高鐵通信概論.ppt

1、,北京交通大學(xué)軌道交通與安全國家重點實驗室 吳 昊 ,高速鐵路通信概論,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（Globle System of Mobile for Railway）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

2、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

3、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?fàn)顩r,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(yán)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)

4、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(dāng)一個信道遇忙時，其它用戶只能等待，往往造成該信

5、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(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

6、多問題。 （3）存在的問題 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

7、。,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?（4）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

8、、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

9、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

10、息化數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?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、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

11、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?fàn)顩r： 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

12、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

13、） 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(fù)責(zé)用戶的移動性管理和呼叫控制； 拜訪位置寄存器（VLR）：負(fù)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(fù)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(biāo)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，

14、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(fù)責(zé)向MSC傳送短消息信息； 確認(rèn)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（

15、SCEP）。,三、GSM-R系統(tǒng)介紹 1、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng),GPRS子系統(tǒng)：負(fù)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(fù)責(zé)提供G

16、PRS網(wǎng)內(nèi)部SGSN、GGSN 等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的域名解析等。 RADIUS:認(rèn)證服務(wù)器,負(fù)責(zé)存儲用戶的身份信息，并完成用戶的認(rèn)證和鑒權(quán)等功能。 PCU:分組控制單元，負(fù)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(fù)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。 基站控制器（BSC） 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）,三、GSM-R系統(tǒng)介紹 3、運行與支持子

17、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、

18、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510s（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

19、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(rèn)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9.05171.2kbit/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) 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。 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

20、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(dāng)前車站值班員等。 精確位置尋址 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) 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)。 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。 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,I

21、WF,無線閉塞中心,車載單元,。,1、CTCS 3級系統(tǒng) （Chinese Train Control System）,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(biāo)、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；

22、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（centralized traffic control 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

23、： （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,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,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,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,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。

24、（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,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(dāng)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120150進行配置，確定HLR容量為800000用戶，遠(yuǎn)期可進行

25、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(yuǎn)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(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(yuǎn)期平滑擴容。,四、

26、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、GPRS 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。,四、 GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 （一）核心網(wǎng)規(guī)劃,3、GPRS GPRS節(jié)點

27、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

28、務(wù)器GROS,4、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),交織單網(wǎng),同址雙網(wǎng),MSC2,MSC1,交織雙網(wǎng),MSC2,2、無線覆蓋覆蓋指標(biāo),四、 GSM-R網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 （二）無線網(wǎng)

29、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15s。,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(dāng)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(yuǎn)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

30、度F發(fā) 當(dāng) F發(fā)=900MHz,v=300KM/H時， F移=(300103/3600)/(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(yuǎn)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

31、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 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。 原因：（1）提高系統(tǒng)可靠性 （2）1個2M（12016k） 120/8=15載頻 35個基站，每基站2載頻，610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)

32、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：34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： 885889MHz (移動臺發(fā)，基站收) 930934MHz (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9991019，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)

33、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,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(yán)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

34、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；

35、 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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)：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(yuǎn)期目標(biāo)：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

36、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,20072008上半年建設(shè)的客專線路（10條）,20072008上半年建設(shè)的客專線路（10條）,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（200

37、72009）,2008下半年啟動的客專（5條）和新建線路（8條）,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）,2008下半年新建線路（8條）,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（20072009）,20072008年計劃建設(shè)GSM-R的既有線和編組站,株洲,杭州,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

38、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

39、服務(wù)中的特殊業(yè)務(wù)與應(yīng)用 功能尋址,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,七、國外高速鐵路概況,意大利GSMR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)ETCS 2，單獨建設(shè)GSM-R網(wǎng)絡(luò)滿足ETCS 2的需要。高速鐵路網(wǎng)3個MSC。,瑞士GSMR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，1520個BSC，10001200個BTS。瑞士鐵路在70km的鐵路線上對ETCS 2進行商業(yè)化，并將在新高速鐵路線（Lucerne 伯爾尼）裝備ETCS 2設(shè)備。,法國GSMR的發(fā)展規(guī)劃,法國全國鐵路總長31724公里，GSM-R網(wǎng)絡(luò)覆蓋14000公里。2003年開工，