高鐵通信概論

北京交通大學(xué)軌道交通與安全國家重點實驗室吳昊hwu@高速鐵路通信概論10/21/20221什么是GSM-R？二.

為什么要建設(shè)GSM-R?三.GSM-R系統(tǒng)介紹四.GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃五.GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)六.GSM-R在鐵路運營和服務(wù)中的特殊業(yè)務(wù)與應(yīng)用七.國外高速鐵路概況內(nèi)容提要一、什么是GSM-R？GSM-R（GlobleSystemofMobileforRailway）專門針對鐵路對移動通信的需求而推出的專用系統(tǒng)，它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技術(shù)。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。

一、什么是GSM-R？鐵路相對GSM公網(wǎng)的特殊需求：（1）用戶級別不同（高級語音呼叫，包括：組呼、群呼、增強多優(yōu)先級與強拆）（2）功能尋址（調(diào)度）（3）基于位置的尋址（機車呼叫前方車站、后方車站）（4）高速情況下的移動通信（5）大量特殊的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求（列控、列尾、車次號等）一、什么GSM-R？

公網(wǎng)技術(shù)體制：GSM、CDMA

鐵路專網(wǎng)技術(shù)體制：（1）無線列調(diào)（2）模擬集群：

SMRATZONE（廣深試驗）、MPT1327（北京局、柳南）、UNIDEN（北京、成都、上海等）（3）數(shù)字集群：TETRA（秦沈）、GT800（重慶）、GOTA（長春）（4）GSM-R（歐洲）1、現(xiàn)有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題2、鐵路發(fā)展出現(xiàn)許多新業(yè)務(wù)需求3、歐洲選擇GSM-R的原因和發(fā)展狀況二、為什么要建設(shè)GSM-R?1、現(xiàn)有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題。（1）投資方面：系統(tǒng)分散建設(shè)，投資浪費。（2）系統(tǒng)功能方面：功能單一，不具備網(wǎng)絡(luò)能力；頻率利用率低，容量有限；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。（3）存在的問題：樞紐地區(qū)干擾嚴重；是開放系統(tǒng)，不具保密性。二、為什么要建設(shè)GSM-R?1、現(xiàn)有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題。（1）投資方面：系統(tǒng)分散、相互間無法互通、維護成本高各分散系統(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，造成設(shè)備型號各異，種類繁多，相互間無法互通，維護運營成本較高。

二、為什么要建設(shè)GSM-R?1、現(xiàn)有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題。（2）系統(tǒng)功能頻點固定分配、信道固定使用，頻率利用率低，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)量的進一步發(fā)展。二、為什么要建設(shè)GSM-R?1、現(xiàn)有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題。（2）系統(tǒng)功能話音、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CTC區(qū)段，當列車運行時速超過250公里時，綜合考慮調(diào)度命令、行車憑證、車次號、進路預(yù)告等數(shù)據(jù)信息傳送和車機聯(lián)控話音通信需求時，業(yè)務(wù)密度加大，碰撞概率很大。

基于無線列調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率僅達到1.2Kb/s。二、為什么要建設(shè)GSM-R?1、現(xiàn)有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題。（3）存在的問題樞紐地區(qū)干擾嚴重

樞紐站往往是多條線路的交匯處，通話的無序性，使各個機車臺終端會對無線列調(diào)信道進行爭搶，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。二、為什么要建設(shè)GSM-R?1、現(xiàn)有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題。（3）存在的問題不具備網(wǎng)絡(luò)能力移動終端對講距離受限，鄰站交界區(qū)易發(fā)生業(yè)務(wù)中斷。鐵路各個無線通信系統(tǒng)分散，不能聯(lián)合組網(wǎng)，使得各系統(tǒng)之間用戶無法進行聯(lián)絡(luò)。鐵路無線、有線調(diào)度網(wǎng)基本獨立，無法形成有機融合的整體。二、為什么要建設(shè)GSM-R?1、現(xiàn)有鐵路無線通信系統(tǒng)存在許多問題。（3）存在問題開放系統(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)無法達到。二、為什么要建設(shè)GSM-R?2、鐵路發(fā)展出現(xiàn)許多新業(yè)務(wù)需求：（1）客運專線的業(yè)務(wù)需求（2）貨運專線機車同步控制傳輸（3）車地信息化數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?）有線、無線調(diào)度兩網(wǎng)融合的需求二、為什么要建設(shè)GSM-R?2、鐵路發(fā)展出現(xiàn)許多新業(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)度指揮信息傳送行車安全監(jiān)控信息的傳送旅客綜合服務(wù)信息的傳送二、為什么要建設(shè)GSM-R?2、鐵路發(fā)展出現(xiàn)許多新業(yè)務(wù)需求：（1）客運專線的業(yè)務(wù)需求列控信息傳送需求無線通信網(wǎng)絡(luò)提供車－地雙向、實時數(shù)據(jù)傳輸通道，傳輸速率至少2.4kbps，異步透明全速率傳輸方式。業(yè)務(wù)不能中斷，因此無線信道必須實時可靠，無線網(wǎng)絡(luò)在鐵路沿線應(yīng)保證連續(xù)覆蓋并支持切換。每個列車數(shù)據(jù)傳輸需要占用至少一個專用無線信道，因此，無線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能提供覆蓋范圍內(nèi)的N列車所需的N個的專用信道。現(xiàn)有系統(tǒng)無法實現(xiàn)。

二、為什么要建設(shè)GSM-R?2、鐵路發(fā)展出現(xiàn)許多新業(yè)務(wù)需求：（2）重載貨運專線（機車同步控制傳輸）定義：為了實現(xiàn)牽引過程中同時加速、減速、制動，主控機車和從控機車之間需要通過無線信道實時傳遞控制命令，這就是機車同步操控信息傳送業(yè)務(wù)。解決方案：DJ4型機車對講電話系統(tǒng)，人工話音，一致性差基于800MHz的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，主機和從控機車之間間隔小于650米，只適用于萬噸組合列車基于GSM-R系統(tǒng)的解決方案，適用于所有組合形式的列車二、為什么要建設(shè)GSM-R?2、鐵路發(fā)展出現(xiàn)許多新業(yè)務(wù)需求：（3）車地信息化數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰熊嚺c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、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行傳送，為旅客提供多方位的綜合信息服務(wù)。二、為什么要建設(shè)GSM-R?2、鐵路發(fā)展出現(xiàn)許多新業(yè)務(wù)需求：（4）有線、無線調(diào)度業(yè)務(wù)融合的需求二、為什么要建設(shè)GSM-R?2、鐵路發(fā)展出現(xiàn)許多新業(yè)務(wù)需求：可見，既有系統(tǒng)無法滿足鐵路新業(yè)務(wù)需求，應(yīng)建立一個能完善解決鐵路新業(yè)務(wù)需求、高安全可靠性、聯(lián)網(wǎng)能力強、可滿足高速、重載運輸及信息化需求的通信系統(tǒng)。二、為什么要建設(shè)GSM-R?3、歐洲選擇GSM-R的原因（1）取代落后的模擬設(shè)備、提升系統(tǒng)性能的需要；（2）歐洲鐵路互通性的需要；（3）新業(yè)務(wù)的需要（歐洲列車控制系統(tǒng)－2級以上）二、為什么要建設(shè)GSM-R?GSM-R在歐洲的發(fā)展狀況：目前已在歐洲13個國家開始廣泛實施，具體包括：德國、英國、法國、意大利、斯洛伐克、荷蘭、瑞典、瑞士、西班牙、捷克、芬蘭、挪威、比利時。其中，瑞典、德國、意大利、瑞士、挪威、西班牙、荷蘭等7個國家開通了商用GSM-R網(wǎng)絡(luò)。最早開始建設(shè)的國家：瑞典（1998年）在全國范圍內(nèi)普速干線建設(shè)的國家：意大利（7500km）、荷蘭（2800km）GSM-R覆蓋里程最長的國家：德國（36000km）最早在高速線開通ETCS2的國家：意大利，羅馬－那不勒斯，2005年12月21日商用，運營時速347km/h；米蘭－都靈2006年2月10日正式商用運行，設(shè)計時速350km/h。二、為什么要建設(shè)GSM-R?三、GSM-R系統(tǒng)介紹（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）（1）移動交換子系統(tǒng)（SSS）（2）移動智能網(wǎng)（IN）子系統(tǒng)（3）通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）子系統(tǒng)2、基站子系統(tǒng)（BSS）3、運行與支持子系統(tǒng)（OSS）（1）網(wǎng)管（2）SIM卡管理系統(tǒng)（3）計費、結(jié)算、營帳、客服子系統(tǒng)4、終端設(shè)備三、GSM-R系統(tǒng)介紹（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、GSM-R系統(tǒng)介紹1、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)移動交換子系統(tǒng)：主要完成用戶的業(yè)務(wù)交換功能，完成用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理。移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）：負責(zé)用戶的移動性管理和呼叫控制；拜訪位置寄存器（VLR）：負責(zé)存儲進入該區(qū)域內(nèi)已登記用戶的信息；歸屬位置寄存器（HLR）：是一個負責(zé)管理移動用戶的數(shù)據(jù)庫。HLR存儲本歸屬區(qū)的所有移動用戶數(shù)據(jù)，如識別標志、位置信息、簽約業(yè)務(wù)等；鑒權(quán)中心（AuC）：是存儲用戶鑒權(quán)算法和加密密鑰的實體，AuC只通過HLR和其他網(wǎng)絡(luò)實體通信；互連功能單元（IWF）：與固定網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)終端之間提供速率和協(xié)議的轉(zhuǎn)換；組呼寄存器（GCR）：用于存儲移動用戶的組ID；短消息服務(wù)中心（SMSC）：負責(zé)向MSC傳送短消息信息；確認中心（AC）：記錄、存儲鐵路緊急呼叫相關(guān)信息。三、GSM-R系統(tǒng)介紹1、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)智能網(wǎng)子系統(tǒng)：是在SSS中引入的智能網(wǎng)功能實體，將網(wǎng)絡(luò)交換功能和業(yè)務(wù)控制功能相分離，實現(xiàn)對呼叫的智能控制

。GSM業(yè)務(wù)交換點（gsmSSP）GPRS業(yè)務(wù)交換點（gprsSSP）智能外設(shè)（IP）業(yè)務(wù)控制點（SCP）業(yè)務(wù)管理點（SMP）業(yè)務(wù)管理接入點（SMAP）業(yè)務(wù)生成環(huán)境點（SCEP）。三、GSM-R系統(tǒng)介紹1、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)GPRS子系統(tǒng)：負責(zé)為無線用戶提供分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS核心層：由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能實體組成；GPRS無線接入層：由PCU、基站、終端等組成。GPRS無線接入層組網(wǎng)應(yīng)充分利用GSM-R系統(tǒng)的設(shè)備資源，保護投資；與GSM-R系統(tǒng)共用頻率資源；利用GSM-R系統(tǒng)的基站實現(xiàn)無線覆蓋，不單獨增加GPRS系統(tǒng)基站。三、GSM-R系統(tǒng)介紹1、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)SGSN:服務(wù)GPRS支持節(jié)點,移動性管理、尋路等功能。GGSN:網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點,為GPRS網(wǎng)與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相連的網(wǎng)關(guān)。DNS:域名服務(wù)器，負責(zé)提供GPRS網(wǎng)內(nèi)部SGSN、GGSN等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的域名解析等。RADIUS:認證服務(wù)器,負責(zé)存儲用戶的身份信息，并完成用戶的認證和鑒權(quán)等功能。PCU:分組控制單元，負責(zé)數(shù)據(jù)分組、無線信道管理、錯誤發(fā)送檢測和自動重發(fā)。三、GSM-R系統(tǒng)介紹2、基站子系統(tǒng)BSS通過無線接口直接與移動臺相接，負責(zé)無線信號發(fā)送接收和無線資源管理；與MSC相連，實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)路用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信號和用戶信息等?；究刂破鳎˙SC）編譯碼和速率適配單元（TRAU）小區(qū)廣播短消息中心（CBC）基站收發(fā)信機（BTS）弱場設(shè)備（直放站、漏纜）BSS移動終端MSC無線接口A接口三、GSM-R系統(tǒng)介紹3、運行與支持子系統(tǒng)OSS（1）網(wǎng)管交換、智能網(wǎng)、GPRS網(wǎng)管、基站網(wǎng)管、直放站網(wǎng)管等。（2）SIM卡管理系統(tǒng)（鐵道部管理中心、路局發(fā)卡中心兩級結(jié)構(gòu)）（3）計費、結(jié)算、營帳、客服子系統(tǒng)三、GSM-R系統(tǒng)介紹

4、終端設(shè)備終端是供GSM-R系統(tǒng)用戶直接操作、使用，用來接入GSM-R網(wǎng)的設(shè)備，包括移動臺和無線固定臺。（1）移動臺包括（機車、汽車）車載臺，手持臺、列控數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、列尾信息傳輸設(shè)備和防災(zāi)檢測信息傳輸、車輛安全檢測信息傳輸終端等。移動臺由移動設(shè)備和SIM卡組成。（2）無線固定臺為非移動狀態(tài)下使用的無線終端，具備與移動臺相同的業(yè)務(wù)功能。注：FAS系統(tǒng)及終端不屬于GSM-R系統(tǒng)。三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能1、業(yè)務(wù)類型（1）語音業(yè)務(wù)（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)智能業(yè)務(wù)1、業(yè)務(wù)類型（1）語音業(yè)務(wù)點對點話音呼叫業(yè)務(wù)語音廣播業(yè)務(wù)（VBS）語音組呼業(yè)務(wù)（VGCS）緊急呼叫多方通信（最多五方）三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能1、業(yè)務(wù)類型（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)電路交換數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)

系統(tǒng)通過占用一條話音信道提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸。連接建立時間為5～10s（平均為6s）。建立完成后，每條鏈路數(shù)據(jù)獨占一個時隙。數(shù)據(jù)傳輸速率2.4、4.8、9.6kbps，數(shù)據(jù)傳輸端到端時延不大于500ms（假設(shè)包長30字節(jié)）。傳輸方式分為異步透明和非透明兩種傳輸模式。短消息業(yè)務(wù)

系統(tǒng)提供通過信令信道傳送簡短信息的業(yè)務(wù)。消息應(yīng)采用簡單文本格式，消息分段信息長度最長為160個字符（7bit編碼）。發(fā)送方可以在短消息發(fā)送出去后得到一條確認通知。分組交換數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)（GPRS）

系統(tǒng)采用無線資源動態(tài)分配方式和分組交換傳送模式，向用戶提供端到端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，傳輸速率為9.05～171.2kbit/s。三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能1、業(yè)務(wù)類型（3）智能業(yè)務(wù)基本業(yè)務(wù)

①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。主叫方可以是有線用戶，也可以是無線用戶。②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，包括司機或運營手持臺用戶呼叫調(diào)度員和當前車站值班員等。③精確位置尋址④基于MSISDN的呼叫限制鐵路緊急呼叫列車緊急呼叫和調(diào)車緊急呼叫。三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能1、業(yè)務(wù)類型（3）智能業(yè)務(wù)擴展業(yè)務(wù)

①基于位置的呼叫限制業(yè)務(wù)將用戶（包括調(diào)度員、車站值班員和助理值班員）發(fā)起功能號呼叫的范圍限制在其管轄區(qū)域內(nèi)。②自動獲取調(diào)度中心的IP地址業(yè)務(wù)用于實現(xiàn)列車在運行中自動獲取調(diào)度中心（TDCS中心）的IP地址。

③短信的智能業(yè)務(wù)

包括短信的功能尋址和基于位置尋址等。

三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能IWF無線閉塞中心車載單元。1、CTCS3級系統(tǒng)（ChineseTrainControlSystem）三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能列控傳送信息內(nèi)容：1、RBC——車載通信單元：移動授權(quán)：與前車的距離、行駛速度、進路解鎖時間等；線路數(shù)據(jù)：線路長度、起止點坐標、坡度、橋隧信息、牽引換相點數(shù)據(jù)等；指令：進入調(diào)車模式，人工引導(dǎo)等特殊操作、限速2、車載通信單元——RBC：列車位置、速度、狀態(tài)（列車本身的編組、長度、制動性能等情況）、列車類型等。三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能1、實現(xiàn)了列車－地面，地面－列車的雙向信息傳送；2、去掉了大規(guī)模分布于沿線的軌旁設(shè)備；3、信息傳送內(nèi)容更加豐富；4、列車控制曲線從臺階狀變?yōu)閳A滑的曲線。未來無線列控系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的比較：三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能2、機車同步操控——概念由多臺機車牽引的組合列車，在牽引過程中，必須實現(xiàn)機車同步操控，即多臺機車同時加速、減速、制動，主控機車和從控機車之間需要通信并實時傳遞控制命令，使它們置于同步工況或獨立工況，這就是機車同步操控。三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能2、機車同步操控：三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能3、CTC（centralizedtrafficcontrol分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)）對通信系統(tǒng)的需求：主要包括以下數(shù)據(jù)信息的傳送：（1）調(diào)度命令；（2）接車進路預(yù)告信息；（3）調(diào)車作業(yè)通知單；（4）車次號校核。三條已建線的業(yè)務(wù)及實現(xiàn)情況－大秦線序號系統(tǒng)設(shè)計功能試驗情況使用情況1調(diào)度通信試驗成功尚未投入實際應(yīng)用2機車同步操控信息傳送試驗成功已投入實際應(yīng)用3區(qū)間移動通信試驗成功已投入實際應(yīng)用4列車無線車次號校核及列車停穩(wěn)信息傳送靜態(tài)試驗成功，需進行動態(tài)測試尚未投入實際應(yīng)用5調(diào)度命令傳送靜態(tài)試驗成功，需進行動態(tài)測試尚未投入實際應(yīng)用6列尾裝置信息傳送靜態(tài)試驗成功，需進行動態(tài)測試尚未投入實際應(yīng)用7調(diào)車機車信號和監(jiān)控信息傳送靜態(tài)試驗成功，需進行動態(tài)測試尚未投入實際應(yīng)用三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能三條已建線的業(yè)務(wù)及實現(xiàn)情況－青藏線序號系統(tǒng)設(shè)計功能試驗情況使用情況1列車調(diào)度通信試驗成功已投入實際應(yīng)用2列車控制系統(tǒng)（ITCS）數(shù)據(jù)傳輸試驗成功已投入實際應(yīng)用3調(diào)度命令傳送試驗成功已投入實際應(yīng)用4列車無線車次號校核及列車停穩(wěn)信息傳送試驗成功已投入實際應(yīng)用5區(qū)間移動通信試驗成功已經(jīng)投入實際應(yīng)用6其它鐵路信息化應(yīng)用正在進行方案研究三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能三條已建線的業(yè)務(wù)及實現(xiàn)情況－膠濟線序號系統(tǒng)設(shè)計功能試驗情況使用情況1調(diào)度通信試驗成功試運行2車次號校核信息傳送試驗成功試運行3調(diào)度命令傳送試驗成功試運行三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能業(yè)務(wù)實現(xiàn)方式三、GSM-R系統(tǒng)介紹

（二）系統(tǒng)功能業(yè)務(wù)類別主要應(yīng)用實現(xiàn)方式1、列控類列控、同步操控、調(diào)車機車信號和監(jiān)控信息電路域數(shù)據(jù)傳輸2、調(diào)度指揮類無線列調(diào)話音通信車次號、調(diào)度命令、近路預(yù)告信息GPRS3、運行安全監(jiān)控類列尾、接近預(yù)警、工況運況信息、綜合維護信息GPRS4、其他應(yīng)急語音、站場及其他公務(wù)移動通信、靜圖話音＋數(shù)據(jù)1、移動交換子系統(tǒng)2、智能網(wǎng)子系統(tǒng)3、GPRS子系統(tǒng)4、GSM-R與外網(wǎng)的接口四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃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、烏魯木齊四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃1、移動交換網(wǎng)（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，當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和業(yè)務(wù)量達到一定程度時，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120～150％進行配置，確定HLR容量為800000用戶，遠期可進行擴容。（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，遠期可根據(jù)全路GSM-R系統(tǒng)建設(shè)的情況進行擴容。（6）緊急呼叫確認中心（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)信息進行記錄、儲存。

四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃1、移動交換網(wǎng)——交換機容量按照用戶預(yù)測配置，主要考慮各路局現(xiàn)有崗位和職工數(shù)量、機車數(shù)量、現(xiàn)有手持臺配置情況等，根據(jù)管內(nèi)各線路GSM-R系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃，按照一定的預(yù)測原則先配置近期容量、遠期平滑擴容。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃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。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃3、GPRSGPRS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。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃3、GPRS

GPRS節(jié)點的設(shè)置：北京、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）。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃4、GSM-R與外網(wǎng)的接口列控系統(tǒng)RBC同步操控系統(tǒng)地面應(yīng)用節(jié)點鐵通PSTN專網(wǎng)交換機FAS系統(tǒng)TDCS及其他應(yīng)用系統(tǒng)四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃與PSTN、列控RBC、同步操控AN節(jié)點、FAS系統(tǒng)的接口：——交換機IWF功能單元。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃與TDCS等其他應(yīng)用系統(tǒng)的接口：GPRS接口服務(wù)器GRIS、GPRS歸屬服務(wù)器GROS4、GSM-R與外網(wǎng)的接口GSM-R與其他通信網(wǎng)之間采取“發(fā)端入網(wǎng)”的原則：（1）GSM-R移動用戶鐵通固網(wǎng)用戶：在GSM-R移動用戶端進入鐵通PSTN網(wǎng)，再路由到鐵通固網(wǎng)用戶；（2）鐵通固網(wǎng)用戶GSM-R移動用戶：在固網(wǎng)用戶本地接入GSM-R系統(tǒng)的GMSC或最近的GMSC，再路由到GSM-R移動用戶。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（一）核心網(wǎng)規(guī)劃1、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2、無線覆蓋3、基站容量及頻率配置四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃普通單網(wǎng)BSCMSC設(shè)計電平－92/-95/-98dBm交織單網(wǎng)BSCMSC設(shè)計電平－92/-95dBm同址雙網(wǎng)BSC1BSC2MSC2MSC1交織雙網(wǎng)MSC2BSC1MSC1設(shè)計電平－92/-95dBmBSC22、無線覆蓋——覆蓋指標終端種類業(yè)務(wù)種類接收天線位置終端速度(km/h)覆蓋概率Prmin（dBm）列調(diào)機車臺話音及調(diào)度數(shù)據(jù)機車頂部未限定95%-98列控機車臺列控數(shù)據(jù)機車頂部v≤22095%-95220＜v≤28095%-95～-92280＜v95%-92四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃2、無線覆蓋——弱場解決方案直放站＋漏泄同軸電纜/天線方案設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時應(yīng)注意：同頻干擾來自同一個基站的基站信號和直放站信號如有交叉，則兩個信號的時延差應(yīng)小于15μs。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃2、無線覆蓋——多普勒頻移當移動終端相對于基站運動時，接收到的基站信號頻率會隨著其速度變化偏移一個值，反向也是如此。假設(shè)F發(fā)：基站發(fā)射頻率

F收：移動體接收頻率

F移：偏移頻率則： F收＝F發(fā)±F移（接近基站為“＋”，遠離為“－”）其中：F移＝列車運行速度/無線電波傳播速度×F發(fā)

四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃2、無線覆蓋——多普勒頻移F移=列車運行速度v/無線電波傳播速度×F發(fā)當F發(fā)=900MHz,v=300KM/H時，

F移=(300×103/3600)/(3x108)x(900X106)=250Hz

高速情況下，為了客服多普勒效應(yīng)，應(yīng)該在可能的前提下，盡量將基站/天饋位置遠離鐵路。

四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃2、無線覆蓋—BSC和BTS的設(shè)置原則（1）鐵路樞紐地區(qū)BSC與MSC同址設(shè)置，鐵路干線和沒有MSC的樞紐，BSC宜設(shè)置在較大的通信站。為減少BSC間的切換，各BSC所控制的區(qū)域應(yīng)相對集中，不跨鐵路局管界。（2）TRAU與MSC同址設(shè)置，并根據(jù)工程實際容量配置。（3）車站原則上應(yīng)設(shè)置基站，區(qū)間基站應(yīng)盡量靠近鐵路線，宜選在交通便利、供電可靠的地方。在鐵路樞紐車站、屏蔽性能良好的室內(nèi)、地下通道和旅客車廂內(nèi)，可根據(jù)需要采用微蜂窩基站和室內(nèi)分布系統(tǒng)。鐵路沿線弱場區(qū)應(yīng)用和現(xiàn)場情況合理選擇微蜂窩基站、直放站和LCX等技術(shù)措施解決。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃2、無線覆蓋—BSC的設(shè)置3－5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。原因：（1）提高系統(tǒng)可靠性（2）1個2M（120×16k）120/8=15載頻

3－5個基站，每基站2載頻，6－10個載頻，預(yù)留一定的余量四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃3、基站容量和頻率規(guī)劃基站容量：話務(wù)模型和用戶分布決定基站容量（1）語音業(yè)務(wù)：個呼：0.015erl組呼：（2）電路域數(shù)據(jù)：列控：1信道/列車 同步操控：3－4信道/列車（3）分組域數(shù)據(jù)：列尾、車次號、調(diào)度命令，約2個信道。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃3、基站容量和頻率規(guī)劃頻率配置GSM-R共4MHz頻率帶寬：885－889MHz(移動臺發(fā)，基站收)930－934MHz(基站發(fā)，移動臺收)

雙工收發(fā)頻率間隔45MHz，相鄰頻道間隔為200kHz。按等間隔頻道配置的方法，共有21個載頻。頻道序號從999～1019，扣除低端999和高端1019做為隔離保護，實際可用頻道19個。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃3、基站容量和頻率規(guī)劃頻率配置的基本原則為：同站址的兩個基站視為同一個基站進行規(guī)劃，滿足載頻間隔不小于400KHz要求；相鄰基站載頻間隔不小于400KHz。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃分組123456789第一層網(wǎng)100010011004100510081009101210131016第二層網(wǎng)100210031006100710101011101410151018組合第一層網(wǎng)頻率第二層網(wǎng)頻率131000，10041002，1006571008，10121010，1014921016，10011018，1003461005，10091007，1011811013，10001015，1002351004，10081006，1010791012，10161014，1018241001，10051003，1007681009，10131011，1015四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（二）無線網(wǎng)規(guī)劃帶寬問題：在樞紐地區(qū)，由于鐵路線向各個方向放射狀延伸，4MHz的頻率帶寬顯得比較擁擠，目前客專建設(shè)就遇到了此類問題，而且將來在客專與既有線平行建設(shè)時也會出現(xiàn)同樣的問題，因此頻帶有加寬的必要。干擾問題：由于目前使用的頻段為GSM的擴展頻段，與中國移動共用，因此在線路穿越繁華地市時干擾嚴重（膠濟線），鐵路應(yīng)申請專用頻段，信產(chǎn)部（2007）136號文件已下發(fā)，自2009年年底，鐵路GSM-R頻段專用。（1）TMSC之間采用網(wǎng)狀網(wǎng)連接。（2）MSC與相鄰兩TMSC之間采用雙星形連接。（3）GMSC與本地鐵通專用電話交換機之間采用點對點連接。（4）MSC到BSC之間采用星型連接，并有不同物理路由的迂回保護通道。（5）BSC與BTS之間盡量采用環(huán)形鏈接，條件不具備可采用星型、鏈型及混合型連接，要求有不同物理路由的迂回保護通道。（6）主備用HLR、SCP、SMSC之間通過廣域網(wǎng)實現(xiàn)高速互聯(lián)。（7）GPRS節(jié)點之間通過IP數(shù)據(jù)網(wǎng)互連。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（三）傳輸網(wǎng)規(guī)劃（四）建網(wǎng)原則核心網(wǎng)配合線路建設(shè)采取統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、分步實施的建設(shè)策略；無線網(wǎng)絡(luò)采取按線、分等級、分步實施的建設(shè)策略。時速300km及以上客運專線、高速鐵路以及貨運重載等線路按照滿足列控信息傳送標準進行建設(shè)；對于其他線路，根據(jù)運輸生產(chǎn)實際要求確定。

四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（四）建網(wǎng)原則近期（2006年～2010年）目標：根據(jù)鐵路路網(wǎng)中長期發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合客運專線等新線鐵路建設(shè)、結(jié)合鐵路第六次大提速和既有線技術(shù)改造工程建設(shè)GSM-R網(wǎng)絡(luò)；完成核心網(wǎng)建設(shè)。遠期目標：在已建成的GSM-R核心網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，根據(jù)各線實際需求和技術(shù)發(fā)展，繼續(xù)進行其他干線無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

GSM-R核心網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀：已建節(jié)點：4個，太原、拉薩、西寧、濟南已通過核心網(wǎng)初設(shè)鑒定：5個，北京、武漢、西安、上海、廣州（結(jié)合京津城際、武廣客專、京滬高速、鄭西客專建設(shè)）四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

（五）工程實施GSM-R無線網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀：已建線路：3條，大秦線：666公里，貨運專線，同站址雙網(wǎng)，同MSC青藏線：1142公里，新建線路，同站址雙網(wǎng)，異MSC膠濟線：473公里，客貨混運線路，單網(wǎng)待建線路：客專，京津城際，武廣、廣深港、石太、鄭西四、GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

吉林九江2007－2008上半年建設(shè)的客專線路（10條）北京－天津城際（2006.8－2007.10）石家莊－太原客專（2007.7－2008.10）鄭州－西安客專（2008.3－2009.3）廣深港客專廣深段（2008.4－2009.12）武漢－廣州客專（2007.7－2008.10）合肥－武漢客專（2007.3－2008.6）合肥－南京客專（2007.1－2007.8）長春－吉林城際（2007－2008）上海－南京城際（2007－2008）九江－南昌城際（2007－2008）2007－2008上半年建設(shè)的客專線路（10條）序號線路名稱正線里程（km）途徑省市工期1合寧166安徽、江蘇2007.1~2007.82京津126北京、天津、河北2006.8~2007.103合武359安徽、湖北2007.3~2008.64石太190河北、山西2007.7~2008.105武廣968湖北、湖南、廣東2007.7~2008.106鄭西473河南、山西2008.3~2009.37廣深港105廣東2008.4~2009.128長吉98吉林2007~20089九昌92江西2007~200810滬寧296上海、江蘇2007~2008合計28733個直轄市、10個省溫州大連秦皇島寧波廈門深圳蒲田福州向塘龍巖福州－廈門（2007～2009）龍巖－廈門（2007～2009）2008下半年啟動的客專（5條）和新建線路（8條）天津－秦皇島客專（2009~2010）石家莊－武漢客專（2009~2010)北京－上海高速北京－石家莊客專（2009~2010）哈爾濱－大連客專（2009.1~2010.1）溫州－福州（2007～2009）甬臺溫（2007～2009）廈門－深圳（2007～2009）向塘－莆田（2007～2009）宜昌武漢－宜昌（2007～2009）利川重慶－利川（2007～2009）福州－廈門（2007～2009）龍巖－廈門（2007～2009）向塘龍巖廈門深圳福州溫州莆田2008下半年啟動的客專（5條）序號線路名稱正線里程（km）途徑省市工期1哈大900黑龍江、吉林、遼寧2009.1~2010.12京石278北京、河北2009~20103津秦245天津、河北2009~20104石武838河北、河南、湖北2009~20105京滬1320北京、河北、山東、江蘇、安徽、上海－合計35813個直轄市、9個省2008下半年新建線路（8條）序號線路名稱正線里程（km）途徑省市工期1溫州－福州312浙江、福建2007－20092甬臺溫282浙江3福州－廈門273福建4廈門－深圳493福建、廣東5向塘－莆田640江西、福建6武漢－宜昌291湖北7龍巖－廈門171福建8重慶－利川244重慶、湖北合計27061個直轄市、5個省溫州大連秦皇島寧波廈門深圳蒲田福州向塘龍巖福州－廈門（2007～2009）龍巖－廈門（2007～2009）2007－2008年計劃建設(shè)GSM-R的既有線和編組站株洲杭州成都北編組場武漢北編組場新豐鎮(zhèn)編組場九江北京京九線（北京、河北、山東、河南、安徽、湖北、江西）浙贛線（湖南、江西、浙江）五、GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)五、GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)個別呼叫組呼廣播呼叫緊急呼叫五、GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)——個別呼叫移動終端按MSISDN號碼呼叫移動終端

移動終端按功能尋址呼叫移動終端

移動終端按ISDN號碼尋址呼叫固定終端

移動終端按位置尋址呼叫固定終端

固定終端按MSISDN號碼呼叫移動終端

固定終端按功能尋址呼叫移動終端

固定終端呼叫固定終端

五、GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)——組呼VGCS移動終端發(fā)起組呼

以GSM-R組ID向GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)起組呼

固定終端發(fā)起組呼以組地址向FAS發(fā)起組呼五、GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)——廣播呼叫VBS在特定區(qū)域內(nèi)進行呼叫一方說，多方聽的點對多點通信快速呼叫建立呼叫優(yōu)先級VGCS—隨時隨地的移動電話會議

VBS—實時的語音事件廣播通知五、GSM-R調(diào)度通信系統(tǒng)——緊急呼叫緊急299移動發(fā)起方以緊急呼叫組ID發(fā)起優(yōu)先級為0級的緊急呼叫。緊急情況，可以發(fā)起“299或599

”呼叫六、GSM-R在鐵路運營和服務(wù)中的特殊業(yè)務(wù)與應(yīng)用——功能尋址北京東環(huán)調(diào)度臺京秦西調(diào)度臺唐山樞紐調(diào)度臺京山三調(diào)度臺京山四調(diào)度臺調(diào)度呼叫司機T302120K212Y333L2922車站值班員呼叫司機六、GSM-R在鐵路運營和服務(wù)中的特殊業(yè)務(wù)與應(yīng)用——基于位置的尋址北京東環(huán)調(diào)度臺京秦西調(diào)度臺唐山樞紐調(diào)度臺京山三調(diào)度臺京山四調(diào)度臺司機1200呼叫調(diào)度T302120K212Y333L2922七、國外高速鐵路概況

意大利GSM–R的發(fā)展規(guī)劃意大利全國鐵路線總長2萬余公里，GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋7500公里。2002年8月18日，開始第一階段建設(shè)，2005年第四季度建設(shè)完成。在全國的普通鐵路網(wǎng)上部署4個MSC，14個BSC，1111個BTS，2套智能網(wǎng)。意大利鐵路計劃在所有高速鐵路上建設(shè)ETCS2，單獨建設(shè)GSM-R網(wǎng)絡(luò)滿足ETCS2的需要。高速鐵路網(wǎng)3個MSC。瑞士GSM–R的發(fā)展規(guī)劃瑞士全國鐵路線總長5000公里，全部GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋。2003年第一季度開始網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，計劃于2008年完工。全網(wǎng)部署2個MSC，15~20個BSC，1000~1200個BT