GSM-R无线通信.pdf

1 1 目录1.国内外发展状况,,,,,,,,,,,,,,,,,,1 2.CTCS 系统 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2 2.1.基本功能,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3 2.2.系统工作原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3 2.3.CTCS 应用等级,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3 3.CTCS3 系统体系 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4.CTCS 系统的关键设备,,,,,,,,,,,,,,,6 4.1 地面设备,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,6 4.2 车载设备,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5.无线通信GSM-R ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8 5.1 GSM/GSM-R工作原理 ,,,,,,,,,,,,,,,,85.2 GSM-R网络结构和功能,,,,,,,,,,,,,,,,13 6.参考文献 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 7.心得小结 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 2 2 引言随着我国铁路建设新一轮高潮的到来，今后新建的客运专线，城际铁路，高速铁路，均采用GSM-R 系统作为其综合无线通信系统，因此我国未来铁路无线通信系统平台必将建立在GSM-R 的系统平台上。

本文对CTCS3 系统的车载设备和地面设备进行了简单介绍着重探讨了GSM-R 网络的系统结构和GSM/GSM-R工作原理1.国内外发展状况近年来随着人工智能技术，计算机及其相关技术的飞速发展，世界各国都开始了用高新技术改造传统铁路运输模式的研究，目的在于提高铁路运输效率，增强铁路运营安全，提高服务质量，减少环境污染如作为欧洲21 世纪干线铁路总统解决方案的欧洲铁路运输管理系统 ERTMS ，法国铁路的连续实时追踪自动化系统ASTREE ，日本新干线的列车运营管理系统 COMTRAC和 COSMOS, 北美的先进列车控制系统ATCS，列车间隔控制系统PTS 和PTC， 美国旧金山港湾铁路的先进列车控制系统AATC ，日本的新一代列车控制系统ATACS及计算机和无线电辅助列车控制系统CARA T 等其中代表世界先进水平的高速铁路列控系统的如德国LZB 系统：采用轨道环线电缆传送列控信息；日本DS-ATC 系统：采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息；法国UM2000+TVM430系统：采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息（分级控制）；但以上三种高速列控系统均采用大量专有技术，相互间不兼容，技术平台不开放。

欧洲 ETCS 系统： 为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放；基于GSM-R 无线传输方式的ETCS2 系统，技术先进，并已投入商业运营；欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS 列控系统， 是未来高速列车控制系统的发展方向我国铁路地域广大、列车种类繁多、提速以后线路允许速度不统一，同为绿灯却有多种速度含义 另外，我国铁路行车主要特点是客货混跑、高低速列车共线运行，这样必然要求客货列车均需装备ATP，从而使得我国发展ATP 的难度明显大于国外我国铁路实行以地面信号为主、 以机车信号为辅的行车方式，对列车运行实行开环控制，依靠司机严守信号保证行车安全因此，习惯于现有机车信号＋监控装置的控车模式目前，机车普遍安装的通用机车信号未达到主体化的水平机车信号基于轨道电路和站内电码化，但轨道电路制式繁多，有的根本不能满足“主体化”的要求，将面临淘汰信号基础装备薄弱，影响了是我国ATP 的发展 GSM－R 移动通信系统用于铁路信号、用于ATP 系统和铁路综合移动信息平台，技术上有明显优势，产品得到多家厂商的支持，这在欧盟已得到证明我国GSM-R 网络建设还在起步阶段，影响了基于GSM-R 的 CTCS 的实施。

我国铁路第六次大面积提速调图推出了一系列重大技术创新成果，铁道部经过深入研究和科学论证，立足于我国技术和设备，参照国际相关标准和经验，提出了符合我国技术政策和铁路运输需要的中国列车运行控制系统 CTCS 技术体系和总体规划，在我国大力发展CTCS 系统以保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统第六次大提速200km/h 区段装备列车运行控制系统，CTCS-2 级区段延展里程5500 余公里， TVM430区段延展里程760 余公里，共计延展里程6260 公里， 涉及十个铁路局的7 条干线， 包括 16 个区段， 250 余个车站3 2.CTCS 系统2.1.CTCS系统的基本功能(1) 列控系统的车载信号是列车运行的凭证2) 按列车运行安全制动距离，自动调整列车运行追踪间隔3) 防止列车运行速度超过线路允许速度、道岔侧向规定速度以及列车构造速度，保证列车运行安全；列车运行超速时，由列控设备自动实行减速或制动停车4) 防止列车冒进关闭的禁止信号机( 或点 ) 5) 监督列车以低于30 km／h的速度进行出入库作业6) 与机车自身速度控制系统结合，实现对列车减速、缓解、加速的自动控制。

7) 与列车调度系统结合，实现对列车的简单自动驾驶8) 由车载测速单元获取列车走行速度和列车的位置通过每一个轨道区段分界点或应答器时，列车的测距系统将校正一次，以提高目标距离的精度9) 根据接收的地面中心信息，车载设备进行实时处理车载设备应连续向司机显示下列行车内容： 目标速度、 目标距离、 允许速度、 实际速度， 以及其他辅助报警显示：超速、 制动、缓解和故障2.2CTCS 基本功能 （1）系统按照故障- 安全原则，在任何情况下防止列车无行车许可证运行 （2）防止列车超速运行，包括列车超过进路允许速度、线路结构规定的速度、机车车辆构 造速度、临时限速和紧急限速、铁路有关运行设备的限速；能够以字符、数字及图形等方式 显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离；能够实时给出列车超速、制动、允许 缓解等表示以及设备故障状态的报警 （3）防止列车溜逸 2.3 工作原理 当列车运行在区间时, 由 ZPW2000 轨道电路传输连续信息, 包括行车许可、 空闲闭塞分区 数量和道岔限速、 线路长度、 线路坡度、 线路固定限速和列车定位等当列车运行在车站时, 由无线机车信号传输连续信息和点式信息, 其中连续信息包括进站信号、出站信号等 ,点式信 息包括进路、股道号、股道长度及临时限速的起点里程、长度、速度、车次、起止时间等。

车站列控中心功能由无线机车信号地面设备和CTC 或 TDCS 站机及其车务终端实现无 线机车信号地面控制柜从CTC 或 TDCS 分机获取临时限速值, 从联锁获取进路信息, 通过无线直接发送到车载ATP 设备在预告信号机处设置无源应答器( 可与区间应答器共用) 作为 无线机车信号启动和结束标志, 无线机车信号地面设备依此实现列车的注册和注销并建立列车与进路的对应关系 动车组车载ATP设备根据地面提供的列控动态信息、线路静态信息、 临时限速信息及有关动车组数据 , 生成控制速度和目标2 距离模式曲线, 控制列车运行 车载 ATP设备主要控制 模式分为 : 完全监控模式、部分监控模式、目视行车模式、调车模式、隔离模式和机车信号 模式同时 , 记录单元对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录2.4.CTCS 应用等级中国列车运行控制系统CTCS 规范中，根据功能要求和设备配置划分应用等级0～4级CTCS 应用等级 0：由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统CTCS 应用等级 1：由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能CTCS 应用等级 2：是基于轨道传输信息并采用车一地一体化系统设计的列车运行控制系统。

可实现行车指挥联锁列控一体化、区间一车站一体化，通信一信号一体化和机电一体化CTCS 应用等级 3：是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统其点式设备主要传送定位信息CTCS 应用等级 4：是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统地面可取消轨道电路，由无线闭塞中心和车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查，实现移动闭塞4 3.CTCS3 系统体系结构CTCS3 级列控系统是基于无线传输信息并采用传统方式检查列车占用的列车运行控制 系统 面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线通信的自动闭塞或虚拟自动闭塞，它 可以叠加在既有干线信号系统上CTCS3 级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机， 司机凭车载信号行车，满足客运专线和高速运输的需求CTCS3 级列控系统采取目标距离 控制模式和准移动闭塞方式同时具有CTCS2 级功能如图3-1 所示图 3-1 CTCS3 级运行示意图CTCS-3 级列控系统包括地面设备和车载设备地面设备由移动闭塞中心（RBC） 、列 控中心（ TCC） 、ZPW-2000（UM ）系列轨道电路、应答器（含LEU ） 、GSM-R 通信接口设 备等组成；车载设备由车载安全计算机（VC） 、GSM-R 无线通信单元（RTU） 、轨道电路信息接收单元 （TCR） 、 应答器信息接收模块（BTM ） 、 记录单元 （JRU/DRU ） 、 人机界面（DMI ） 、 列车接口单元（TIU ）等组成。

RBC 根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可，并通过GSM-R 无线通信系统将 行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3 级车载设备；同时通过GSM-R 无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息TCC 接收轨道电路的信息，并通过联锁系统传送给RBC；同时， TCC 具有轨道电路编 码、应答器报文储存和调用、站间安全信息传输、临时限速功能，满足后备系统需要应答器向车载设备传输定位和等级转换等信息；同时，向车载设备传送线路参数和临 时限速等信息， 满足后备系统需要应答器传输的信息与无线传输的信息的相关内容含义保持一致 车载安全计算机根据地面设备提供的行车许可、线路参数、 临时限速等信息和动车组参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车安全运行ETCS2的 无线命令图标说明：中央 联锁设备CTC无线 闭塞中心中央 联锁设备区域联锁有源应答器无源应答器HUULULL2L3L4L5300km/h动车组 按 ETCS2的无线命 令运行ETCS2的 无线命令列控中心道岔、 信号机应答器、 轨道电路列控中心 区域联锁道岔、 信号机应答器、 轨道电路列车速度防护曲线列控中心轨道电路 300km/h动车组 按 ETCS2的无线命 令运行5 4.CTCS3 系统的关键设备4.1.地面设备图 4-1 CTCS-3 级地面设备结构1）无线闭塞中心（RBC）CTCS3 系统地面设备的主要特点在于采用全线RBC 设备集中设置。

CTCS-2 级作为 CTCS-3 级的后备系统无线闭塞中心（RBC）或无线通信故障时，CTCS-2 级列控系统控 制列车运行 在 CTCS-3 级列控系统中，RBC 的主要功能包括：通过列车的CTCS 识别码获得列车的信息； 通过轨道电路提供的列车占用信息跟踪区域内列车；根据微机联锁、 轨道电路等系 统提供的信息，生成管辖内每一列车的运行许可；接收调度集中系统（CTC ）提供的临时限速信息；向管辖内列车传送列车当前运行许可、临时限速及线路参数 综合考虑各种限制条件、运行调试和维修维护的便利性，RBC 主机一般集中设置RBC 设备采用硬件安全比较冗余结构，其设备配置如图8-41 所示，设备配置包括：无 线闭塞单元（ RBU ） 、协议适配器（ VIA ） 、RBC 维护终端、司法记录器（JRU） 、ISDN 服务 器、操作控制终端和交换机等设备组成 操作控制终端：RBC操作控制终端由服务器和工作站组成，主要可完成站场图形显示、 进路及列车运行情况显示、列车的登记与注销、 紧急操作以及RBC系。