GSM-R铁路综合数字移动通信系统PPT课件
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《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……
GSMR介绍.ppt
防火墙 路由器
GPRS 归属接口服 务器
GPRS 接口服务器 GPRS 接口服务器
Radius 外 DNS
GGSN
内 DNS SGSN
PCU BSC
机车综合无线通信设备
3、大 秦 线
内容大纲
1) 重要地位 2) 机车同步操控系统 3) 调度通信 4) 无线车次号传输 5) 尾部风压传输
1) 重要地位
提速线路通信信号新技术设备及运用之三
GSM-R
李绍斌
bli@
北京交通大学电子信息工程学院
内容提要
列控模式的发展 列控信息传输技术的发展 三条试验线GSM-R GSM-R规划与发展 CTCS3与GSM-R
一、列控模式的发展
三显示模式 四显示模式 阶梯速度模式 连续速度模式 列控发展趋势
30B+D
应用 节点
编组控制单元
通信 子系统
GSM-R 车载
GSM-R 车载
GSM-R 车载
GSM-R 车载
RS-2 通信单元
RS-2 RS-2
通信单元 RS-2 RS-2
钢轨
无
以电缆交叉
电特性好为单位电缆无源自无电特性好电缆
无
以轨道环线
电特性好
为单位
空气
无
以线路某点坐标
为单位
电缆 电特性较好
无
根据不同无线方
式确定；GSM-R
无定位功能
三、三条试验线GSM-R
GSM-R在中国的发展 青藏线 大秦线
1、GSM-R在中国的发展
三个阶段：
可行性论证(技术政策，频率资源)； 技术试验(青藏线、大秦线、胶济线)； 工程建设实施。
(1) 调度通信
GSMR系统维护与应用课件第一章
第四代 4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN 于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度 电视不相上下的技术产品。 4G系统能够以100Mbps的速度下载， 比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足 几乎所有用户对于无线服务的要求。
11
1.1.3移动通信系统的特点和分类
用户
使用移动通信服务而付费的使用者
操作维护中心 负责管理维护移动交换网络 OMS
17
3.常见的移动通信系统
（2）无绳电话系统
18
3.常见的移动通信系统
（2）无绳电话系统 无绳电话是指用无线信道代替普通电话线，
在限定的业务区内给无线用户提供移动或固定 公共交换电话网（PSTN）业务的电话系统， 也是一种无线接入系统。它由一个或若干个基 站和多部手机组成，允许手机在一组信道内任 选一个空闲信道进行通信。一个基站形成一个 微蜂窝，多个微蜂窝构成一个服务区，区内的 手机都可通过基站得到服务。
（3）无线电波具有惊人的运动速度，是世界上 跑得最快的物质。每秒钟能跑30万公里，而其 他物质，比如声波，在空气中每秒只能传播 340米。
6
1.无线电波的特点：
（4）无线电波可以在真空中传播。
（5）无线电波的频率往往比其它波的频率高得 多。无线电波的频率可以达到几万赫兹、几十 兆赫兹。无线电波的波长、频率和振幅还可以 按照人们的 需要用机器来调节。
信； （3）按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多
址（TDMA）和码分多址（CDMA）等； （4）按接入方式可分为频分双工（FDD）和时分双工
（TDD）； （5）按覆盖范围可分为宽域网和局域网；
14
（6）按业务类型可分为电话网、数据网和综合 业务网；
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1.1.3移动通信系统的特点和分类
用户
使用移动通信服务而付费的使用者
操作维护中心 负责管理维护移动交换网络 OMS
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3.常见的移动通信系统
（2）无绳电话系统
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3.常见的移动通信系统
（2）无绳电话系统 无绳电话是指用无线信道代替普通电话线，
在限定的业务区内给无线用户提供移动或固定 公共交换电话网（PSTN）业务的电话系统， 也是一种无线接入系统。它由一个或若干个基 站和多部手机组成，允许手机在一组信道内任 选一个空闲信道进行通信。一个基站形成一个 微蜂窝，多个微蜂窝构成一个服务区，区内的 手机都可通过基站得到服务。
（3）无线电波具有惊人的运动速度，是世界上 跑得最快的物质。每秒钟能跑30万公里，而其 他物质，比如声波，在空气中每秒只能传播 340米。
6
1.无线电波的特点：
（4）无线电波可以在真空中传播。
（5）无线电波的频率往往比其它波的频率高得 多。无线电波的频率可以达到几万赫兹、几十 兆赫兹。无线电波的波长、频率和振幅还可以 按照人们的 需要用机器来调节。
信； （3）按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多
址（TDMA）和码分多址（CDMA）等； （4）按接入方式可分为频分双工（FDD）和时分双工
（TDD）； （5）按覆盖范围可分为宽域网和局域网；
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（6）按业务类型可分为电话网、数据网和综合 业务网；
GSM-R系统总体技术要求PPT
ITCS Server
应用举例3：列车运行控制（1）
地面设备层：主要包括列控中心、轨道电路和点式设备、接口单元、无线通信模块 等。
无线闭塞中心（RBC）：使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统。它根据列车占用情况及进路状态， 通过安全逻辑运算，产生控车命令，向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息，实现对运行列车的控制。 点式设备：主要提供列车定位信息。 轨道电路：主要用于列车占用检测及列车完整性检查。
1
电路域 数据业务
2
分组域 （GPRS） 业务
时延较大：1～2s。 投资大。
3
短消息业务
信令信道，QoS有保障。
传输速率较低。
采用功能号发短消息， 可定义优先级，保障重 要业务 适用移动终端与网络服 务器之间。 伴随呼叫建立和结束时 进行传送，适用移动终 端之间，信息不超过32 字节。
4
USSD信令
位置区1
位置区2
BSC
MSC
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）；
组呼、广播呼叫、多方通信、公众紧急呼叫。 电路域数据传输：提供透明传输通道。如与列控RBC节点、机
保密、支持DTMF、组呼静音/取消静音。
切换类型
f 1, TS 1 BTS f 2, TS 2
切换完成
BTS BSC BTS
BSC
切换完成 MSC
小区内部
MSC
BSS 内部
基本切换
BSS MSC BSS MSC - A MSC - B
【课件】GSM-R(GSM-Railway)__第1章 概述(2017新)
中国高铁走出去
o 2015年6月，俄罗斯，在中俄投资合作委员会第二次会议 框架下，由中国中铁二院工程集团有限责任公司参与投 标的俄罗斯首条高速铁路的规划设计合同在圣彼得堡正 式签署。
o 2015年9月，美国，中国铁路国际(美国)有限公司与美国 西部快线公司在拉斯维加斯市签署协议，双方将组建合 资公司，建设并经营“西部快线高速铁路”。
28
二、为什么要建设GSM-R?
GSM-R在欧洲的发展状况：
l最早开始建设的国家：瑞典（1998年） l在全国范围内普速干线建设的国家：意大利（7500km）、荷兰 （2800km） lGSM-R覆盖里程最长的国家：德国（36000km） l最早在高速线开通ETCS2的国家：意大利，罗马－那不勒斯 ， 2005年12月21日商用，运营时速347km/h；米兰－都灵2006年2月 10日正式商用运行，设计时速350km/h。
17
一、什么是GSM-R？
铁路相对GSM公网的特殊需求：
（1）用户级别不同（高级语音呼叫，包括：组呼、群呼、 增强多优先级与强拆）
（2）功能寻址（调度） （3）基于位置的寻址（机车呼叫前方车站、后方车站） （4）高速情况下的移动通信 （5）大量特殊的数据业务需求（列控、列尾、车次号等）
18
二、为什么要建设GSM-R?
背景介绍：中国高速铁路
到2015年底，中国高速铁路和快速城际铁路运营线路共计71条（段），含设 计时速200Km/h运营总里程达2.36万公里，高铁运营里程达到1.9万公里。 截至2016年底，中国高铁运营里程突破2.2万公里，居世界第一，占世界高铁 总里程的60%以上。
8
2015年9月24日，成都，英国财长奥斯本参观成都东站，坐在高铁驾驶室内留影。
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。
GSM-R基础理论讲课课件
2022/3/24
测量 自由空间
短期衰落
±2m
/2
长期衰落
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
距离 (m)
40
郑州通信段技术支持中心
GSM-R基础知识简介
分集接收
1 2
天线
m
G1
G2
Gm 可变增 益
切换逻 辑或解 调器
2022/3/24
同频干扰
功率
干扰信号
功率 有用信号
频率 f1
两个信号叠加
功率
频率 f1
合成信号
2022/3/24
频率
36
郑州f通1 信段技术支持中心
GSM-R基础知识简介
邻信道干扰
C (0 dB) Ic (-9 dB)
Ia2 (+41dB) Ia1 (+9 dB)
2022/3/24
F1 + 200 kHz + 400 kHz
2022/3/24
11
郑州通信段技术支持中心
1.2、GSM-R与GSM
2022/3/24
12
郑州通信段技术支持中心
GSM-R的与GSM
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。
郑州通信段技术支持中心
GSM-R的与GSM
调度通信系统
2022/3/24
测量 自由空间
短期衰落
±2m
/2
长期衰落
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
距离 (m)
40
郑州通信段技术支持中心
GSM-R基础知识简介
分集接收
1 2
天线
m
G1
G2
Gm 可变增 益
切换逻 辑或解 调器
2022/3/24
同频干扰
功率
干扰信号
功率 有用信号
频率 f1
两个信号叠加
功率
频率 f1
合成信号
2022/3/24
频率
36
郑州f通1 信段技术支持中心
GSM-R基础知识简介
邻信道干扰
C (0 dB) Ic (-9 dB)
Ia2 (+41dB) Ia1 (+9 dB)
2022/3/24
F1 + 200 kHz + 400 kHz
2022/3/24
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郑州通信段技术支持中心
1.2、GSM-R与GSM
2022/3/24
12
郑州通信段技术支持中心
GSM-R的与GSM
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。
郑州通信段技术支持中心
GSM-R的与GSM
调度通信系统
2022/3/24
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有线终端
CBC
BSC
Abis
BTS
BTS
Um
无线固定台
车载台 无线终端
手持台
IN SCP
L SSP
SMP
SCEP TCP/IP
IP
SMAP
GPRS SGSN Gn
GGb b PCU
GGSN GRIS
OSS OMC
SIM卡系 统管理
外部分组数 据网
铁路应用系统
19.05.2020
19.05.202-0
19.05.2020
19.05.202-0
66
二、GSM-R建设的意义
2、铁路发展出现许多新业务需求： （1）客运专线的业务需求：不中断传输，速率至少2.4kbps （2）货运专线机车同步控制传输 （3）车地信息化数据传输的需要 （4）有线、无线调度两网融合的需求
因此，既有系统无法满足铁路新业务需求，应建立一个能 完善解决铁路新业务需求、高安全可靠性、联网能力强、可满 足高速、重载运输及信息化需求的通信系统。
19.05.2020
19.05.202-0
55
二、GSM-R建设的意义
1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。 （1）投资方面：系统分散建设，投资浪费。 （2）系统功能方面：功能单一，不具备网络能力；频率
利用率低，容量有限；话音、数据业务争抢信道， 传输可靠性低，数据传输能力差。 （3）存在的问题：枢纽地区干扰严重；是开放系统，不 具保密性。
10 10
三、GSM-R系统介绍
1、网络子系统（NSS）：
（1）移动交换子系统（SSS）
主要完成用户的业务交换功能，完成用户数据与移动性管理、安 全性管理。
（2）移动智能网（IN）子系统
是在SSS中引入的智能网功能实体，将网络交换功能和业务控制功 能相分离，实现对呼叫的智能控制 。
（3）通用分组无线业务（GPRS）子系统
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一、什么是GSM-R
铁路相对GSM公网的特殊需求：
（1）用户级别不同（高级语音呼叫，包括：组呼、群呼、 增强多优先级与强拆）
（2）功能寻址（调度） （3）基于位置的寻址（机车呼叫前方车站、后方车站） （4）高速情况下的移动通信 （5）大量特殊的数据业务需求（列控、列尾、车次号等）
19.05.2020
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一、什么是GSM-R
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）
2、基站子系统（BSS）
MSC
A接口
口
BSS
移动终端
BSS通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号 发送接收和无线资源管理；与MSC相连，实现移动用户之 间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统 信号和用户信息等。
基站控制器（BSC） 编译码和速率适配单元（TRAU） 小区广播短消息中心（CBC） 基站收发信机（BTS） 弱场设备（直放站、漏缆）
目前已在欧洲13个国家开始广泛实施，具体包括：德国、英国、 法国、意大利、斯洛伐克、荷兰、瑞典、瑞士、西班牙、捷克、芬 兰、挪威、比利时。其中，瑞典、德国、意大利、瑞士、挪威、西 班牙、荷兰等7个国家开通了商用GSM-R网络。 最早开始建设的国家：瑞典（1998年） 在全国范围内普速干线建设的国家：意大利（7500km）、荷兰 （2800km） GSM-R覆盖里程最长的国家：德国（36000km） 最早在高速线开通ETCS2的国家：意大利，罗马－那不勒斯 ， 2005年12月21日商用，运营时速347km/h；米兰－都灵2006年 2月10日正式商用运行，设计时速350km/h。
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一、什么是GSM-R
GSM-R（Globle System of Mobile for Railway） 专门针对铁路对移动通信的需求而推出的专用系统， 它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技术 。
是通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一 种技术体制。
19.05.2020
19.05.202-0
19.05.2020
19.05.202-0
12 12
三、GSM-R系统介绍
3、运行与支持子系统（OSS）
（1）网管:交换、智能网、GPRS网管、基站网管、直放站网管 等。
（2）SIM卡管理系统:铁道部管理中心、路局发卡中心两级结 构
（3）计费、结算、营帐、客服子系统
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负责为无线用户提供分组数据承载业务。 GPRS核心层：由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能实体组成； GPRS无线接入层：由PCU、基站、终端等组成。利用GSM-R系统的 设备资源，保护投资；与GSM-R系统共用频率资源；
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11 11
三、GSM-R系统介绍
13 13
三、GSM-R系统介绍
4、终端设备 终端是供GSM-R系统用户直接操作、使用，用来接入 GSM-R网的设备，包括移动台和无线固定台。 （1）移动台包括（机车、汽车）车载台，手持台、列控数 据传输设备、列尾信息传输设备和防灾检测信息传输、车 辆安全检测信息传输终端等。 移动台由移动设备和SIM卡组成。 （2）无线固定台为非移动状态下使用的无线终端，具备与 移动台相同的业务功能。
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二、GSM-R建设的意义
3、欧洲选择GSM-R的原因 （1）取代落后的模拟设备、提升系统性能的需要； （2）欧洲铁路互通性的需要； （3）新业务的需要（欧洲列车控制系统）
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二、GSM-R建设的意义
GSM-R在欧洲的发展状况：
GSM-R铁路综合数字移动通信系统
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学习交流资料 19.05.202-0
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目录
一. 什么是GSM-R 二. GSM-R建设的意义 三. GSM-R系统介绍 四. GSM-R网络规划 五. GSM-R调度通信系统 六. 国内GSM-R发展现状
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三、GSM-R系统介绍
电路域数字 应用系统 PRI
SSS
SMSC
HLR/AuC
No.7
C/D
MSC/VLR E/G
AC
No.7
其他通信网 No.7
GMSC
MSC/VLR/GCR/IWF
A
Gr
PRI
BSS
TRAU
铁路调度通 信系统
终端设备 调度台
终端 车设站备台