GSM-R无线通信系统概述
合集下载
《gsmr系统介绍》ppt课件
列车控制系统（CTCS）应用
列控数据传输
CTCS通过GSM-R网络传输列控 数据，包括列车位置、速度、信 号状态等信息，确保列车运行安
全。
车载设备通信
利用GSM-R网络的无线通信功 能，实现车载设备与地面设备之 间的实时通信，提高列车运行效
率。
远程故障诊断
通过GSM-R网络，地面控制中 心可对车载设备进行远程故障诊 断和处理，减少故障对列车运行
和通信性能。
06
未来发展趋势与挑战
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
5G技术在铁路通信中融合应用前景
5G技术为铁路通信提供更高速率、更低时延
5G技术的高速率和低时延特性将极大提升铁路通信效率，满足列车高速运行中的实时通 信需求。
5G与铁路业务深度融合
5G技术可支持铁路列控、调度、监测等多种业务，实现与铁路业务的深度融合，提升铁 路运营效率。
归属位置寄存器（HLR）
存储用户数据，提供鉴权和位置更新 服务
访问位置寄存器（VLR）
临时存储漫游用户数据，配合MSC 完成呼叫处理
设备识别寄存器（EIR）
存储设备黑名单，防止非法设备接入 网络
无线网组成及功能
基站控制器（BSC）
管理基站，实现无线资源分配和调度
编码器和速率适配器
实现语音编码和速率适配，保证语音通信质 量
与专用移动通信系统比较
1 2
频率分配
GSM-R使用专用频率，避免与其他系统干扰， 而专用移动通信系统可能使用共享频率。
标准化程度
GSM-R基于国际通用标准，易于实现设备互联 互通，而专用移动通信系统可能采用不同标准。
3
GSM-R系统介绍
京津城际铁路
▪ 最高运行速度350km/h ▪ 预留列车控制数据传输
胶济线
▪ CTC区段，列车接车进路预告 ▪ 基础网络由西门子提供
已开通线路
▪ 京津城际、大秦线、青藏线 ▪ 胶济线、合武线、石太线
2009年开通线路
▪ 温福线、甬台温、温福 ▪ 武广、郑西
GSM-R系统网络克
▪1 MSC/40 BTS
捷克
▪4000km ▪2 MSC/30 BSC
瑞士
▪3000km ▪2 MSC/20 BSC/1200 BTS ▪2000车载台/20000手机
GSM-R国内现状
青藏线
▪ 为列车控制提供通信平台 ▪ 基础网络由北电网络提供
大秦线
▪ 为机车同步操控提供平台 ▪ 基础网络由华为公司提供
GSM-R标准制定
UIC成立了欧洲铁路综合数字移动通信网络标准化组织(EIRENE) 铁路需求规范
❖ 系统需求 ❖ 功能需求 ❖ 电磁环境指标 技术标准的制定：设备兼容、终端兼容、业务兼容
GSM-R的发展 (二)
系统试验
1997年：24国32个铁路组织签署GSM-R谅解备忘录 UIC成立专门组织MORANE：验证系统可靠性、兼容性等 法国SNCF试验线
❖ 软硬件冗余备份 ❖ 广域网实现高速互联，保证SCP数据实时同步 ❖ 主备用方式 -> 负荷分担方式
GSM-R规划－编号方案
IC+CT+UN (UIN+FC)
国际代码IC
086
呼叫类型 CT
GSM-R系统介绍
GSM-R是什么?
以GSM Phase 2+为基础 增加铁路专用调度通信功能
功能寻址(FA)：车次号、机车号、司机、车长…… 基于位置的寻址(LA)：当前车站值班员、当前调度员……
▪ 最高运行速度350km/h ▪ 预留列车控制数据传输
胶济线
▪ CTC区段，列车接车进路预告 ▪ 基础网络由西门子提供
已开通线路
▪ 京津城际、大秦线、青藏线 ▪ 胶济线、合武线、石太线
2009年开通线路
▪ 温福线、甬台温、温福 ▪ 武广、郑西
GSM-R系统网络克
▪1 MSC/40 BTS
捷克
▪4000km ▪2 MSC/30 BSC
瑞士
▪3000km ▪2 MSC/20 BSC/1200 BTS ▪2000车载台/20000手机
GSM-R国内现状
青藏线
▪ 为列车控制提供通信平台 ▪ 基础网络由北电网络提供
大秦线
▪ 为机车同步操控提供平台 ▪ 基础网络由华为公司提供
GSM-R标准制定
UIC成立了欧洲铁路综合数字移动通信网络标准化组织(EIRENE) 铁路需求规范
❖ 系统需求 ❖ 功能需求 ❖ 电磁环境指标 技术标准的制定：设备兼容、终端兼容、业务兼容
GSM-R的发展 (二)
系统试验
1997年：24国32个铁路组织签署GSM-R谅解备忘录 UIC成立专门组织MORANE：验证系统可靠性、兼容性等 法国SNCF试验线
❖ 软硬件冗余备份 ❖ 广域网实现高速互联，保证SCP数据实时同步 ❖ 主备用方式 -> 负荷分担方式
GSM-R规划－编号方案
IC+CT+UN (UIN+FC)
国际代码IC
086
呼叫类型 CT
GSM-R系统介绍
GSM-R是什么?
以GSM Phase 2+为基础 增加铁路专用调度通信功能
功能寻址(FA)：车次号、机车号、司机、车长…… 基于位置的寻址(LA)：当前车站值班员、当前调度员……
GSM-R铁路综合数字移动通信系统
隧道和地下车站覆盖
GSM-R系统采用特殊的信号传输技术，实现了隧道 和地下车站的有效覆盖，保证了在这些区域的通信 质量。
山区和荒漠覆盖
GSM-R系统具备在山区和荒漠等复杂地形 下的覆盖能力，能够满足在这些区域的通信 需求。
兼容性好
与现有通信系统兼容
GSM-R系统与现有的公众移动通信网络兼容，如GSM、GPRS等，方便用户在铁路沿线及列车上使用 手机、上网等通信服务。
GSM-R铁路综合数字移动通信系 统
目录
• 引言 • GSM-R系统的组成 • GSM-R系统的功能 • GSM-R系统的优势 • GSM-R系统的应用场景 • GSM-R系统的未来发展
01 引言ห้องสมุดไป่ตู้
目的和背景
铁路运输是全球范围内重要的交通方 式之一，保障铁路运输的安全和效率 至关重要。
GSM-R系统是为了满足铁路运输在移 动通信方面的特殊需求而设计的，旨 在提供高效、可靠的通信服务，支持 列车控制、调度、旅客信息等多种应 用。
VS
远程监控
GSM-R系统可以用于远程监控货运列车 的运行状态和货物安全，提高运输安全性 和可靠性。
06 GSM-R系统的未来发展
5G技术在GSM-R系统中的应用
5G技术将为GSM-R系统带来更高的数据传输速率、更低的延迟和更高的可靠性，提 升铁路运输的安全性和效率。
5G技术将促进铁路移动通信系统的升级，支持更高清的视频监控、更准确的定位和 更智能的调度控制。
列车控制和调度通信
列车控制指令的传输
GSM-R系统能够传输列车控制指令，如启动、停止、加速、减速等，实现对列车的远程控制。
调度指令的传输
调度员可以通过GSM-R系统向列车发送调度指令，如调整列车运行计划、优先级调整等，确保列车的有序运行。
1-GSM-R系统简介和组成解析
Um 无线终端 调度台 车站台 无线固定台 有线终端 车载台 手持台 BOSS 网管 用户、业务管理系统
2、交换子系统概述（1）
SSS主要完成GSM-R系统的基本交换功能、呼叫接续功能以 及用户数据管理和移动性管理。 提供的业务：基本话音呼叫业务；电路域数据传输。
话音呼叫：点对点话音呼叫（MS之间，MS与有线FT之间）；
开放的标准、成熟的产业链、提供全球漫游服务
定位于公众移动通信的商用网络，用户多、使得建网成本大幅下降 我国GSM移动用户3.9亿（总用户数5.08亿），占总用户的77%，网络规模 全球位居第一
GSM与GSM-R的关系-六大关系
GSM-R理论建立在GSM理论基础之上； GSM-R技术建立在GSM技术基础之上； GSM-R工业以GSM工业为基础； GSM-R工程建设以GSM工程经验为基础； GSM-R应用开发吸收GSM成功经验； GSM-R的市场铁路专用，GSM公众商用。
结合铁路需求、进行优化而得到的系统（高速、调度通信） 定位于铁路专用移动通信的系统（与公网在业务、服务质量、用户有所 不同） 在欧洲铁路得到广泛推广应用，在亚洲、非洲、澳洲、美洲铁路有应用 是我国铁路第二代移动通信系统，实现了第一代模拟移动通信向数字移 动通信的质的飞跃
二、GSM-R基本原理
1、频率资源 2、TDMA技术 3、蜂窝原理 4、话音编码和信道编码 5、切换 6、漫游 7、业务和信令
1、无线资源
电磁波：是一系列不同频率辐射的总称，不同频率（波长）的电磁波，表现差异，因此常将 电磁波谱划分成若干波段。按照频率从低到高的顺序可分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、 红外线与无线电波等等。
安全高效的铁路专用数字无线通信系统-GSM—R
Ｃ Ｒ （ 车综合通信设备 ）、Ｏ Ｈ （ Ｉ 机 Ｐ 手持操作台 ）及其 他固定终端等构成 。
Ｇ Ｍ． 通信系统是专 为铁路设计 ，并为铁 路服务 Ｓ Ｒ 的通信 系统 ，这个系统实现 了如下功能 ：
二 、ＧＳ — Ｒ网络 构成 Ｍ
Ｇ Ｍ—Ｒ网络主要包括无线 网络 、交换 网络及有线 ｓ 传输 网络。
小范围；更适于隧道 内通信（ 相对４ ０ ｚ ８０ ｚ ５ＭＨ 和１０ ＭＨ 频
带１ 。
数据业务 ，包括 点对点 呼叫 、点 对点 的紧急呼 叫 、广 播 呼叫 、组 呼叫 、铁路 紧急呼 叫、多方通 话 、短 消息 等 业务 ；调 度功 能 业务 ，包 括增 强 多 优 先级 与 强 拆 （ＭＬ Ｐ业务 、语音广播 呼叫业务（ ｓ 、语音组呼业 Ｅ Ｐ） ｖＢ ） 务（ Ｃ ） ＶＧ Ｓ ；铁路 特定 业务 ，包括功能寻址 、基 于位置 的寻址 、铁路紧急呼叫、调车作业 、多驾驶员通信等业
路 工种繁 多 ，各部 门无线移 动通信 、有 线通信 自成体
系 ，不能互联互通 ；模拟无线列调不能满足新一代基于
数据采集传 输应用 系统来实 现数据传输 ，也可 以采用
Ｇ Ｒ 方式来实现。 Ｐ Ｓ
通信 的列车控制系统对车地 间传输通道 的要求 Байду номын сангаас己经不
适 应现代铁 路运输 的需要 。为顺应铁路 运输 的发展需 求 ，我 国从２ 世纪８ 年代末就开始不断地研究和探 索能 ０ ０ 够满足铁路运输需要 的无线通信系统 ，最终正式确定将 Ｇ Ｍ． 作 为我 国铁路专用 通信 的发展方 向 ，并首先在 Ｓ Ｒ 青藏线 、大秦线 使用 了ＧＳ Ｒ Ｍ— 通信 系统 ，获得成功 。 到 目前为 止 ，我 国 已在多 条高铁 、城际铁路 、普线建 成并使用ＧＳ Ｒ Ｍ． 数字移 动通信系统 ，如武广线 、郑西 线 、胶济线 、广深线 、武九线 、宜万线等等 ，实现了列 车的安全运行 ，建立 了车内和铁路控制中央系统 ，并且 和紧急救助部门实现 了互联。另外多条新建 、改建线路 也将ＧＳ Ｒ 为通 信系统 建设 的 目标 。因此 ，ＧＳ Ｒ Ｍ． 作 Ｍ． 数字移动通信系统 已经成为我国铁路全新的和主要的通 信方式 。
GSM-R-基本介绍
通过定义呼叫矩阵，根据主、被叫用户的功能号码进行呼叫裁决，判断是否允许呼 叫接续，从而定义GSM-R网络中主叫方与被叫方的接入关系。
在铁路无线列调作业过程中，每个调度员具有一定的管辖区域。通过利用呼叫区域 限制功能，可以限制调度员呼叫非管辖区内的移动用户。 呼叫区域限制仅适用于点对点呼叫。
eMLPP（Enhanced Multi-Level Precedence and Pre-emption）业务允许网络根据 用户的不同优先级在网络资源被占用的情况下实施不同的策略：排队和抢占，另外 还可采用不同的呼叫建立和指配过程以满足不同优先级呼叫对时延的要求。
• 2. GSM-R中CSD业务采用异步透明传输的优点？
• 异步传输保证数据业务的准确性，透明传输提高数据传输速率
• 3.BTS在设备组网方式上分为（星型组网）、（链型组网）、 （树型组网）和（环型组网）。
第26页，共27页。
GSM-R复习题
• 4.哈大高铁BTS组网方式为树型组网。（错） • 5.所有接入紧急呼叫的用户在呼叫结束后都需要AC确认。（对） • 6.哪种业务不是GSM-R典型业务（ C） • A.组呼 B.功能号码呼叫 C.漫游 D.呼叫区域限制 • 7.那种GSM-R设备是沈局没有的？（D）
链型组网对串联的级数有限制，串联的节点数不要 超过5 级。
BSC
BTS
BTS
BTS
第21页，共27页。
Page 21
设备组网-树型组网
BTS 树型组网方式适用于网络结构、站点及用 户密度分布较复杂的情况，比如大面积用户与热 点地区或小面积用户交错的地区。
树型组网对串联的级数有限制，一般要求串联不 超过5 级，即树的深度不要超过5层。
GSM-R简介
在铁路无线列调作业过程中，每个调度员具有一定的管辖区域。通过利用呼叫区域 限制功能，可以限制调度员呼叫非管辖区内的移动用户。 呼叫区域限制仅适用于点对点呼叫。
eMLPP（Enhanced Multi-Level Precedence and Pre-emption）业务允许网络根据 用户的不同优先级在网络资源被占用的情况下实施不同的策略：排队和抢占，另外 还可采用不同的呼叫建立和指配过程以满足不同优先级呼叫对时延的要求。
• 2. GSM-R中CSD业务采用异步透明传输的优点？
• 异步传输保证数据业务的准确性，透明传输提高数据传输速率
• 3.BTS在设备组网方式上分为（星型组网）、（链型组网）、 （树型组网）和（环型组网）。
第26页，共27页。
GSM-R复习题
• 4.哈大高铁BTS组网方式为树型组网。（错） • 5.所有接入紧急呼叫的用户在呼叫结束后都需要AC确认。（对） • 6.哪种业务不是GSM-R典型业务（ C） • A.组呼 B.功能号码呼叫 C.漫游 D.呼叫区域限制 • 7.那种GSM-R设备是沈局没有的？（D）
链型组网对串联的级数有限制，串联的节点数不要 超过5 级。
BSC
BTS
BTS
BTS
第21页，共27页。
Page 21
设备组网-树型组网
BTS 树型组网方式适用于网络结构、站点及用 户密度分布较复杂的情况，比如大面积用户与热 点地区或小面积用户交错的地区。
树型组网对串联的级数有限制，一般要求串联不 超过5 级，即树的深度不要超过5层。
GSM-R简介
铁路综合数字移动通信系统gsm-r
在中国铁路的频段为上行885-889MHz，下行方向为930-934MHz。
GSM-R系统包括网络子系统〔NSS〕、基站子系统〔BSS〕、运行和业务支撑子系统〔OSS/BSS〕和终端设备等四个局部。
其中，网络子系统包括移动交换子系统〔SSS〕、移动智能网〔IN〕子系统和通用分组无线业务〔GPRS〕子系统。
GSM-R系统采用主从同步方式，TMSC、MSC、HLR、SCP等设备应就近从BITS设备中获取定时信号，MSC至BSS间的G数字链路应兼作同步链路使用，BSS从MSC获取同步时钟信号，也可从就近的BITS设备或SDH设备提取同步时钟信号。
GSM-R传输系统指的是为GSM-R系统各子系统之间的连接提供通道的数字传输系统，包括GSM-R系统为提供根本效劳所必需的传输配套单元，如传输光、电缆和传输设备，但不包括直放站远端机和近端机之间的连接通道，也不包括天馈线等连接。
具体的实际应用：厦深高铁、广深港高铁、青藏线、大秦线、胶济线、武广线、郑西线、新丰镇编组站、石太线、合宁线、合武线、京津城际线,京沪高铁等。
补充资料固定点与移动点或移动点与移动点之间的铁路工作人员的专用无线电通信，主要有列车无线电通信、站内无线电通信、无线电报警装置，以及其他铁路工作人员使用的无线电通信等。
铁路移动通信是保证行车平安，防止作业事故，提高运输效率，加速机车周转，以及改善效劳质量等不可缺少的通信手段，是铁路通信的重要组成局部。
gsm-r开展简史编辑早在20世纪20年代，一些国家的铁路开始进行了机车与地面之间的无线通信试验。
40年代，许多国家相继在列车上装置电子管无线，采用中、短波段。
50年代一般用短波段的点对点无线通信。
60年代，随着晶体管和集成电路的开展和应用，铁路移动通信大量采用甚高频(VHF)和超高频(UHF)的频段，采取选址、双工、多用户进行组网的通信，在设备方面体积减小，重量减轻，功耗降低,可靠性增高,并能适应各种气候条件。
GSMR概述
第一章 GSM-R概述
1
名词缩写
GSM: GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 全球移动通信系统 GSM-R: GSM for Railways 全球铁路移动通信系统
2
GSM与GSM-R的关系—六大关系
GSM-R理论建立在GSM理论基础之上； GSM-R技术建立在GSM技术基础之上； GSM-R工业以GSM工业为基础； GSM-R工程建设以GSM工程经验为基础； GSM-R应用开发吸收GSM成功经验； GSM-R的市场铁路专用，GSM公众商用。
1.3 GSM-R与铁路信息化
铁路信息化是铁路现代化的重要标志 铁路信息化的重要通道--发展综合数字移动通信网络 GSM-R是铁路信息化的重要组成部分 铁路通信信号一体化是电务现代化的重要内容
公网技术体制：GSM、CDMA 铁路专网技术体制： （1）无线列调 （2）模拟集群： SMRATZONE（广深试验）、 MPT1327（北京局、柳南）、UNIDEN（北京、 成都、上海等） （3）数字集群：TETRA（秦沈）、GT800（重 庆）、GOTA（长春） （4）GSM-R（欧洲）
1.2 中国铁路运输对无线通信的要求
（2）系统功能
话音、数据业务争抢信道，传输可靠性低，数 据传输能力差。 经测算，在TDCS和CTC区段，当列车运行时速 超过250公里时，综合考虑调度命令、行车凭证、 车次号、进路预告等数据信息传送和车机联控话 音通信需求时，业务密度加大，碰撞概率很大 。 基于无线列调系统的数据传输速率仅达到 1.2Kb/s。
（2）系统功能 频点固定分配、信道固定使用，频率利用率低，容量有限 铁路无线通信系统主要使用450M频段，共58对频点， 固定分配给了无线列调、站调、公安等无线系统使用，各 个部门间不能相互共享，造成频率资源的极大浪费。如北 京、徐州、郑州枢纽等地已无频点可供申请使用。 既有无线通信系统采用频点（信道）固定分配的方式， 信道长期指配给某一系统（通常按专业划分）用户使用， 当一个信道遇忙时，其它用户只能等待，往往造成该信道 上的用户争抢或者出现阻塞，通信质量得不到保证；而信 道空闲时，别的系统用户也并不能利用该信道进行通信。 这无疑是对频率资源的一种浪费，也制约了用户数量的进 一步发展。
1
名词缩写
GSM: GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS 全球移动通信系统 GSM-R: GSM for Railways 全球铁路移动通信系统
2
GSM与GSM-R的关系—六大关系
GSM-R理论建立在GSM理论基础之上； GSM-R技术建立在GSM技术基础之上； GSM-R工业以GSM工业为基础； GSM-R工程建设以GSM工程经验为基础； GSM-R应用开发吸收GSM成功经验； GSM-R的市场铁路专用，GSM公众商用。
1.3 GSM-R与铁路信息化
铁路信息化是铁路现代化的重要标志 铁路信息化的重要通道--发展综合数字移动通信网络 GSM-R是铁路信息化的重要组成部分 铁路通信信号一体化是电务现代化的重要内容
公网技术体制：GSM、CDMA 铁路专网技术体制： （1）无线列调 （2）模拟集群： SMRATZONE（广深试验）、 MPT1327（北京局、柳南）、UNIDEN（北京、 成都、上海等） （3）数字集群：TETRA（秦沈）、GT800（重 庆）、GOTA（长春） （4）GSM-R（欧洲）
1.2 中国铁路运输对无线通信的要求
（2）系统功能
话音、数据业务争抢信道，传输可靠性低，数 据传输能力差。 经测算，在TDCS和CTC区段，当列车运行时速 超过250公里时，综合考虑调度命令、行车凭证、 车次号、进路预告等数据信息传送和车机联控话 音通信需求时，业务密度加大，碰撞概率很大 。 基于无线列调系统的数据传输速率仅达到 1.2Kb/s。
（2）系统功能 频点固定分配、信道固定使用，频率利用率低，容量有限 铁路无线通信系统主要使用450M频段，共58对频点， 固定分配给了无线列调、站调、公安等无线系统使用，各 个部门间不能相互共享，造成频率资源的极大浪费。如北 京、徐州、郑州枢纽等地已无频点可供申请使用。 既有无线通信系统采用频点（信道）固定分配的方式， 信道长期指配给某一系统（通常按专业划分）用户使用， 当一个信道遇忙时，其它用户只能等待，往往造成该信道 上的用户争抢或者出现阻塞，通信质量得不到保证；而信 道空闲时，别的系统用户也并不能利用该信道进行通信。 这无疑是对频率资源的一种浪费，也制约了用户数量的进 一步发展。