GSM-R在铁路通信中的应用

1、摘要摘要本论文从 GSM-R 在铁路应用中的发展历史开始，详细介绍了 GSM-R 的基本原理，通过与 GSM 系统的对比，突出了 GSM-R 系统的优势。通过与 450MHz 无线列调系统的比较，对 GSM-R 系统的主要业务功能进行了比较详细的说明,并对铁路通信优先级业务、语音组呼、语音广播、功能寻址、基于位置寻址等技术进行了分析。并通过 GSM-R 在青藏以及武广铁路中的应用，对 GSM-R 技术在中国铁路中的发展以及应用推广进行展望。关键词：关键词：GSM；450MHz；蜂窝移动通信；GSM-RAbstractAbstractThis paper from GSM-R in railwa

2、y applications development history began, details the basic principles of GSM-R by comparison with the GSM system, highlighting the advantages of GSM-R system. By comparison with 450MHz wireless column conditioning system, the main business functions GSM-R system is a more detailed explanation, and

3、railway traffic prioritization, voice group calls, voice broadcast, functional addressing, location-based addressing, etc. techniques are analyzed. By GSM-R application in the Qinghai-Tibet Railway and the Wuhan-Guangzhou, the GSM-R technology for the development and application in China to promote

4、railway were discussed.Keywords:Keywords: GSM; 450MHz; Cellular mobile communication; GSM-R目 录第一章 绪 论.1第二章 GSM-R 基本原理 .3 第一节 区域覆盖 .3 一、面状覆盖 .3 二、线状覆盖 .5 第二节 GSM-R 网络结构.6 一、GSM-R 系统组成 .6 二、GSM-R 的新特性 .9第三章 GSM-R 的主要业务功能 .10 第一节 450MHZ无线列调设备存在的主要问题 .10 一、450MHz 系统无法满足 TDCS 系统的数字信号传输.10 二、450MHz 场强覆盖满足

5、不了铁道部的有关规定.10 三、无线列调 450MHz 场强区域易受到干扰 .10 第二节 GSM-R 的主要业务及其功能.11 一、GSM 业务.11 二、高级语音组呼业务 .12 三、铁路特色业务 .13 四、铁路应用 .14 第三节 GSM-R 的优势.15 一、低速铁路 450MHz 无线列调存在的缺陷 .15 二、高速铁路 GSM-R 数字移动通信 .15 三、GSM-R 数字移动通信的优势.16第四章 GSM-R 在中国铁路中的应用和发展 .17 第一节 我国铁路通信领域应用 GSM-R 技术的发展方向 .17 第二节 GSM-R 系统在我国的应用情况.17结 束 语 .19致谢.

6、20参考文献.210第一章 绪 论铁路是我国国民经济的大动脉，铁路的运输能力直接影响着我国国民经济的发展。进入 21 世纪，随着铁路跨越式的发展，铁路通信系统也迎来了划时代的转变，近年来随着运输量的日益增长，使得列车重量加大，列车编组加长。GSM-R 技术是基于成熟、通用的公共移动无线通信系统 GSM 平台之上，专门为满足铁路应用而开发的数字式移动无线通信技术。在铁路通信中，它能够提供定制的附加功能，如优先级和强插功能、话音组呼及广播功能、位置寻址及功能寻址和安全数据通信等，是一种经济高效的综合数字移动通信系统。铁路无线全球通信系统 GSM-R 的建设和使用，表明中国铁路正不断吸取国外铁路的先

7、进经验和成果，努力提升自身的经济技术结构和规模水平，加快发展步伐，争取在较短时间内运输能力满足国民经济和社会发展的需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。 1993 年国际铁路联盟（UIC）与欧洲电信标准组织（ETSI）协商，提出了欧洲各国铁路下一代无线通信以 GSM PHASE 2+为标准的 GSM-R 技术，这一提议在 1995 年经UIC 评估并最终确认。1997 年，24 个国家的 32 个铁路组织签署了 GSM-R 谅解备忘录，签字的铁路组织至少要将 GSM-R 用于过境运输通信。1999 年的一个 GSM-R 网络在瑞典到丹麦的 Oresund 大桥建成并投入运营。随后，瑞士、德

8、国、意大利、比利时、英国、荷兰、法国、西班牙、芬兰、挪威、捷克、匈牙利、俄罗斯、等相继建设了自己的GSM-R 系统。欧洲各国在选择发展新一代铁路综合数字调度移动通信网络的时候，经过了非常周密的标准制定、实验论证、法律准备、实施计划，GSM-R 在世界铁路移动通信应用是成功的，欧洲建设和发展 GSM-R 的经验为我国铁路移动通信的建设提供了借鉴。我国铁路列车无线调度通信开始于 20 世纪 50 年代从前苏联引进无线调度电台。由于当时技术水平的限制，无线调度电台采用电子管电路，设备笨重，耗电量大，未那得到推广。6070 年代中期，中国特道科学研究院研制了 150MHz 晶体管电路的同频单工 TW-

9、8A 型列车无线调度电台，其具有干扰小、体积小和耗电少等优点，所以在1975 年鉴定生产后，很快得到推广，装备在各调度区段车站和机车，后来为适应国家标准又改为 TW-8B(C、D)型，自 20 世纪 70 年代中期开始，列车无线调度通信迅速发展。为减少电气化区段对 150MHz 的干扰及克服 150MHz 频段频率资源少的问题，列车无线调度通信系统的工作频段从 20 世纪 90 年代开始逐步采用 450MHz 频段，现在已完成从 150MHz 向 450MHz 频段的过渡。近年来，随着国民经济的快速发展，对铁路运输需求越来越高，为了提高运输指挥的效率和能力，相继在 450MHz 无线列调系统中

10、增加了无线车次号校核信息、列车尾部风压报警信息等数据业务传送的功能，为铁路第五次和第六次大提速做成了贡献。但是，由于该系统的通信手段采用的是模拟和单信方式，所提供的通信质量和业务功能拓展与我国高速铁路、客运专线建设的快速发展的需求之间的差距在不断扩大，既1有 450MHz 列车无线调度通信系统面临严峻的考验，对于传统的列车无线调度通信系统设备，其频率利用率低、枢纽地区通信干扰严重及可靠性等实际问题。 针对上述既有线路上 450MHz 列车无线调度通信在实际运用中的局限性及存在的问题，以及为满足铁路移动通信发展的需要，铁道部从 1994 年就开始对专用移动通信技术跟踪研究，对在国外铁路广泛应用的

11、 GSM-R 数字移动通信网和 TETRA(陆上集群无线电通信)系统进行比较，并正式确定将 GSM-R 数字移动通信网作为我国铁路移动通信的发展方向。GSM-R 是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统，是基于 GSM 系统技术平台，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种高效经济的综合无线通信系统，并将铁路移动通信所具有的特色补充进去，构成 GSM-R 专用于铁路的全球移动通信系统的解决方案。在铁路通信中，它能够提供定制的附加功能，如优先级和强插功能、话音组呼及广播功能、位置寻址及功能寻址和安全数据通信等，GSM-R 能满足列车运行速度为050

12、0kmh 的无线通信要求，安全性能好，是一种经济高效的综合数字移动通信系统。铁路无线全球通信系统 GSM-R 的建设和使用，表明中国铁路正不断吸取国外铁路的先进经验和成果，努力提升自身的经济技术结构和规模水平，加快发展步伐，争取在较短时间内运输能力满足国民经济和社会发展的需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。因此，目前列车无线调度通信系统包括 450MHz 列车无线调度通信系统和利用GSM-R 数字移动通信系统承载的列车无线调度通信系统。在既有线路上大多数还是采用 450MHz 列车无线调度通信系统，随着铁路发展的需求，将逐步向 GSM-R 升级换代。而在高速铁路上列车无线调度通信无论是语

13、音，还是数据业务均是由 GSM-R 网络系统承载。针对机车交路的不确定性，机车由可能运行在既有线 450MHz 列车无线调度通信系统覆盖区段，也有可能运行在开通 GSM-R 网络覆盖区段。2第二章 GSM-R 基本原理第一节 区域覆盖蜂窝移动通信系统诞生于 20 世纪 80 年代，第一代的模拟蜂窝系统解决了移动电话业务中长期存在的阻塞和服务质量差的问题。随着数字通信技术的发展，模拟蜂窝系统在用了十年左右的时间就被淘汰了，新的数字移动通信系统成为移动通信的主流。根据铁路的沿线情况，GSM-R 系统可以再沿线铁路采用线状覆盖，在车站及枢纽地区采用面状覆盖，如图 2-1 所示：图 2-1 GSM-R

14、 系统的区域覆盖以下将从面状覆盖和线状覆盖两种覆盖方式的角度来介绍 GSM-R 工作原理。一、面状覆盖在面状覆盖的服务区中，通常采用正六边形的铁路基站小区形状。六边形比正方形和正三角形在半径相同的情况下，正六边型基站小区的中心间隔最大，各基站的干扰最小；交叠距离最小，便于实现跟踪交换；覆盖面积最大，对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成基站小区制所需的基站数少、最经济；所需频率个数最少，频率利用率高。因此，铁路基站小区形状一般采用正六边形。 在蜂窝网中，可以实现在相隔距离足够远的基站小区之间进行同频复用。通常把若干个使用全部频率的基站小区组成的集合称为一个簇（也称区群），把不同卒中使用相同频

15、率的基站小区称为同频小区，任意两个同频小区之间的距离称之为同频复用距离。为了避免同频小区之间的干扰，必须选定一个合适的同频复用距离。构成一个簇必须满足：簇的区域能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积；相邻簇间同频小区的距离相等且为最大。设一个簇中的小区数为,满足以上条件的的取值NN是有限的，可以通过式 2-1 确定的值。 N （2-1）22Niijj3其中， ，为非零正整数。这一公式提供了寻找最近的同频小区的方法：沿某一ij小区的任意一条六边形链移动 个小区后，逆时针旋转 60 度后再移动个小区，此时ij到达的小区即为同频小区。图 2-2 为 =3，=2，=19 的情况。ijN图 2-2 寻找同频小

16、区的方法设两个同频小区之间的同频复用距离为，小区的半径为可用下式计算DR （2-2）3DNR由 2-2 式可见，基站小区的半径越小，同频复用距离就越小，频率利用率就越高。但是如果同频复用距离越小，同频小区之间的干扰就会越大。为了更好的表达频率D复用率与系统容量之间的关系，我们引用与的比值来作为衡量系统容量的一个重DR要参数，这一比值称为同频复用比，用来表示： Q （2-3）3DQNR4可见，的值只与簇的大小有关，的值越小，系统容量越大；但是值大可以QQQ提高传播质量，因为同频干扰小。在实际的蜂窝系统设计中，要恰当的选择值，在Q容量和干扰之间进行折衷。目前常用的蜂窝网簇的结构有=3、4、7 和

17、9。N二、线状覆盖 GSM-R 应用于铁路，主要采用线状覆盖方式。线状覆盖的基本原理与面状覆盖类似，只是在基站小区频率组的分配和重叠区的问题上要单独考虑。铁路沿线的覆盖示意图如图 2-3 所示：图 2-3 铁路沿线的覆盖示意（一）频率的分配 在线状覆盖中，一般以圆形小区为模型来进行分析和设计，如图 2-4 所示。沿着覆盖区域的分布按照 n 个基站小区为一组的间隔可以进行频率复用，n 的取值要考虑到频率利用率、同频干扰和建网成本，一般可以取 2、3、4。 f f1 1f fn nf f1 1f f2 2f f2 2f fn n图 2-4 线状覆盖的频率复用（二）重叠区的确定 在铁路或公路的覆盖中

18、，移动台往往处于高速移动状态，信号的场强变化复杂，很难确定相邻基站小区的覆盖边界，通常从场强的平均变化这一意义上来理解覆盖区域。为了保证在覆盖区域尽可能不出现弱场区，要保证相邻基站小区间有一定的重叠范围。确定重叠区的大小是一个很复杂的问题，如果重叠区太小，可能会出现弱场区；重叠区太大同频干扰增大，越区切换时间太长，不易控制，因此要恰当设计重叠区域的大小。5图 2-5 线状覆盖的同频干扰在图 2-5 中，假设移动台位于基站小区 A 的边界 P 点，基站小区半径为 R，路径损耗指数为 4。采用两基站小区、三基站小区、基站小区的频率复用方案得到的移动台接收 nC/I 值分别为: 两基站小区复用 （2

19、-4）40log()32CRdBIRa 三基站小区复用 (2-5）40log()53CRdBIRa 基站小区复用 （2-6）n40log()(21)CRdBInRna 因此，可以根据式 2-6 和的设计要求，求出重叠区的宽度。ICa第二节 GSM-R 网络结构一、GSM-R 系统组成GSM-R 系统以 GSM 系统结构为基础，并进入 GPRS 和智能网设备，对相关硬件和软件进行了功能适配，能够为铁路用户提供各种基本业务和补充业务。典型的 GMS-R 网络结构如图 2-6 所示：6图 2-6我国铁路采用的 GSM-R 系统主要由 GSM-R 终端、基站子系统（BSS)、网路交换子系统（NSS）、

20、智能网子系统（IS）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、运行和维护子系统（OSS）。（一）GSM-R 终端 GSM-R 终端由移动设备和用户识别模块（SIM）两部分组成。移动设备完成用户信息以及信令的收发和处理。除了通过无线接口接入 GSM-R 系统外，移动设备必须提供与使用者之间的接口，比如完成通话呼叫所需的话筒、扬声器、显示屏和按键。GSM-R终端另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM）, 它包括所有与用户有关的信息，其中也包括健全和加密信息。使用 GSM-R 标准的移动台都插入 SIM 卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，可以不用 SIM 卡的情况下操作移动台。GSM-R 系统是通过

21、 SIM 卡来识别移动个电话用户的。（二）基站子系统（BSS） 基站子系统（BSS）主要由一个基站控制器（BSC）和若干个基站收发机（BTS）组成。从功能上来看，基站子系统（BSS）通过无线接口与移动台相连，负责无线发射接收和无线资源管理；通过 A 接口与 NSS 相连，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接，并且传送系统信令和用户信息。（三）网路交换子系统（NSS） 网路交换子系统（NSS）建立在移动交换中心（MSC）上，负责端到端的呼叫，7用户数据管理、移动性管理和其他网络连接。NSS 通过 A 接口连接 BSS，与其他网络的连接决定于所连接网络的类型。NSS 提供的主要功能如

22、下： 为用户移动提供特定功能，如寻呼 呼叫过程中对无线资源的管理。 管理与 BSS 之间的信令协议。 位置登记，即 VLR 之间的互联。 切换过程。 查询 HLR 获得 MS 的漫游号码。 与其他移动功能实体交换信令信息。 管理语音组呼、语音广播、增强多优先级与强拆的呼叫建立。 用户的鉴权。基本的 NSS 由六个功能实体组成，分别是：移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HIR）、拜访位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AuC）、设备识别寄存器(EIR)和互联功能单元（IWF）。另外，NSS 中还可以有实现语音组呼和语音广播的实体（GCR）,由于短消息业务的短消息服务中心（SMS-SC） 和统计

23、服务器，这些功能实体可以根据具体的需要进行选择。（四）移动智能网子系统（IN）GSM-R 智能网以 ITU-T 智能网为基础，在 GSM-R 网络中增加了基于 CAMEL3（Cust-omised Applications for Mobile Network Enhanced Logic,Phase3)协议的业务功能。GSM-R 智能网使得 GSM-R 网络能够灵活、方便地实现部分铁路特定的业务，并在将来引入新业务时候，减少对 GMS-R 网络改造。智能网的基本思想是依靠 No.7 信令网和大型机中数据库的支持，将网络的交换功能和控制功能相分离；简化交换机的软件，使之只能完成基本的接续功能；

24、引入业务控制点（SCP），具体怎样根据智能业务的业务逻辑完成呼叫的接续步骤，由 SCP 来决定；交换机采用开放式结构和标准接口与业务控制点相连。这样，需要增加或者修改新业务的时候，不必改动各交换中心的交换机，只要在业务控制点 SCP 中增加或修改新业务逻辑，并在大型集中数据库中增加新的业务数据和用户数据即可。（五）通用分组无线业务子系统（GPRS）GPRS 子系统主要由 GPRS 服务节点（SGSN）、GPRS 网络管理支持节点（GGSN）、分组控制单元（PCU）、域名服务器（DNS）、认证服务器（RADIUS）、GPRS 接口服务器（GPIS）、GPRS 归属服务器（GROS）等点组成。通用

25、分组无线业务（GPRS）是在GSM 技术的基础上提供的一种端到端的分组业务。GPRS 最大限度重用已有的 GSM 网络基础设施，提供高效的无线资源利用率，无线接入速率可达 171.2kbit/s。GPRS 系统基于标准的开放接口，与已有的 GSM-R 电路交换系统有很多交互接口。GPRS 系统的主要特点有：8可以固定、动态的分配信道，多用户共享信道。一个用户可以同时使用 18 个时隙，空中接口支持 CS1CS10 共计 4 中编码方式，数据传输速率可达 10170kbit/s。用户永远在线，但是只有在进行数据传输时，才能占用无线资源信道。用户与网络的交互，是按照会话进行管理的，传输信息时，用户

26、需激活申请PDP 场景。在无线数据传顺 上具有较强的保密性和可靠性，它支持前向纠错、自动反馈重发、全程加密等功能。OSS 包括无线网络管理子系统（OMC-R)、交换网络管理子系统（OMC-S)、GPRS 网络管理子系统（OMC-D)和直放站管理子系统（OMC-T)。操作维护子系统（OSS）是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中运行与维护，完成了包括移动用户管理、移动设备管理及网络运行维护等功能。它的一侧与设备相连（不包括 BTS，对BTS 的运行维护是经过 BSC 进行管理），另一侧是作为人机接口的计算机工作站。这些专门用于运行维护的设备被称为运行维护中心（OMC）。系统的每一个组

27、成部分都可以通过特有的网络连接至 OMC，从而实现集中维护。二、GSM-R 的新特性相对于 GSM 技术体系,GSM-R 系统除具有 GSM 系统的全部功能和全部网元设备外,又增加了新的功能特性,以适应铁路专用移动通信系统的需求,具体包括（一)ASCI 特性在完全兼容 GSM PhaseZ+阶段的基础上,GSM-R 增加了 ASCI(高级语音呼叫业务)特性,为专用移动通信网提供更多的语音调度服务功能需求。ASCI 特性包括了eMLPP、VGCS、VBS 等。（二)铁路特殊语音业务需求GSM-R 利用 GSM 的技术基础,实现了铁路特殊业务需求,包括功能号呼叫和管理，接入矩阵，基于位置的寻址、基

28、于位置的呼叫限制等。（三）铁路专用应用需求铁路行业专用的应用需求也可以通过 GSM-R 网络实现。例如尾部风压检测、列车自动控制(ATC)、无线车次号信息、调度命令收发等业务需求。上述应用实际上利用了GSM-R 通信网络,通过安装 GSM-R 通信模块建立连接,将 GSM-R 网络的电路域、分组域作为基础承载网络,在其上开发各种铁路专用应用,从而实现了全面的人机交互和控制,完成对列车各个部位和各种功能的监控。对于以上 GSM-R 的新特性，将在下一章做详细介绍。9第三章 GSM-R 的主要业务功能随着铁路运输的高速发展，对铁路通信的业务要求也越来越高，铁路无线列调也由模拟的 450MHz 通信

29、向 GSM-R 数字移动通信转型，下面将对 450MHz 无线列调通信存在的不足和 GSM-R 数字移动通信的优势进行对比分析。第一节 450MHz 无线列调设备存在的主要问题一、450MHz 系统无法满足 TDCS 系统的数字信号传输400kHz+450MHz 组合列调系统主要为了车机联控的使用，既保证了区间信号强弱区信息的传输，有保证了站内和平坦地区的接收，满足山区电气化铁路感应无线列调车机联控通话的要求。由于 400kHz 感应列调系统区间没有中转设备，400kHz 频段易受电气化干扰影响以及天线长度的限制，在区间隧道地区，直接通过电气化接触网不能完整有效的传输 TDCS 系统的数字信令

30、。二、450MHz 场强覆盖满足不了铁道部的有关规定根据铁道部有关标准规定：相邻两车站电台场强应连续覆盖，车站电台的场强覆盖一般不小于两电台之间距离的。地形复杂地段允许场强覆盖偏移，但应保证车站21电台场强连续覆盖不小于 3 公里。本站电台的场强覆盖一般不宜超过邻站。在满足信噪比的要求下，场强覆盖地点，时间概率不小于 95%。由于现 400KHz 系统不能有效的传输 TDCS 系统的数字信令，450MHz 场强覆盖达不到 95%的规定，所以 450MHz 无线列调系统无法满足 TDCS 系统对无线通信的要求。三、无线列调 450MHz 场强区域易受到干扰由于 450MHz 的电平值韦 90dB

31、V，处于很多民用无线电信号的波段上，因此经常受到干扰，影响列车正常运行。尤其在一些无线电波传播弱场区，干扰问题更是成为列车安全运行的一大隐患。另外在业务的提供能力方面，450 MHz 无线列调系统通过多年的改进和研发，受技术体制限制，目前只能开展单一的语音对讲业务，具有低速率的数传功能。由于本身系统制式的原因，语音通话存在干扰，在保密性和安全性上存在不足，对加载的车次号及调度命令的传输、列尾风压信息传输的可靠性不高。因此，我们引入了 GSM-R 系统，GSM-R 系统可以提供丰富的语音业务，如紧急呼叫、组呼业务、多优先级通话、信道不足时强拆低优先级用户、依据车次号、机车号、车号或功能号进行的功

32、能寻址、根据用户的位置，对特殊用户进行呼叫等。除语音业务，GSM-R 系统还可提供如短消息、车次号及调度命令的传输、列尾风压信息的传输等数据业务的扩展。10第二节 GSM-R 的主要业务及其功能GSM-R 是基于 GSM 的基础设施及其提供的 ASCI（高级语音呼叫业务），其中包括eM-LPP（增强型多优先级与强拆）、VGCS（语音组呼）和 VBS（语音广播），并提供铁路特有的调度业务，包括功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址，并以此作为信息化平台，是铁路部门用户可以在此信息平台上开发各种铁路应用。GSM-R系统的业务模型层次结构如图 3-1 所示：图 3-1一、GSM 业务GSM

33、业务分为基本业务和补充业务。基本业务按功能又可分为承载业务和电信业务。承载业务是指在两个接入点之间传送信号的能力。电信业务是指为用户通信提供的包括终端设备功能在内的完整能力的通信业务。（1）承载业务承载业务主要分为以下四类：无限制的数据信息（UDI）：这一业务是指信息以固定不变的比特率传输，保持比特序列的独立性和完整性。3.1kHZ 的音频信息：在 MSC 中常选择“3.1kHZ 音频”作为互连功能。当需要ISDN 或 PISN 中的 3.1kHZ 音频业务进行互连时，以及需要在互连功能中选择调制解调器时，就会使用这项承载业务。分组组装/分拆（PAD）：为一个 PAD 提供一个异步连接，使 G

34、SM 网络的用能够接入到一个分组网络（PSP-DN/ISDN）中去。11分组：提供一个同步连接，使 GSM 网络的用户能够接入到一个分组网络（PSPDN/ISDN）中去。（2）电信业务GSM 提供的电信业务有：语音业务：GSM 所提供的业务中，最主要的就是电话业务，它为系统内部的用户之间或与其他网络的用户之间提供电话通信。紧急呼叫业务：紧急呼叫业务是由语音业务引申出来的一种特殊业务。此业务可使移动用户通过一种简单而统一的手续接到就近的紧急业务中心。短消息业务：短消息业务可分为点对点短消息业务以及小区广播短消息业务。传真业务：传真业务有两类；交替语音和三类传真；自动三类传真。交替语音和三类传真是

35、指语音与三类传真交替传送的业务；自动三类传真是指能够使用户经GSM 网络以传真编码信息文件的形式自动交换各种函件的业务。数据业务：数据业务是指在数据终端之间进行数据信息的传输与交换。（3）补充业务补充业务是对电信基础业务的修改和补充，一个补充业务可能应用与多个电信业务。补充业务分为以下几种：增强多优先级与强拆、号码识别、呼叫转移、呼叫完成、多方通话、专有通信、用户到用户、呼叫禁止、呼叫转接、遇忙呼叫完成、专用拨号方案和名字识别。2、高级语音组呼业务（1）多优先级与强拆（eMLPP）eMLPP 业务分为优先级与强拆两部分。优先级是指结合快速呼叫的建立为一个呼叫提供某个较高的级别。强拆是抢夺资源，

36、在缺乏空闲资源的情况下，一个优先级较低的呼叫会被一个优先级较高的呼叫强拆。eMLPP 业务定义了 7 个优先等级：A （最高，网络内部使用）B （网络内部使用）0 （预定）1 （预定）2 （预定）3 （预定）4 （最低，预定）最高的两个优先级 A 和 B 保留给本地网络内部（同一个 MSC 的控制范围内）的呼叫使用，用于紧急呼叫的网络或特殊语音广播呼叫或语音组呼设定的网络。其他 5 个优先级 0、1、2、3、4 可以提供给用户在整个网络覆盖范围内使用。eMLPP 资源抢占有两种情况：网络资源抢占和用户接口资源抢占。12网络资源抢占指呼叫建立或切换时，没有空闲网络资源，则终止低优先级呼叫，将资源

37、给高优先级呼叫使用的过程。用户接口资源抢占指具有较高优先级的呼叫请求与正在进行较低优先级通话的用户建立通信时，网络终止被叫用户的当前呼叫，并将其接入高优先级呼叫的过程。(2)语音组呼业务（VGCS）VGCS 是指一种由多方参加的（GSM-R 移动台或固网电话）的语音通信方式，其中一人讲话、多方聆听，讲话者角色可以转换，工作于半双工模式下。这项业务包括两种身份的成员，调度员和移动业务用户。调度员可以是固网用户或者移动个用户，最多只能有五个，可以没有。移动业务用户是指预定了 VGCS 业务的移动用户，数量不限。系统给主叫用户和调度员提供了标准的双向通道，给所有的被叫用户分配同一业务信道的下行链路进

38、行接听。在整个呼叫过程中调度员一直占用一对业务信道，其他业务用户要通过抢占上行链路来实现讲者和听者的身份之间的转变。一个 VGCS 通信过程中，某一时刻只能有一个“非调度身份”的移动用户讲话，调度员可以随时讲话。VGCS 业务突破了 GSM 网络点对点通信的局限性，能够以简捷的方式建立组呼叫，实现调度指挥、紧急通知等特定功能，尤其适用于铁路的调度指挥通信。（三）语音广播呼叫（VBS）VBS 允许一个业务用户，将话音或者其他用话音编码传输的信号发送到某一个预先定义的地理区域内的所有用户或者用户组，它工作于单工模式下。VBS 中的讲话者没有像 VGCS 中的角色转换，就是说，讲话者（发起者）只能讲

39、，听话者（接受者）只能听，因而可以看作是 VGCS 的最简单形式。同 VGCS 一样，VBS 也提供了点对多点的呼叫功能，适用于铁路的调度指挥通信。3、铁路特色业务为了实现铁路运营应用，GSM-R 系统还包含了另外一些铁路所特有的功能，主要有功能寻址、功能号表示、接入矩阵、基于位置的寻址。（一）功能号表示功能号是将铁路用户根据其当前行使是职能进行编号。相比普通的用户号码，利用功能号进行呼叫更符合铁路的运营特色，使得铁路工作人员之间的通信更为及时和方便。更能号需要用户注册和注销。国内 GSM-R 网络号码用于在同一 GSM-R 网络内注册的用户之间的呼叫。国内 GSM-R 网络号码由 CT、UI

40、N 和 FC 组成。呼叫类型（CT）用来区分 GSM-R 网络内不同类型的呼叫，提示网络如何解释所拨打的号码。CT 由 1 到 3 个数字组成。用户号码（UN）由用户识别码（UIN）和功能码（FC）组成，UN 的长度依据它所包涵的信息多少而变化。用户识别码（UIN）必须是以下号码之一：车次号、机车号、车号、调车组位置号码、维修站位置号码、调度员和值班员位置号码、组位置号码和13移动用户号码（MSISDN）。功能码（FC）是一种识别码，用来识别列车上或站场内的人员、设备，或者某个给定区域内的特定编组。FC 描述移动台的实际功能。（2）接入矩阵业务接入矩阵业务确定了那一类用户能呼叫哪一类用户，用于

41、规定不同用户之间的呼叫权限。接入矩阵业务仅应用于点对点呼叫，VGCS/VBS 呼叫不在本业务的应用范围内。在铁路系统中，不同身份的用户有各自的功能号码。通过定义呼叫矩阵表，依据主、被叫的身份进行呼叫裁决，来判断是否允许呼叫继续。进一步定义主叫方与被叫方的接入关系。（三）功能寻址功能寻址是 GSM-R 的特征, 是通过编制功能号来实现呼叫用户,而不是通常情况下的按照用户使用的终端设备来进行寻址。这个特性保证了用户功能号码与其用来应答的物理终端之间的独立性。在铁路应用中，功能号码用来表示一个工作岗位（如火车司机）而不是一个用户MSISDN 号码。当前在岗的人员通过将自己的 MSISDN 登记到该功

42、能号码上，建立起功能号码和真实用户之间的联系。功能寻址业务分为语音呼叫功能寻址和短消息功能寻址。（4）基于位置的寻址基于位置的寻址是指将移动用户发起的用于预定功能的呼叫,路由到一个与该用户当前所处位置相关的目的地址。例如: 司机呼叫调度员或车站值班员,网络需要根据司机当前所处的位置来确定是哪一个调度员或车站值班员。四、铁路应用（一）调度通信通过 GSM-R 系统组成无线调度通信网络，可以进行实现以下通信：点对点呼叫、群呼和组呼、广播呼叫。呼叫完成后确认中心可以保存相应的呼叫记录。调度通信系统包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他专用凋度通信、站场通信、应急通信、养护维修通信、道

43、口通信等。（2）调度命令传送功能调度控制是保证列车运行正常有序的重要手段，铁路调度命令是调度员向列车司机下达的书面命令，使列车运行安全的重要保障，采用 GSM-R 系统传输通道实现调度命令的传送，能缩短调度命令的传送时间，提高工作效率。(3）车次号无线传输和列车停稳信息的传送。车次号无线传输与列车停稳信息的传送对铁路运输管理和行车安全监控具有非常重要的意义，它可以通过 GSM-R 的电路交换进行数据采集和传输，也可以通过 GPRS 无14线方式来实现。（4）列车尾部装置信息传送功通过 GSM-R 通信系统实现列车尾部风压数据的传送，能很快解决列车尾部风压数据的传输问题。（5）机车调车信号和监控

44、信息传输功能GSM-R 系统可以提供机车调车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输。而且可以存储调车的相关信息。（6）列车控制数据传输功能通过 GSMR 通信系统可以为机车和地面提供双向无线数据传输通道，实现机车地面的信息安全传输。（7）区间通信在铁路系统中，区间通信为工务、通信、信号、电力、桥梁隧道守护等部门间通信的重要方式通过 GSMR 系统手持机，可以实现维修人员与车站、调度间的快捷通信紧急情况下，还可以直接与列车司机直接联系。（8）应急指挥功能当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输安全的紧急情况时，通过 GSM-R 系统可以在事故现场和指挥中心之间，实现语音、图

45、像、数据等业务传输。第 3 节 GSM-R 的优势1、低速铁路 450MHz 无线列调存在的缺陷铁路技术管理规程对加入列车无线调度通信通话的人员范围作了严格规定，但原有列车无线调度通信是开放系统，并未做任何鉴权加密处理，对用户无需进行身份识别，因此社会上好多对讲机、电台，只要其频点和调制方式与列车无线调度通信系统相同，便可以加入到系统内通信，影响到列车调度通信的正常使用，给行车安全带来极大的隐患。原有的列车无线调度通信系统常用对讲组网方式，没有采用信道共用技术，频点（信道）固定分配，当一个信道遇忙时，其他用户只能等待，往往造成该信道上的用户争抢或者出现堵塞，通信质量得不到保证；而信道空闲时，别

46、的系统用户有不能利用该信道进行通信，信道利用率低。原有列车无线调度通信系统内存在严重的同频干扰、领道干扰、阻塞干扰，与其他系统之间也常常出现互调干扰。这些干扰的存在，往往造成无法正常通话，数据传输误码率增加，影响设备的正常使用。特别在铁路枢纽地区用户多的时候，会由于存在系统内的同频干扰而得不到正常应用，致使枢纽地区调度员不能与枢纽内运行的列车司机直接通话。152、高速铁路 GSM-R 数字移动通信GSM-R 利用 GSM 的技术基础,实现了铁路特殊业务需求,包括功能号呼叫和管理，接入矩阵，基于位置的寻址、基于位置的呼叫限制等。铁路行业专用的应用需求也可以通过 GSM-R 网络实现。例如尾部风压

47、检测、列车自动控制(ATC)、无线车次号信息、调度命令收发等业务需求。上述应用实际上利用了GSM-R 通信网络,通过安装 GSM-R 通信模块建立连接,将 GSM-R 网络的电路域、分组域作为基础承载网络,在其上开发各种铁路专用应用,从而实现了全面的人机交互和控制,完成对列车各个部位和各种功能的监控。三、GSM-R 数字移动通信的优势相对于现有的模拟无线列调方式，GSM-R 调度通信系统有着无可比拟的优势：GSM-R 是数字系统 ，可用多种手段提高话音质量，抗干扰能力强，系统保密性更好,可靠性更高。16第四章 GSM-R 在中国铁路中的应用和发展第一节 我国铁路通信领域应用 GSM-R 技术的

48、发展方向 加强 GSM-R 理论研究。我国对 GSM-R 技术的研究始于 2 0 世纪末，虽然发展到今天突破了很多难关，但仍有不少理论难点还未攻克。近年来，GSM-R 网络中 GPRS 应用取得了很多理论和实践突破。比如根据我国铁路实际情况，运输对通信业务需求量大，但频率资源紧张的实际情况，采用 GPRS 这种分组数据传输方式作为一些非安全数据信息的传输平台，以更好地利用频率资源，为铁路信息化建设提供传输平台。 GSM-R 在铁路通信的应用中，从实用、安全、可靠的角度出发。铁路移动信息传输安全平台应有完善的硬件系统和软件系统组成。平台硬件系统应该由内外网通信服务器、行车监控及业务系统设备为主的

49、实时监控和传输设施组成，平台软件系统主要由外网传输处理予系统、内网传输处理子系统、管理监视子系统构成。将 GPRS 数据接人部署在铁路局，每个铁路局设立统一的外网通信服务器，作为各个业务系统地面数据处理中心，承担所有应用系统车、地问和内、外网问的数据交换任务，使各应用系统中所有从 GPRS 下载的实时信息统一由铁路局外网通信服努器接收，再经网络安全传输平台进入铁路运输生产系统。形成我国铁路 GSM-R 技术规范及标准铁道部直接领导和组织相关单位共同参与制定技术规范及标准，逐步形成了我国铁路 GSM-R 标准编制队伍，编制标准 40 项，随着应用的深入，版本不断升级。GSM-R 技术规范及标准包

50、括现有的 GSM 技术规范以及铁路应用技术规范和标准。我国铁路运输特色明显，经过研究确定从功能和性能、工程建设与运营维护角度制定我国铁路 GSM-R 规范和标准，包括综述、网络需求（业务）、网络配置、移动设备核心规范、机车台、通用电台、运营电台、调度台、值班员设备规范、编号方案、用户管理、功能编号、与位有关的寻址、文本消息、铁路紧急呼叫、调车作业模式、直通模式等方面内容。第二节 GSM-R 系统在我国的应用情况随着高速铁路的快速发展，传统的单信道模拟铁路通信系统已经无法满足现代化高速铁路通信的需求，GSM-R (GSM for Railway，铁路移动通信系统标准)和我国现在覆盖最大的 GSM

51、 网络标准相仿，是我国首次从欧洲引进的移动通信铁路专用系统。GSM-R 系统的引入，不但实现了铁路移动通信系统的升级换代，改善了语音通信质量，而且为数据业务应用提供了数字无线通信平台，能够支持列车诊断、车辆跟踪、货物跟踪、移动售票、旅客信息服务等各种新业务。随着 GSM-R 系统在我国的建设和普及，铁路信息化整体水平会不断提高。而铁路信息化是铁路现代化的基本要素和重要内容，17将强有力地推动我国铁路跨越式发展。 GSM-R 技术在我国从无到有，稳步发展。在短短的十年多的时间里，率先将 GSM-R 技术引入地理环境复杂的青藏线、重载技术领先的大秦线、运输繁忙的胶济线这些，亟待解决通信效率的干线通

52、信系统，取得了宝贵的成功经验。并在试验成功的基础上，逐步在石太线、武广线、郑西线、合宁线、合武线、新丰镇编组站、京津城际线、京沪高铁等铁路干线和新建城际客运专线上推广使用，朝着覆盖全路铁路干线的 GSM-R通信网络迈进。在青藏高原铁路上首次采用 GSM-R 替代轨道电路，传输增强型列车控制系统（ITCS）数据，解决了冻土地带信号传输问题，减少了维护工作量；创造性地采用双交换机、同站址双基站无线覆盖方式，使 GSM-R 网络达刭了可靠性、有效性、可维护性、安全性(RAMs)等技术指标要求；结合青臧铁路及我国铁路的实际需要，自主研发了机车综合通信设备(CIR)、调度通信系统、通用分组无线业务(GP

53、RS)接口服务器（GRIS）等新设备，并率先在青藏铁路全线实现了调度通信有线与无线通信业务的融合，实现 CTC、晃车信息等数据的车一地间传输；自主研发了 GSM-R 场强测试系统、QoS 测试系统、GSM-R 场强路测仪、PRI 接口监测系统、Abis 接口监测系统、A 接口监测系统，为 GSM-R 网络运用开通提供了调试、分析、评估工具，为工 TCS（增强型列控系统）与 GSM-R 互联互通提供了分析工具。青藏铁路 GSM-R 工程对全路 GSM-R 网络的建设具有重要的指导意义，对完善 GSM-R 技术标准提供了重要的参考依据。自我国青藏铁路采用 GSM-R 通信系统以来，我国 GSM-R 技术在铁路中的应用也在不断地完善和发展。对于武广客运专线，株洲南北联络线将武广客运专线与既有京广线、湘黔线等联系起来，在此联络线区段为无线列调和 GSM-R 系统共同覆盖，设置了转换点，司机按照规定进行制式转换。GSM-R 通信网络在武广高铁中的应用总体体现在以下两个方面：其一，与以往铁路通信系统不同的是，武广高速铁路 GSMR 通信网络系统采用的是单层交织冗余覆盖技术。在列控系统中，车载设备无线连接与无线闭塞中心中断，主要是因为 GSMR 的网络连接失效，可能是 BTS 或 ATP 发生了故障，如果是因为 BTS的故障则会造成整个无