GSM-R系统的组成及业务功能

1、第三章 GSM-R系统的组成及业务功能第一节 GSM-R 系统概述一、名词解释GSM:全球移动通信系统GSM-R:全球铁路移动通信系统。GSM-R是铁路综合数字无线通 信系统，通过无线通信方式实现移动话音和数据传输，是基于GSM （公 网）而发展起来的一种数字传输技术体制GPS ：全球定位系统，铁路上用于实现列车追踪控制GPRS:通用分组无线业务IN ：智能网二、 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。GSM-R 是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统， 属于第二代铁路数字移动通信系统。三、 GSM 与 GSM-R 的关系-业务模型-可编辑修改-铁路应用Y铁路运营特色电信业务-ASC1图3-1 GSM与GSM-R业务模型图四、铁路通信为什么要建设GSM-R系统1、既有铁路无线通信系统存在许多问题：(1)功能单一、系统分散、相互间无法互通、维护成

2、本高。各分散系统主要有：无线列调、站场调车、客运、货运、列检、 商检、车号、公务维修、公安等。功能：主要为语音业务，少量数据 业务。这些系统均为自行投资建设、独立使用、分散维护，造成设备 型号各异，种类繁多，相互间无法互通，维护运营成本较高。(2)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。（ 3）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

3、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 。（ 4）枢纽地区干扰严重。枢纽站往往是多条线路的交汇处，通话的无序性，使各个机车台终端会对无线列调信道进行争抢，造成“大信号抑制小信号”的后果。目前，在枢纽车站设置多套车站电台（每条线1 套） ，其中部分车站台使用同频工作， 这些电台在车站附近形成一个大范围内的同频干扰，降低了车站值班员的行车指挥效率。（ 5）既有铁路无线通信不具备网络能力。既有铁路移动终端对讲距离受限。 铁路各个无线通信系统分散，不能联合组网，使得各系统之间用户无法进行联络。铁路无线、有线调度网基本独立，无法形成有机融合的整体。（ 6）开放系统，不具保密性无线列调系统是开放系统，并未做任何鉴权加密处理，对用户无需进行身份识别， 只要无线终端用户频点和调制方式与无线列调相同，便可以加入到无线列调系统内的通信。因此，话音业务可以被接收或窃听，给行车安全带来极大的隐患。此外，公安系统对保密性的要求也很高，现有系统无法达到。2、铁路新业务对铁路通信新的业务需求。（ 1）客运专线的业务需求（对通信系统在高速情

4、况下的安全性、可靠性、实时性、便捷程度提出了更高的要求） 。话音类：调度通信、区间通信。数据类：列控信息传送、调度指挥信息传送、行车安全监控信息的传送、旅客综合服务信息的传送等（ 2）机车同步控制传输（重载货运专线）的需求。重载运输中为了实现牵引过程中多个机车头的同时加速、 减速、制动，主控机车和从控机车之间需要通过 GSM-R无线信道实时传递 控制命令，这就是机车同步操控信息传送业务。通过采用多机车牵引模式，实现机车间的同步操控，达到单列运量 2万吨，使用3-4个 机车头进行牵引。如果牵引机车操作不同步，就会造成车箱间的挤压 或者拉钩现象，影响运输安全，降低运输效率。为了保证操作的可靠 性，利用GSM-R网络提供可靠的数据传输通道，采用无线通信的方 式来实现机车间的同步操控。Locotrol控制单元机车 1控制数据端口 应用数据端口控制数据端口Locotrol控制单元机车 232控制f据端口一.32应用数据端口Locotrol控制单元机车 332控制数据端口一一32应H k据端口Locotrol控制单元机车 4用统 团系-32应用数据端口图3-2机车同步控制传输示意图(3)车地信息化

5、数据传输的需求。列车与地面之间的无线通信一直是信息化发展中的最薄弱环 节。随着铁路的发展，铁路信息化要求的无线数据传输内容越来越多， 一方面，列车运行控制、列车安全监控、诊断以及承载货物等实时信 息需要传送到地面上来，为实现列车信息实时追踪、客票发售、货运 计划、货车追踪、集装箱追踪等提供基础信息，满足铁路路网移动体 (机车、车辆等)实时动态跟踪信息传输的需要；另一方面，以旅客 为主体的移动信息，需要在车地之间实时进行传送，为旅客提供多方 位的综合信息服务。(4)有线、无线调度业务融合的需求。3、铁路通信采用GSM-R系统的优势。GSM-R 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。它是基于 GSM,并在功能上有所超越的成熟技术，是专门针对铁路对移动通信的需求而推出的专用系统。 它可以满足铁路的特殊需求：（ 1）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、基于位置的寻址（ 3）高速情况下的数据、语音业务的准确传输（ 4）数据业务需求。（ 5）其系统标准公开，可互联互通；欧洲有成功的标准、工程、试验经验可借鉴。 无需从头研发， 节约了时间， 且支持的

6、厂家为多家，有利于形成良好的竞争局面。第二节 GSM-R系统业务网络构成一、 GSM-R 的频率资源1、采用无线资源中GSM900MHZ 工作频段，上行885-889MHZ（移动台发，基站收），下行930-934MHZ （基站发，移动台收），共4MH 频率带宽。双工收发频率间隔45MHZ ，相邻频道间隔为200KHZ。共有21个载频。频道序号从999-1019扣除低端999和高端 1019作为隔离保护，实际可用频道19个。0 3040 50 6 0 7 0 8 0 9 1 01214 1 6 1 8 2 02.43 0 GHz匚二二1广播I I航空陆地微波AM|Marine,3巧f-E产-5二皿工-3甘| |L | 一03D.40 5 O S 07 0 8 0.9 1,0121 4 1.61.S 2.024ShortWave - International Bnoadcast - AmateurCB1A56789 101214 16 1g 2024 26 28 30 Ml lzVHF LCW BandFMVHF| VHF TV 7-1330 AO50607080 90 10012014

7、0 160180 200 24tl 3ti0 MHzCellularGSMlSaQ, GSM1900|UHF| UHFTV3.GPWTT-可编辑修改-移动通信二陆地移动图3-3无线资源频谱图频道号基站接收频辜基站发射频奉(MHz)频道号基站接收频率(hh3)基站发射 频率CHHz)930. 0001010887. 200932. 2001000885. 200930,2001011887. 400932,40010018B5. 400935 4001012887. 600932.6001002885. 600930. 6001013887. 800932. B001003885. 800930, SOO1014888.000933.0001004886. 000931, 0001015888.200933.2001005BS6. 200931, 2001016BSB.400933.4001006886.400931.4001017888.600933. 6001007886. 600931.6001018888.800933,8001008886. 800931.8001009887.

8、 000932. 000图3-4 GSM-R频道号对应频率表2、小区频率配置的基本原则：同一个基站的载频间隔不小于 400KHz ,相邻基站载频间隔不小于 400KHz。3、GSM-R系统的频率资源很紧张，既然这一段频段资源少，为 什么不考虑使用更高的频段，比如 1800M左右的频率(3G所使用的 频率)？无线电波频率越高，在传播过程中造成的衰落就约快，这样一个 基站的覆盖范围就越小，则小区半径越小，所以频率是和小区的半径 成反比的，频率高，半径小，那么一定的范围内，沿线所建基站就多, 这样干扰就大。止匕外，高速列车要频繁的进行越区切换，其对铁路业 务的影响是极大的，容易能造成通信延时以及掉话。4、GSM-R系统使用对称无线信道，采用频分多址（FDMA） +时分多址（TDMA）的多址方式。先将4M频谱划分为21个载频，每一 个载频分成8个时隙，8个时隙组成一个TDMA帧，即1个载频可以提 供8个物理信道（时隙），提供给8个用户同时使用，用来传输语音或 数据业务。也就是说一个频点可以同时 8个用户进行语音或数据的通 信。BTSh DMA 11乃图3-5时分多址常规的多址方式有三种：频分多址（FDMA），时分多址（TDMA ）, 码分多址（CDMA）。FDMA是将规定的频谱划分为若干个规定带宽的信道， 每个用户 在通信的时候占用一个信道。具是最早广泛应用也最成熟的多址技 术，主要用于第一代模拟移动通信系统中。TDMA是将规定的带宽的信道在时间轴上分成一个个时隙，若干个时隙组成一帧。每一帧中的若干时隙构成一个物理信道。 其在第二代蜂窝移动通信系统中使用。铁路GSM-R系统也是采用这种多址方式。CDMA 的物理信道在时间和频谱上是重叠的， 利用码字的正交性来区分不同的物理信道。即在TDMA 基础上，在每个时隙上承载多个正交码型，属于第三代移动通信技术（3G）。二、GSM-R承载的铁路业务。1、电路域业务：目前，高铁GSM-R系统所承载的电路域数据业务主要有C3列控及调度语音业务。电路域业务又分为电路域数据业务和电路域话音业务。电路域数据业务:列车控制信息（C3 列控业务） 。电路域话音业务：调度移动通信语音（基础语音）业务、高级语音业务。GSM-R 除了

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