會對無線列調(diào)信道進(jìn)行爭搶，造成“大信號抑制小信號”的后果。目前，在樞紐車站設(shè)置多套車站電臺（每條線1套），其中部分車站臺使用同頻工作，這些電臺在車站附近形成一個大范圍內(nèi)的同頻干擾，降低了車站值班員的行車指揮效率。（5）既有鐵路無線通信不具備網(wǎng)絡(luò)能力。既有鐵路移動終端對講距離受限。鐵路各個無線通信系統(tǒng)分散，

5、不能聯(lián)合組網(wǎng)，使得各系統(tǒng)之間用戶無法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。鐵路無線、有線調(diào)度網(wǎng)基本獨立，無法形成有機(jī)融合的整體。（6）開放系統(tǒng)，不具保密性 無線列調(diào)系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，并未做任何鑒權(quán)加密處理，對用戶無需進(jìn)行身份識別，只要無線終端用戶頻點和調(diào)制方式與無線列調(diào)相同，便可以加入到無線列調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的通信。因此，話音業(yè)務(wù)可以被接收或竊聽，給行車安全帶來極大的隱患。此外，公安系統(tǒng)對保密性的要求也很高，現(xiàn)有系統(tǒng)無法達(dá)到。2、鐵路新業(yè)務(wù)對鐵路通信新的業(yè)務(wù)需求。（1）客運專線的業(yè)務(wù)需求（對通信系統(tǒng)在高速情況下的安全性、可靠性、實時性、便捷程度提出了更高的要求）。話音類：調(diào)度通信、區(qū)間通信。數(shù)據(jù)類：列控信息傳送、調(diào)度指揮信息傳送、

6、行車安全監(jiān)控信息的傳送、旅客綜合服務(wù)信息的傳送等（2）機(jī)車同步控制傳輸（重載貨運專線）的需求。重載運輸中為了實現(xiàn)牽引過程中多個機(jī)車頭的同時加速、減速、制動，主控機(jī)車和從控機(jī)車之間需要通過GSM-R無線信道實時傳遞控制命令，這就是機(jī)車同步操控信息傳送業(yè)務(wù)。 通過采用多機(jī)車牽引模式，實現(xiàn)機(jī)車間的同步操控，達(dá)到單列運量2萬噸，使用3-4個機(jī)車頭進(jìn)行牽引。如果牽引機(jī)車操作不同步，就會造成車箱間的擠壓或者拉鉤現(xiàn)象，影響運輸安全，降低運輸效率。為了保證操作的可靠性，利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，采用無線通信的方式來實現(xiàn)機(jī)車間的同步操控。圖3-2 機(jī)車同步控制傳輸示意圖（3）車地信息化數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

7、需求。 列車與地面之間的無線通信一直是信息化發(fā)展中的最薄弱環(huán)節(jié)。隨著鐵路的發(fā)展，鐵路信息化要求的無線數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容越來越多，一方面，列車運行控制、列車安全監(jiān)控、診斷以及承載貨物等實時信息需要傳送到地面上來，為實現(xiàn)列車信息實時追蹤、客票發(fā)售、貨運計劃、貨車追蹤、集裝箱追蹤等提供基礎(chǔ)信息，滿足鐵路路網(wǎng)移動體（機(jī)車、車輛等）實時動態(tài)跟蹤信息傳輸?shù)男枰?；另一方面，以旅客為主體的移動信息，需要在車地之間實時進(jìn)行傳送，為旅客提供多方位的綜合信息服務(wù)。 （4）有線、無線調(diào)度業(yè)務(wù)融合的需求。3、鐵路通信采用GSM-R系統(tǒng)的優(yōu)勢。GSM-R是通過無線通信方式實現(xiàn)移動話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N技術(shù)體制。它是基于GSM，并

8、在功能上有所超越的成熟技術(shù)，是專門針對鐵路對移動通信的需求而推出的專用系統(tǒng)。它可以滿足鐵路的特殊需求：（1）高級語音呼叫，包括：組呼、群呼、增強(qiáng)多優(yōu)先級與強(qiáng)拆 （2）功能尋址、基于位置的尋址（3）高速情況下的數(shù)據(jù)、語音業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確傳輸（4）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。（5）其系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)公開，可互聯(lián)互通；歐洲有成功的標(biāo)準(zhǔn)、工程、試驗經(jīng)驗可借鑒。無需從頭研發(fā)，節(jié)約了時間，且支持的廠家為多家，有利于形成良好的競爭局面。第二節(jié) GSM-R系統(tǒng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一、GSM-R的頻率資源1、采用無線資源中GSM900MHZ工作頻段，上行885-889MHZ（移動臺發(fā)，基站收），下行930-934MHZ（基站發(fā)，移動臺收），共4M

9、H頻率帶寬。雙工收發(fā)頻率間隔45MHZ，相鄰頻道間隔為200KHZ。共有21個載頻。頻道序號從999-1019，扣除低端999和高端1019作為隔離保護(hù)，實際可用頻道19個。 圖3-3 無線資源頻譜圖 圖3-4 GSM-R頻道號對應(yīng)頻率表2、小區(qū)頻率配置的基本原則：同一個基站的載頻間隔不小于400KHz ，相鄰基站載頻間隔不小于400KHz。3、GSM-R系統(tǒng)的頻率資源很緊張，既然這一段頻段資源少，為什么不考慮使用更高的頻段，比如1800M左右的頻率（3G所使用的頻率）? 無線電波頻率越高，在傳播過程中造成的衰落就約快，這樣一個基站的覆蓋范圍就越小，則小區(qū)半徑越小，所以頻率是和小區(qū)的半徑成反比

10、的，頻率高，半徑小，那么一定的范圍內(nèi)，沿線所建基站就多，這樣干擾就大。此外，高速列車要頻繁的進(jìn)行越區(qū)切換，其對鐵路業(yè)務(wù)的影響是極大的，容易能造成通信延時以及掉話。4、GSM-R系統(tǒng)使用對稱無線信道，采用頻分多址（FDMA）+時分多址（TDMA）的多址方式。先將4M頻譜劃分為21個載頻，每一個載頻分成8個時隙，8個時隙組成一個TDMA幀，即1個載頻可以提供8個物理信道（時隙），提供給8個用戶同時使用，用來傳輸語音或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。也就是說一個頻點可以同時8個用戶進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)的通信。圖3-5 時分多址常規(guī)的多址方式有三種：頻分多址（FDMA），時分多址（TDMA），碼分多址（CDMA）。FDMA是將規(guī)

11、定的頻譜劃分為若干個規(guī)定帶寬的信道，每個用戶在通信的時候占用一個信道。其是最早廣泛應(yīng)用也最成熟的多址技術(shù)，主要用于第一代模擬移動通信系統(tǒng)中。TDMA是將規(guī)定的帶寬的信道在時間軸上分成一個個時隙，若干個時隙組成一幀。每一幀中的若干時隙構(gòu)成一個物理信道。其在第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)中使用。鐵路GSM-R系統(tǒng)也是采用這種多址方式。CDMA的物理信道在時間和頻譜上是重疊的，利用碼字的正交性來區(qū)分不同的物理信道。即在TDMA基礎(chǔ)上，在每個時隙上承載多個正交碼型，屬于第三代移動通信技術(shù)（3G）。二、GSM-R承載的鐵路業(yè)務(wù)。1、電路域業(yè)務(wù)：目前，高鐵GSM-R系統(tǒng)所承載的電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要有C3列控及調(diào)度語

12、音業(yè)務(wù)。電路域業(yè)務(wù)又分為電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路域話音業(yè)務(wù)。電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù):列車控制信息（C3列控業(yè)務(wù)）。電路域話音業(yè)務(wù)：調(diào)度移動通信語音（基礎(chǔ)語音）業(yè)務(wù)、高級語音業(yè)務(wù)。GSM-R除了提供基礎(chǔ)語音通話功能外，還具備較高級的語音功能，如：優(yōu)先級與強(qiáng)拆(eMLPP)、語音組呼(VGCS)、語音廣播(VBS)。優(yōu)先級與強(qiáng)拆:包括兩個方面：優(yōu)先級和資源搶占。優(yōu)先級是指在呼叫建立時給該呼叫指配一個優(yōu)先級，該呼叫可以此級參與網(wǎng)絡(luò)資源的競爭和調(diào)配。資源搶占是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中沒有空閑資源可用時，具有較高優(yōu)先級的用戶可以搶占強(qiáng)拆低優(yōu)先級的用戶的信道資源進(jìn)行通信。語音組呼：一個講話（呼叫的發(fā)起人），多人聆聽。當(dāng)發(fā)起人停止講

13、話，某個人需要講時，需要先進(jìn)行申請，同意后也可以講話。語音廣播：只能由發(fā)起人講話，其他人聽沒有講話的權(quán)力。語音組呼和語音廣播可以用于實現(xiàn)調(diào)度的指揮、緊急通知等，尤其適用于鐵路的行車指揮調(diào)度部門。電路域業(yè)務(wù)主要針對于那些對實時性要求較高，又要十分準(zhǔn)確的傳遞信息，具有最高或者較高的優(yōu)先級的業(yè)務(wù)。一般用于列車控制，調(diào)度語音指揮行車，鐵路應(yīng)急指揮通信等重要的業(yè)務(wù)。采用電路交換數(shù)據(jù)傳輸方式，配置固定信道，無法和其他信道共享，以此來保證傳輸?shù)膶崟r性和準(zhǔn)確性。電路交換數(shù)據(jù)傳輸通過占用一條話音信道提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸。建立完成后，每條鏈路數(shù)據(jù)獨占一個時隙（即一個信道），數(shù)據(jù)傳輸速率最高為9.6kbps 。2、

14、分組域業(yè)務(wù)。目前，一般高鐵線路GSM-R系統(tǒng)所承載的分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要有無線車次號信息、調(diào)度命令、近路預(yù)告信息。分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要針對于那些對實時性要求較低（與電路域業(yè)務(wù)相比），突發(fā)性強(qiáng)，有一定的數(shù)據(jù)量的業(yè)務(wù)。采用分組交換技術(shù)，可以高效傳輸數(shù)據(jù)和信令，只有當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)時才占用網(wǎng)絡(luò)資源。優(yōu)化了對網(wǎng)絡(luò)資源和無線資源的利用，同時提高了傳輸?shù)乃俾?。無線資源中的一個頻點即一個TDMA幀可分配1到8個無線接口時隙。這些時隙能為用戶所共享，且上行鏈路和下行鏈路的分配是獨立的?？梢酝瑫r使用8個時隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最高速率可達(dá)171.2kbps（理論值）。 我國鐵路發(fā)展基于GSM-R的GPRS業(yè)務(wù)，是根據(jù)我國鐵路運

15、輸對通信業(yè)務(wù)需求量大、但頻率資源緊張的實際情況而進(jìn)行的技術(shù)決策。為提高有限的頻率資源利用率而引入的(在我國鐵路GSM-R系統(tǒng)可以使用的頻率只有4M)。GSM-R系統(tǒng)內(nèi)加入GPRS，把一些特定的鐵路業(yè)務(wù)來通過GPRS進(jìn)行分組傳輸，以提高頻率的利用率。 3、智能業(yè)務(wù)（1）功能號注冊、注銷與管理業(yè)務(wù) 利用智能網(wǎng)數(shù)據(jù)庫管理功能實現(xiàn)機(jī)車功能號注冊、注銷以及管理。（2）增強(qiáng)型接入矩陣業(yè)務(wù) 根據(jù)主、被叫的身份進(jìn)行呼叫裁決，判斷是否允許呼叫繼續(xù)。（3）功能尋址業(yè)務(wù) 根據(jù)被叫用戶所承擔(dān)的功能來發(fā)起呼叫，而不是根據(jù)被叫用戶的號碼來尋址。主要用于解決固定用戶呼叫移動用戶，即調(diào)度員和車站值班員呼叫機(jī)車司機(jī)或手持臺用戶

16、。（4）位置尋址業(yè)務(wù) 將移動用戶發(fā)起的呼叫，路由到一個與該用戶當(dāng)前所處位置相關(guān)的目的地址。這個功能主要用于解決移動用戶呼叫固定用戶，包括司機(jī)或運營手持臺用戶呼叫調(diào)度員和當(dāng)前車站值班員等。 三、GSM-R小區(qū)覆蓋1、GSM-R小區(qū)形狀。GSM-R網(wǎng)絡(luò)是沿路鐵路線方向布放基站鐵塔，鐵塔頂端安裝定向天線，以形成沿鐵路線橢圓型的全向小區(qū)。在話務(wù)量較大但對于速度要求較低的編組站則采用扇行小區(qū)覆蓋。人口密度不高的低速路段和軌道交織處一般是農(nóng)村地區(qū)的采用全向小區(qū)覆蓋。2、頻率復(fù)用。鐵路GSM-R系統(tǒng)線狀覆蓋的頻率復(fù)用：f1f2fnf1f2fn圖3-6 頻率復(fù)用示意圖在系統(tǒng)中會給每一個小區(qū)的基站分配一組信道，

17、只要相隔距離足夠遠(yuǎn)，相同的信道可以在另一個小區(qū)重復(fù)使用。把若干個使用全部頻率的小區(qū)組成的集合稱為一個簇，把不同簇中使用相同頻率的小區(qū)成為同頻小區(qū)。任2個同頻小區(qū)之間的距離成為同頻復(fù)用距離。為了避免同頻小區(qū)之間的干擾，必須選定合適的同頻復(fù)用距離。頻率組A1頻率組A1其他頻率其他頻率復(fù)用距離 DR有用信號干擾信號R圖3-7 同頻復(fù)用距離其中：小區(qū)半徑R/小區(qū)簇、小區(qū)簇內(nèi)的小區(qū)數(shù)N、同頻復(fù)用距離D、同頻復(fù)用比Q3、GSM-R的干擾有線通信是可以基本上不考慮干擾問題的，而無線通信首先要考慮的就是干擾問題，這是有線通信與無線通信最大的不同之處。（1）同頻干擾：由于采取頻率復(fù)用，在同頻小區(qū)之間產(chǎn)生的干擾。

18、通常我們用同頻干擾信噪比C/I來衡量接收機(jī)的接收質(zhì)量。小區(qū)簇的N值決定了移動臺的接收信噪比，同時也決定了系統(tǒng)的容量。所以只要指定一個能夠保證話音質(zhì)量的接收門限電平，就能夠確定簇的大小和頻率復(fù)用的方案。圖3-8 同頻干擾第一代移動通信：要求信噪比20dB，即有用信號為干擾信號的100倍以上。第二代移動通信：要求信噪比9dB，即有用信號為干擾信號的10倍左右。而這是對公網(wǎng)GSM系統(tǒng)而言，對于鐵路通信，由于其中包括了很重要的列車控制、調(diào)度命令等業(yè)務(wù)，所以對GSM-R來說，為了保證其更高的安全性，要求信噪比12dB。現(xiàn)有的GSM公網(wǎng)采用的小區(qū)復(fù)用模型，其信噪比9dB，不適合與鐵路專網(wǎng)使用。（2）鄰道干

19、擾：由與所用頻率相鄰的頻率產(chǎn)生的信號干擾?？梢酝ㄟ^避免在相鄰小區(qū)之間分配連續(xù)的頻率，同時使相鄰小區(qū)之間的頻率間隔最大來減小鄰道干擾。4、信道分配方法固定信道分配：每個小區(qū)分給一組信道，該小區(qū)的用戶只能使用這一組信道，如果出現(xiàn)信道全部被占用情況，新的呼叫就會被拒絕，只有存在空閑信道時，才能再發(fā)起呼叫。GSMR電路域業(yè)務(wù)采用固定分配，其特點是信道資源利用率低，但接入所用時間短，業(yè)務(wù)質(zhì)量高。動態(tài)信道分配：每個小區(qū)不是固定使用一定的信道，而是多個小區(qū)可以使用相同的信道，每個小區(qū)的信道數(shù)是不固定的。當(dāng)業(yè)務(wù)量大時，分配給該小區(qū)的信道數(shù)就多，業(yè)務(wù)量減小時還可以再把這些信道分配給其他小區(qū)使用。小區(qū)的信道分配由

20、移動交換中心來管理和執(zhí)行分配。 GSMR分組域業(yè)務(wù)采用動態(tài)分配，其特點是信道資源利用率高，但接入所用時間長，業(yè)務(wù)質(zhì)量低。5、提高系統(tǒng)容量的方法隨著用戶數(shù)量以及業(yè)務(wù)的增長，需要不斷提高系統(tǒng)容量。通常采用小區(qū)分裂和劃分扇區(qū)兩種方法。小區(qū)分裂：將業(yè)務(wù)量增大的小區(qū)分成更小的小區(qū)，分裂后每個小區(qū)都有自己的基站，基站的天線高度要相應(yīng)降低，發(fā)射機(jī)功率也要減小。通過基站數(shù)量增加，使得單位覆蓋面積內(nèi)的信道數(shù)增加，從而提高頻率的復(fù)用率，增大系統(tǒng)容量。 圖3-9 小區(qū)分裂 劃分扇區(qū)：保持小區(qū)半徑不變，通過使用定向天線來減小同頻小區(qū)數(shù)，使用定向天線，天線的輻射范圍只限定于一定特定扇區(qū)，這樣原來的同頻小區(qū)中只有一部份小

21、區(qū)能對其產(chǎn)生干擾。圖3-10 劃分扇區(qū)6、GSM-R系統(tǒng)位置理論在GSM-R網(wǎng)絡(luò)中，有幾類與區(qū)域有關(guān)的概念：小區(qū)：一個BTS（基站收發(fā)機(jī)）所覆蓋的全部或部分區(qū)域（扇區(qū)），是最小的可尋址無線區(qū)域。位置區(qū)：移動臺可以任意移動但不需要進(jìn)行位置更新的區(qū)域，一個位置區(qū)由一個或多個小區(qū)組成。當(dāng)MSC（移動交換中心）尋找移動臺時，只需在移動臺所屬的位置區(qū)進(jìn)行呼叫，而不需要在整個MSC區(qū)內(nèi)呼叫移動臺。MSC區(qū)：一個MSC管轄下的所有覆蓋區(qū)域，一個MSC區(qū)由一個或若干個位置區(qū)組成。服務(wù)區(qū)：移動用戶可以獲得服務(wù)的所有區(qū)域。圖3-11 位置理論示意圖移動用戶在位置區(qū)中必須進(jìn)行位置登記，移動臺的位置信息儲存在位置寄存

22、器功能單元（HLR歸屬位置寄存器和VLR拜訪位置寄存器）中。移動臺要不斷地向MSC的VLR提供自己的位置信息，這一個過程叫位置更新，主要是在移動臺閑時。將一個正處于呼叫建立狀態(tài)或忙狀態(tài)的移動臺轉(zhuǎn)換到新的業(yè)務(wù)信道上的過程叫切換，切換主要是在同網(wǎng)絡(luò)中。在歸屬GSM-R網(wǎng)絡(luò)外的其他GSM-R網(wǎng)絡(luò)中使用移動業(yè)務(wù)稱漫游。漫游主要是不同網(wǎng)絡(luò)之間。7、GSM-R系統(tǒng)常見的六種網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式：（1）單MSC單BSC的單網(wǎng)線性覆蓋。（2）單MSC單BSC的單網(wǎng)交織覆蓋。（3）單MSC雙BSC的冗余覆蓋（同站址）。（4）單MSC雙BSC的交織覆蓋（不同站址）。（5）雙MSC雙BSC的雙網(wǎng)交織覆蓋（不同站址）。（6）

23、雙MSC雙BSC的雙網(wǎng)冗余覆蓋（同站址）。8、鄭西高鐵GSM-R系統(tǒng)。（1）根據(jù)鐵道部統(tǒng)一安排，鄭西高鐵GSM-R核心網(wǎng)設(shè)在西安。核心網(wǎng)包括移動交換子系統(tǒng)（SSS）、通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）子系統(tǒng)、運行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)（OSS）。 核心網(wǎng)設(shè)備采用北電設(shè)備，在西安設(shè)置2套基站控制器BSC設(shè)備、編譯碼和速率適配單元（TRAU）設(shè)備、分別負(fù)責(zé)管轄A、B層基站（BTS）設(shè)備。BSC與基站間按每3-5個基站共用一個2M/E1環(huán)路設(shè)計。全線共設(shè)基站190個，鄭州局管內(nèi)121個。（2）鄭西高鐵GSM-R網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)交織冗余覆蓋方案，即1、3、5奇數(shù)站組成一層網(wǎng)，2、4、6偶數(shù)站組成另一層網(wǎng)。當(dāng)某一個基站

24、出現(xiàn)故障時，相鄰兩個小區(qū)的覆蓋電平仍然能夠達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的性能要求。圖3-12 鄭西GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋圖圖3-13 鄭西高鐵沿線基站廂房以及鐵塔圖3-14 鐵塔上的定向天線（3）鄭西一般車站采用O3站型（業(yè)務(wù)量較大的站區(qū)考慮擴(kuò)容），沿線基站采用O2站型（0為全向型）， O3配置3個載頻，1個BCCH (廣播控制信道)，2個TCH(業(yè)務(wù)信道)， O2配置2個載頻，一個BCCH有8個信道，除去廣播控制信道，可用來傳業(yè)務(wù)的信道7個，一個TCH有8個信道，全部可以用來傳業(yè)務(wù)。每個小區(qū)固定4個信道用來傳列控信息。GPRS信息（如：調(diào)度命令、進(jìn)路預(yù)告信息、無線車次號信息等）采用1+3的方式。第三節(jié) GSM-

25、R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能一、我國GSM-R數(shù)字移動通信系統(tǒng)由七個相關(guān)子系統(tǒng)構(gòu)成：網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（SSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、操作維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）、通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)（GPRS）、智能網(wǎng)子系統(tǒng)（IN）、固定接入交換子系統(tǒng)（FAS）和無線終端系統(tǒng)。通過交換子系統(tǒng)（SSS）中的網(wǎng)關(guān)移動交換中心（GMSC）實現(xiàn)與其他通信網(wǎng)絡(luò)的電路域業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通（如信號專業(yè)的無線閉塞中心RBC）。通過通用分組無線業(yè)務(wù)系統(tǒng)（GPRS）中的網(wǎng)關(guān)GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點（GGSN）實現(xiàn)與其他數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)的分組域業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通(如：GRIS接口服務(wù)器、信號專業(yè)CTC)。 圖3-15 GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與其它系統(tǒng)連接示

26、意圖二、GSM-R系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： 圖3-16 GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖MS是接入GSM-R網(wǎng)絡(luò)的用戶終端，通過無線接口Um接入到網(wǎng)絡(luò)中?；咀酉到y(tǒng)BSS由一個基站控制器BSC和若干個基站收發(fā)機(jī)BTS組成，BTS主要負(fù)責(zé)與一定覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動臺MS進(jìn)行通信，并對空中接口進(jìn)行管理。BTS與BSC之間通過Abis接口通信。BSS中還可能存在編碼速率適配單元TRAU，它實現(xiàn)GSM-R編碼速率向標(biāo)準(zhǔn)的速率的轉(zhuǎn)換。Abis接口屬于私有協(xié)議，廠家自己定義.即BSC與BTS一定要使用同一廠家的設(shè)備。BSC和BTS連接的設(shè)置： 35個BTS環(huán)形組網(wǎng)，構(gòu)成與BSC的鏈接。每個環(huán)使用2個2M傳輸通道。 （一）BS

27、S 基站子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 圖3-17 BSS子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖BSS通過無線接口直接與移動臺相連，負(fù)責(zé)無線發(fā)送/接收和無線資源管理，通過A接口與NSS相連，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定用戶之間的通信連接，并且傳送系統(tǒng)信令和用戶信息。在BSS中，BTS主要負(fù)責(zé)無線傳輸，BSC主要負(fù)責(zé)控制和管理，如果加入TRUA（速率適配單元），主要為了減少PCM鏈路數(shù)量。1、BSC通用結(jié)構(gòu)和功能 圖3-18 BSC結(jié)構(gòu)圖BSC主要提供在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的無線電資源管理與移動性管理的功能，以及提供無線網(wǎng)絡(luò)的運營與維護(hù)功能。一臺BSC可以管理一個或多達(dá)幾十個BTS。BSS通過無線接口（Um）與移動臺（MS）、機(jī)車臺等移動終端

28、相連，負(fù)責(zé)無線發(fā)送/接受和無線資源管理；通過A接口與SSS相連，實現(xiàn)移動用戶之間與固定網(wǎng)用戶之間的通信連接，并且傳送系統(tǒng)信令和用戶信息。2、BTS 通用結(jié)構(gòu)和功能 圖3-19 BTS結(jié)構(gòu)圖BTS是網(wǎng)絡(luò)固定部分與無線部分之間進(jìn)行通信的中繼，移動用戶過空中接口與BTS連接。BTS能夠進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)和短消息的傳輸，并完成信號處理、無線測量預(yù)處理、切換、功率控制等基于無線接口的功能。TRX是BTS中最主要的設(shè)備。 一臺TRX管理著一個TDMA幀（8個時隙，8個物理信道）。3、TRAU通用結(jié)構(gòu)和功能圖3-20 TRAU結(jié)構(gòu)圖TRAU能夠?qū)?3kbit/s的話音（或數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的64kbit/s的數(shù)據(jù)

29、，實現(xiàn)編碼速率轉(zhuǎn)換，減少了BSC中PCM鏈路的數(shù)量。（二）網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）一般由6個功能實體組成，分別是移動交換中心（MSC），拜訪位置寄存器（VLR），歸屬位置寄存器（HLR），鑒權(quán)中心（AUC），設(shè)備識別寄存器（EIR），互連功能單位（IWF）。NSS中還可以有實現(xiàn)語音組呼和語音廣播的實體組呼寄存器（GCR）。圖3-21 NSS結(jié)構(gòu)圖NSS主要負(fù)責(zé)端到端的呼叫、用戶數(shù)據(jù)管理、移動性管理和固定網(wǎng)絡(luò)的連接。MSC是NSS的核心，MSC的核心是交換功能，它用于建立業(yè)務(wù)信道和在MSC之間或與其他網(wǎng)絡(luò)之間交換信令消息；它與其他網(wǎng)絡(luò)互連時可以采用E1中繼線，提供30路用戶信道，或采用T1中繼線

30、，提供24路用戶信道。GMSC為網(wǎng)關(guān)MSC，具有路由功能，作為固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)之間的一個接入單元，提供業(yè)務(wù)和功能接入。網(wǎng)絡(luò)可以在全部MSC中選出一些MSC作為GMSC。與MSC相連的是VLR，VLR管理在一個MSC區(qū)內(nèi)漫游移動用戶信息的動態(tài)數(shù)據(jù)庫； 一個VLR可以管理一個或多個MSC。HLR存儲的是在網(wǎng)絡(luò)中永久注冊的移動用戶的靜態(tài)信息，如用戶信息、承載和定制的用戶信息等；一個GSM-R網(wǎng)絡(luò)中可以不止有一個HLR，它的數(shù)量決定用戶的數(shù)量和系統(tǒng)容量。AUC完成對用戶的鑒權(quán)及為移動臺與網(wǎng)絡(luò)之間的無線通信加密；設(shè)備識別寄存器（EIR）可用可不用，互連功能單位（IWF）能夠提供不同網(wǎng)絡(luò)與GSM-R網(wǎng)絡(luò)

31、之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。作為GSM-R網(wǎng)絡(luò)的特有組件GCR，用于存儲移動用戶的組ID、移動臺發(fā)起語音組呼（VGCS）和語音廣播（VBS）參考的小區(qū)信息及發(fā)起呼叫的MSC是否負(fù)責(zé)處理呼叫的指示。GSM-R采用NO.7信令系統(tǒng)，是一種公共信令。圖3-22 MSC內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、HLR存儲管理部門用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)。每個移動用戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器（HLR）注冊登記，它主要存儲兩類信息：一是有關(guān)移動用戶的參數(shù)，包括移動用戶識別號碼、訪問能力、用戶類別和補充業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)；一是有關(guān)移動用戶目前所處位置的信息，以便建立至移動臺的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。圖3-23 HLR功能2、認(rèn)證中心AUC屬于HLR

32、的一個功能單元部分，專門用于GSM系統(tǒng)的安全性管理。鑒權(quán)中心產(chǎn)生鑒權(quán)三參數(shù)組（隨機(jī)數(shù)RAND、符號響應(yīng)SRES、加密鍵Kc），用來鑒權(quán)用戶身份的合法性以及對無線接口上的話音、數(shù)據(jù)、信令信號進(jìn)行加密，防止無權(quán)用戶接入和保證移動用戶通信的安全。圖3-24 認(rèn)證中心3、拜訪位置寄存器VLR通常與MSC合設(shè)，其中存儲MSC所管轄區(qū)域中的移動臺（稱拜訪客戶）的相關(guān)用戶數(shù)據(jù)，包括：用戶號碼、移動臺的位置區(qū)信息、用戶狀態(tài)和用戶可獲得的服務(wù)等參數(shù)。VLR是一個動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫。VLR從移動用戶的歸屬位置寄存器（HLR）處獲取并存貯必要的數(shù)據(jù)，一旦移動用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則重新在另一個VLR登記，原VLR

33、將取消該移動用戶的數(shù)據(jù)記錄。圖3-25 VLR功能（三）操作維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）一般分為對應(yīng)NSS的操作維護(hù)中心OMC-S及對應(yīng)BSS的操作維護(hù)中心OMC-R，另外根據(jù)鐵路應(yīng)用，還有對應(yīng)GPRS的操作維護(hù)中心OMC-D，對應(yīng)FAS的操作維護(hù)中心OMC-F，光纖直放站的操作維護(hù)中心OMC-T等。OSS是操作人員與系統(tǒng)設(shè)備之間的中介，它實現(xiàn)了系統(tǒng)的集中操作與維護(hù)，完成了包括移動用戶管理、移動設(shè)備管理及網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)等功能。它的一側(cè)與設(shè)備相連，另一側(cè)是作為人機(jī)接口的計算機(jī)工作站。這些專門用于操作維護(hù)的設(shè)備被稱為操作維護(hù)中心OMC。系統(tǒng)的每個組成部分都可以通過特有的網(wǎng)絡(luò)連接至OMC，從而實現(xiàn)集中維護(hù)。

34、（四）通用分組無線業(yè)務(wù)子系統(tǒng)（GPRS）需在GSM系統(tǒng)中引入3個主要組件，這3個主要組件是：業(yè)務(wù)支持節(jié)點（SGSN）、網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點（GGSN）和分組控制單元（PCU）；除此之外，還需對GSM系統(tǒng)中的相關(guān)部件（如MSC/VLR、HLR、BTS等）進(jìn)行軟件升級，以支持GPRS的移動性管理、路由管理及用戶數(shù)據(jù)傳送等。SGSN的功能與MSC/VLR類似，具有網(wǎng)絡(luò)接入控制、路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)、移動性管理、計費信息的收集等功能； GGSN的主要功能是網(wǎng)絡(luò)接入控制、移動性管理和邊界管理等，支持與外部網(wǎng)絡(luò)的透明和不透明連接；PCU處理從話音業(yè)務(wù)中分離出的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，控制無線信道的分配。圖3-26 GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三

35、、GSM-R系統(tǒng)的主要接口類型和位置：MSBTSBSCMSCCUm接口Abis接口A接口移動臺（MS）基站子系統(tǒng)（BSS）網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）圖3-27 接口位置圖A接口采用標(biāo)準(zhǔn)2MPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。傳遞的信息包括移動臺管理，基站管理，移動性管理，接續(xù)管理等。Abis接口采用2M或64KPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。它支持所有向用戶提供的服務(wù)，支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配?？罩薪涌跒橐苿优_與基站之間的通信接口，稱為Um。是GSM-R系統(tǒng)中最主要的一個接口，也是最復(fù)雜，最難控制的一個接口。Um通過無線鏈路實現(xiàn)。傳遞的信息包括無線資源管理，移動性管理，接續(xù)管理等。第四節(jié) 我國鐵路

36、GSM-R系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)我國鐵路GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)包括三個部分，分別是（1）移動交換（2）智能網(wǎng)（3）GPRS網(wǎng)絡(luò)。1、移動交換網(wǎng) GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)采用二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括移動匯接網(wǎng)和移動本地網(wǎng)，設(shè)立TMSC和MSC。（1）TMSC: 3個,北京、武漢、西安，兼作MSC和GMSC；（2）MSC：共計19個，在18個鐵路局所在地及拉薩設(shè)置MSC。TMSC、MSC設(shè)置及匯接表：大區(qū)匯接中心TMSC（3個）匯接的移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)端局MSC（19個）北京北京、沈陽、太原、呼和浩特、哈爾濱、濟(jì)南武漢武漢、上海、南昌、廣州、鄭州、柳州西安西安、昆明、成都、拉薩、西寧、蘭州、烏魯木齊圖3-28 我國GSM-R核

37、心網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖（3）網(wǎng)關(guān)局（GMSC）：與MSC同址設(shè)置，作為與其他網(wǎng)間的互聯(lián)互通點。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期由移動端局MSC兼任，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和業(yè)務(wù)量達(dá)到一定程度時，可考慮獨立設(shè)置。（4）HLR的設(shè)置：全路在北京和武漢設(shè)置2個HLR，采用地理冗余成對配置，北京主用，武漢備用，成對的兩個HLR間實時數(shù)據(jù)復(fù)制。容量按照全網(wǎng)MSC用戶容量的120150進(jìn)行配置，確定HLR容量為800000用戶，遠(yuǎn)期可進(jìn)行擴(kuò)容。（5）短消息服務(wù)中心（SMSC）：在北京、武漢分別設(shè)置1套SMSC，并互為備用。根據(jù)全路19個MSC的用戶容量，按每用戶每天發(fā)送3條短信的話務(wù)模型，確定SMSC容量為40萬BHSM，遠(yuǎn)期可根據(jù)全路GSM-R系

38、統(tǒng)建設(shè)的情況進(jìn)行擴(kuò)容。（6）緊急呼叫確認(rèn)中心（AC）：在MSC所在地各設(shè)置1套AC記錄存儲設(shè)備，對緊急呼叫的相關(guān)信息進(jìn)行記錄、儲存。 2、智能網(wǎng) 在北京、武漢各設(shè)置1套智能網(wǎng)設(shè)備，主備工作方式。其他核心網(wǎng)節(jié)點與MSC合設(shè)1套SSP。3、GPRS網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)包括GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)和GPRS節(jié)點兩部分。GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分為骨干網(wǎng)和本地網(wǎng)兩個層次。骨干層由北京、武漢、西安3個大區(qū)節(jié)點的骨干路由器組成，為網(wǎng)狀連接。本地層由19個GPRS業(yè)務(wù)節(jié)點所在地的路由器組成。本地層路由器與骨干層路由器互連。為保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，每個本地網(wǎng)節(jié)點的本地路由器成對設(shè)置，分別接入不同的骨干網(wǎng)節(jié)點。GPRS節(jié)點的設(shè)置：北

39、京、武漢各設(shè)置一套全網(wǎng)DNS和RADIUS服務(wù)器，全路共享。北京、武漢、西安設(shè)骨干層路由器，在鐵路局所在地及拉薩等地新設(shè)19個GPRS節(jié)點（GGSN、SGSN）。第五節(jié) 鄭州局GSM-R相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用一、GSM-R無線綜合測試系統(tǒng)1、系統(tǒng)簡介。GSM-R無線綜合測試系統(tǒng)加載了GSM-R Trace模塊、GSM-R模塊、 GPRS模塊、GPS模塊、計距模塊。多模塊可以同時協(xié)調(diào)使用，在完成QOS指標(biāo)測試的基礎(chǔ)上，可以全面提供Um接口無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、空中接口信令信息等網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和無線事件統(tǒng)計值，減少測試的往返次數(shù)，提高測試效率，節(jié)約成本。本測試系統(tǒng)還可用于評估GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，排查網(wǎng)絡(luò)故障，系統(tǒng)驗收開通

40、測試和日常運行維護(hù)測試，為GSM-R網(wǎng)絡(luò)滿足鐵路調(diào)度通信、列車控制系統(tǒng)等特殊要求提供相關(guān)數(shù)據(jù)。2、系統(tǒng)構(gòu)成。GSM-R無線綜合測試系統(tǒng)由八部分構(gòu)成：GSM-R Trace模塊(一至兩塊)、GSM-R模塊(一至兩塊)、主控模塊、測試軟件、GPRS模塊、機(jī)箱、GPS模塊、計距模塊。圖3-29 GSM-R無線綜合測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖3-30 測試系統(tǒng)圖3、系統(tǒng)功能。（1）語音業(yè)務(wù)與非列控類數(shù)據(jù)傳輸QOS質(zhì)量測試。端到端建立時間及連接建立失敗概率測試端到端延遲測試越區(qū)切換中斷時間及切換成功率測試強(qiáng)制測試（2）列控類數(shù)據(jù)傳輸QOS質(zhì)量測試呼叫建立時延/連接失敗概率指標(biāo)測試用戶數(shù)據(jù)傳送時延/鏈路斷開概率指標(biāo)測

41、試傳輸無差錯時間和傳輸干擾時間指標(biāo)測試網(wǎng)絡(luò)注冊時延測試指標(biāo)測試（3）掃頻測試圖3-31 掃頻測試頻點圖（4）GPRS 網(wǎng)絡(luò)測試。GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸時延及丟包率測試GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸吞吐量測試二、GSM-R干擾測試系統(tǒng)1、系統(tǒng)簡介GSM-R無線干擾測試系統(tǒng)，具有功能強(qiáng)大且易用的特點，針對GSM-R的各種要求，提供GSM-R信令測試，干擾測試與定位。此外，還能將現(xiàn)場接收到的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，以便進(jìn)行回放和干擾分析。2、系統(tǒng)構(gòu)成圖3-32 干擾測試系統(tǒng)圖3、系統(tǒng)功能 (1)掃頻干擾測試。圖3-33 掃頻干擾測試圖圖3-34 干擾定位圖三、GIS管理系統(tǒng)1、系統(tǒng)簡介鐵路機(jī)車綜合通信設(shè)備地理信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是基于鐵道部跨局長大交路行車的需求，借鑒國外發(fā)達(dá)國家在鐵路地理信息系統(tǒng)