GSM-R培训讲义

1、现代通信研究所2021年12月16日星期四1GSM-R全球铁路移动通信系统全球铁路移动通信系统钟章队钟章队北京交通大学北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年年12月月16日日（朱刚（朱刚）现代通信研究所2021年12月16日星期四2目目 录录一、GSM-R发展历程及现状二、GSM-R基本原理三、GSM-R应用需求分析四、GSM-R系统规划五、结论轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四3一、GSM-R发展历程及现状1.GSM-R2.GSM-R在欧洲的发展历程3.GSM-R在中国的发展历程4.GSM-R正在成为全球铁路无线通信的

2、主流标准5.GSM-R在铁路的战略地位轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四41、GSM-RGSM: 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ERTMS：European Railway Transportation Management System 欧洲铁路运输管理系统CRTMS： Chinese Railway Transportation Management System 中国铁路运输管理系统GSM-R是新一代铁路数字移动通信轨道交通控制与

3、安全国家重点实验室2021年12月16日星期四5GSM-R三个发展阶段 研究研究 UICUIC开始考察铁路通信采用数字无线系统的可行性开始考察铁路通信采用数字无线系统的可行性 UICUIC决定采用决定采用GSM-RGSM-R19921993199419951996199719981999规范制定阶段规范制定阶段 ETSIETSI确定在确定在GSMGSM标准中引入标准中引入ASCIASCI功能功能 GSM-RGSM-R特殊功能规范特殊功能规范试验测试阶段试验测试阶段 9797年年7 7月签署月签署EIRENE MoUEIRENE MoU MORANEMORANE建立测试线路，证明以下概念：建立测

4、试线路，证明以下概念： GSMGSM标准的演进标准的演进(Phase 2)(Phase 2) 第一套产品的有效性第一套产品的有效性轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四63、GSM-R在中国的发展进程在中国的发展进程GSM-R进入中国已有十余年十余年的历程，经过理论研究、技术决策、工程试验理论研究、技术决策、工程试验等，正在网络建设建设阶段，将要进入网络运营运营阶段。1994年，国家京沪高速铁路可行性研究，启动新一代铁路数字移动通信的研究；1996-97年，铁道部项目高速铁路无线列控技术探索的研究(96x07)、基于无线传输的安全信息通道技术研究(96x07-B)；199

5、7-2000年，西门子公司、北电公司、国际铁路联盟(UIC)多次来中国交流GSM-R技术及发展，中国铁路多次组团考察欧洲GSM-R的进展；2001年-2002年，铁道部对铁路数字移动通信技术体制开展广泛论证，最后确定采用GSM-R体制，并写入铁路技术装备政策；轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四72003年2月，铁道部建立GSM-R应用与模拟系统实验室；2003年9月22日，信息产业部无线电管理局批准GSM-R使用频段；2003年6月至今，青藏、大秦、胶济三条线的建设，技术规范和标准的制定，工程建设可行性论证、建设规划等，标志GSM-R工作全面启动。轨道交通控制与安全国

6、家重点实验室2021年12月16日星期四8GSM-RGSM-R在中国发展的三个阶段在中国发展的三个阶段三个阶段：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。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四91999年2个国家2002年7个国家2005年15个国家德国、瑞典、意大利、英国、荷兰、西班牙、比利时、芬兰、法国、挪威、斯洛伐克、瑞士、捷克、印度、中国2008年将达到34个国家111111222222233444441 = 2002年之前启动的GSM-R项目2 = 2003年启动的GSM-R项目3 = 2004年启动的GSM-R项目4

7、= 2005年启动的GSM-R项目现代通信研究所2021年12月16日星期四10目目 录录一、GSM-R发展历程及现状二、GSM-R基本原理三、GSM-R应用需求分析四、GSM-R系统规划五、结论轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四11二、二、 GSM-R基本原理基本原理1.GSM-R无线资源2.GSM-R业务层次3.GSM-R系统结构轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四121、无线资源30405060708090 100120140 160180200240300 MHz34567891012141618 202430 GHz0.30.40.5

8、0.60.70.80.9 1.01.21.41.61.82.02.4AM 海洋海洋 短波短波 - 国际广播国际广播 - 业余无线业余无线34567891012141618 202430 MHzCB26 28VHF 低频段低频段FMVHF VHF TV 7-130.30.40.50.60.70.80.9 1.01.21.41.61.82.02.43.0 GHzUHFUHF TV 14-69GPS蜂窝电话蜂窝电话GSM1800, GSM1900广播广播陆地移动陆地移动航空航空移动电话移动电话陆地微波陆地微波卫星卫星轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四131)、GSM频率分配

9、频率分配MHz上行链路上行链路下行链路下行链路8808909151710178592593596018051880P-GSMGSM 1800GSM 19001850191019301990 E-GSM 轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四142)、GSM-R的的19对频率对频率轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四153)、TDMA时分多址MS3载波频率10001018FDMBTS0TDMAsTS7nn-1n+1MS2MS1时间轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四164) 蜂窝原理蜂窝原理 Each GSM-R cell c

10、an support only a limited number of calls. This is typically between 7 and 22, depending on the configuration of the base station. Greater capacity can be achieved in some situations. Although for non-linear arrangements of cells, this can prove to be impractical due to the constraints imposed by ne

11、ighbouring cells.AAABBCCDD轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四17二、二、 GSM-R基本原理基本原理1.GSM-R无线资源2.GSM-R业务层次3.GSM-R系统结构轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四182、GSM-R业务模型 编 组 站 移 动 信 息 综 合 接 入 系 统 区 间 移 动 信 息 接 入 及 公 务 移 动 通 信 调 度 通 信 列 车 尾 部 风 压 信 息 传 送 C T C S 3 / C T C S 4 L o c o t r o l 动 车 段 /车 站 移 动 信 息 综 合 接

12、入 系 统 集 装 箱 结 点 站 移 动 信 息 综 合 接 入 系 统 机 车 移 动 信 息 综 合 接 入 系 统 旅 客 列 车 移 动 信 息 综 合 接 入 系 统 功 能 寻 址 功 能 号 表 示 接 入 矩 阵 基 于 位 置 寻 址 e M L P P V G C S V B S G SM 功功 能能 与与 业业 务务 第第第第 4 4 层层层层 铁铁铁铁 路路路路 应应应应 用用用用 第第第第 3 3 层层层层 第第第第 2 2 层层层层 第第第第 1 1 层层层层 轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四193、 GSM-R系统结构系统结构现代通信

13、研究所2021年12月16日星期四20目目 录录一、GSM-R发展历程及现状二、GSM-R基本原理三、GSM-R应用需求分析四、GSM-R系统规划五、结论轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四211、青藏线应用、青藏线应用利用GSM-R承载ITCS列控信息利用GSM-R实现调度语音通信利用GSM-R/GPRS传送调度命令、无线车次号、进路预告信息、停稳信息等利用GSM-R传送冻土监视数据利用GSM-R传送工务检测数据客车运行安全监测系统（TCDS）信息传送利用GSM-R实现公务移动通信轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四222、大秦线应用、大秦线应

14、用利用GSM-R传送机车同步操控系统的信息利用GSM-R实现调度语音通信利用GSM-R/GPRS传送调度命令、无线车次号、进路预告信息、停稳信息等利用GSM-R/GPRS实现尾部风压信息的传输利用GSM-R实现公务移动通信轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四233、十大应用、十大应用机车同步操作控制系统的信息传输机车同步操作控制系统的信息传输列车控制系统的信息传输调度通信调度通信无线车次号信息无线车次号信息/CTC调度命令的传送调度命令的传送列车尾部风压信息传送列车尾部风压信息传送机车综合监测信息传送（弓况、工况、轴温等）客车运行安全监测系统（客车运行安全监测系统（TC

15、DS）信息传送）信息传送旅客移动信息服务系统的信息传送大型编组场/车站综合移动信息服务系统的信息传送区间移动通信与公务移动通信区间移动通信与公务移动通信现代通信研究所2021年12月16日星期四24目目 录录一、GSM-R发展历程及现状二、GSM-R基本原理三、GSM-R应用需求分析四、GSM-R系统规划五、结论轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四251.系统规划依据2.业务规划3.核心网络规划4.无线网络规划5.终端规划6.运营管理及维护系统规划四、四、 GSM-R系统规划系统规划轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四261)铁路技术装备政策铁路

16、技术装备政策2)铁路通信发展规划铁路通信发展规划(十五、十一五十五、十一五)3)铁路信息化发展规划铁路信息化发展规划(十五、十一五十五、十一五)4)中长期铁路网规划中长期铁路网规划 根据根据中长期铁路网规划中长期铁路网规划的安排，扩大建设规模，完善路网的安排，扩大建设规模，完善路网结构，快速扩充运输能力和提高铁路装备水平，至结构，快速扩充运输能力和提高铁路装备水平，至2020年，全年，全国铁路营业里程要求达到国铁路营业里程要求达到10万公里，其中：客运专线万公里，其中：客运专线1.2万公里万公里，复线铁路，复线铁路5万公里，电气化铁路万公里，电气化铁路5万公里。万公里。铁路建设和发展的铁路建设

17、和发展的核心是核心是“铁路网络铁路网络”，铁路装备应使铁路网安全、可靠、高效，铁路装备应使铁路网安全、可靠、高效地发挥作用，首先应具备地发挥作用，首先应具备“网络要素网络要素”。GSM-R技术顺应时代技术顺应时代的发展，其固有的的发展，其固有的“网络网络”特性，是铁路信息化和自动化发展特性，是铁路信息化和自动化发展的基础。的基础。1、GSM-R系统规划依据系统规划依据轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四271.系统规划依据2.业务规划3.核心网络规划4.无线网络规划5.终端规划6.运营管理及维护系统规划四、四、 GSM-R系统规划系统规划轨道交通控制与安全国家重点实验室

18、2021年12月16日星期四282、业务规划1) 应用业务数据类：（四大类）与行车/调车有关的安全信息传输与行车/调车有关的非安全信息传输与公务人员有关的信息传输与旅客服务有关的信息传输话音类：（三大类）与行车/调车指挥有关的话音通信与公务人员有关的话音通信与旅客服务有关的话音通信轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四29 移移动动端端 EVC O & M 安安全全层层 通通信信层层 应应用用接接口口 固固定定端端 RBC O & M 安安全全层层 通通信信层层 安安全全协协议议 通通信信协协议议 GSM-R 空空中中接接口口电电路路连连接接 移移动动 G

19、SM 接接口口 固固定定网网络络接接口 应应用用接接口口 轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四30 IP UDP 数据封装 IP UDP 数据封装 IP TCP 数据封装 存储转发 协议转换 IP TCP 数据封装 GPRS 网络 以太网 应用层 应用层 机车综合无线通信设备 GPRS 接口服务器 GSM-R 通信服务器 轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四312) 网络业务规划承载业务透明/非透明电路数据业务、无限制的数据信息（UDI）、3.1kHz的音频信息、分组数据业务，等等终端业务语音业务、短消息业务、传真业务、语音组呼业务、语音广播业务

20、，等等补充业务铁路特殊业务功能寻址、基于位置寻址、紧急呼叫、呼叫接入矩阵，等等轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四321.系统规划依据2.业务规划3.核心网络规划4.无线网络规划5.终端规划6.运营管理及维护系统规划四、四、 GSM-R系统规划系统规划轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四333) 中国铁路规划原则中国铁路规划原则指导方针：统一规划、全路组网、分步实施、持续发展基本原则：三个同步、三个结合、两个配套三个同步三个同步 与铁路信息化建设同步，提供综合移动信息传输平台； 与铁路CTC（干线）、CTCS（3级以上）建设同步，提供综合移动话音

21、通信业务，提供通用数据、列控数据传输通道； 与新建铁路同步，不再重复投资建设区间通信电缆、无线列调、站场无线通信等系统。三个结合三个结合 与铁路路网中长期建设规划相结合（含新建路网、新建客运专线、新建煤运基地铁路运输通道、新建双层集装箱运输通道）； 与铁路既有线技术改造相结合（包括电气化改造、提速改造、复线建设、无线列调大修改造、通信明线改造等）； 与机车交路运用相结合。两个配套两个配套 主要枢纽地区与干线配套； 干线与相关支线配套。提高点线配合能力，发挥投资效益。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四34HLR规划规划用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在某个归属

22、位置寄存器注册登记。HLR主要存储信息：IMSI、MSISDN、MSC/VLR地址等。全路在北京、武汉各设置一个高可靠性的HLR，互为热备份。即采用HLR地理冗余成对配置方式，在北京设置主用HLR，在武汉设置热备用HLR，成对的两个HLR间实时数据复制。 轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四35与固定用户接入交换系统互联与固定用户接入交换系统互联在铁道部、铁路局设置固定用户接入交换系统（FAS），接入所属MSC；沿线车站根据需要设置站段FAS，接入所属路局FAS。现有干调网、数调网应改造升级，符合FAS技术条件后接入GSM-R网络。新建线调度通信网建设及既有线干调网、数

23、调网更新改造应符合FAS技术条件，接入GSM-R网络。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四36网间互联互通网间互联互通GSM-R网络内部互联互通国际GSM-R业务的疏通与铁路专用电话网的互联互通与公众电话网的互联互通与公众GSM网络的单向漫游轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四37传输网规划传输网规划GSM-R网络对传输系统的需求： TMSC之间采用网状网连接。MSC与相邻两TMSC之间采用星形连接。MSC与本地铁通专用电话交换机之间采用点对点连接。MSC到BSC之间采用星型连接，并有不同物理路由的迂回保护通道。MSC与主备HLR、SCP、SMS

24、C之间采用星形连接。主备用HLR、SCP、SMSC之间通过广域网实现高速互联。GPRS节点之间通过IP数据网互连。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四38同步网规划同步网规划GSM-R系统采用主从同步方式。GSM-R网的TMSC、MSC、HLR、SCP、SMP等设备，从同步网BITS中提取定时信号。MSC至BSS间的数字链路兼作同步链路使用，BSS从MSC获取同步时钟信号。GSM-R各种网络管理系统、操作终端或远程操作终端等，需要统一时间同步。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四39网络管理规划网络管理规划采用二级网管系统，铁道部网管中心和本地网

25、管中心。铁道部网管中心设置在北京。本地网管中心与本地网MSC同址集中设置一个本地网管中心，并根据需要设置远程维护管理终端。铁道部网管中心设置网络级网管系统，负责全网路由调配，并接收本地网管中心上传的告警信息，监视全网重大故障告警。 本地网管中心设置网元级网管系统，负责本地所有网元设备的网元级管理，上发告警信息、性能统计数据、配置数据信息和有关报表，接受上级网管中心的指令。本地网管中心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）、直放站管理子系统（OMC-T）。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四403、核心

26、网络规划1）面临的任务2）欧洲国家GSM-R网络规划3）规划原则4）电路域规划5）分组域规划）分组域规划6）智能网规划轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四415) 分组域规划主要规划内容：核心网本地网应用互联互通轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四42GPRS核心网规划网络结构采取功能分层的思路，分为2个层次 核心层：负责业务流量的转接和疏通。由北京、武汉、西安3个汇接节点组成 。边缘层：负责对业务流量进行汇接，同时提供与业务配合的策略 。由设置在18个铁路局所在地的骨干节点组成 。 区域网 1 区域网 2 图 7.2.1 GPRS 全国骨干网示

27、意图 轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四43 智能网规划 GSM-RGSM-R移动智能网网络结构移动智能网网络结构 主要规划内容：业务控制点SCP 的设置业务交换点SSP的设置其它设备的设置轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四441.系统规划依据2.业务规划3.核心网络规划4.无线网络规划5.终端规划6.运营管理及维护系统规划四、四、 GSM-R系统规划系统规划轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四454、无线网络规划1）面临的任务2）欧洲国家GSM-R无线网络规划3）规划原则4）主要规划内容轨道交通控制与安全国家重点实验

28、室2021年12月16日星期四463) 规划原则规划原则GSM-R无线网络是使铁路沿线和枢纽地区实现GSM-R场强连续覆盖，场强覆盖指标应符合铁路中长期发展规划的线路等级要求及业务需求并预留远期发展条件。场强覆盖范围应符合信息产业部有关规定。铁路枢纽地区BSC与MSC同址设置，铁路干线和没有MSC的枢纽，BSC宜设置在较大的通信站。为减少BSC间的切换，各BSC所控制的区域应相对集中，不跨铁路局管界。TRAU与MSC同址设置，并根据工程实际容量配置。车站原则上应设置基站，区间基站应尽量靠近铁路线，宜选在交通便利、供电可靠的地方。在铁路枢纽车站、屏蔽性能良好的室内、地下通道和旅客车厢内，可根据需

29、要采用微蜂窝基站和室内分布系统。铁路沿线弱场区应用和现场情况合理选择微蜂窝基站、直放站和LCX等技术措施解决。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四474) 主要规划内容主要规划内容基站控制中心(BSC)基站(BTS)及覆盖铁路枢纽地区无线网络管理传输电源轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四48基站控制中心(BSC)BSC是无线网络的中心；设计原则铁路枢纽地区BSC与MSC同址设置，同归属；铁路干线和没有MSC的枢纽，BSC设置在大通信站；铁路支线不设置BSC；为减少BSC间的切换，各BSC所控制的区域应相对集中，不跨铁路局、铁路分局管界。各BSC

30、负荷应留出网络优化时调整的余量。BSC应考虑今后小区广播短消息业务发展的需要；轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四49基站(BTS)及覆盖铁路GSM-R数字移动通信系统基站的场强覆盖范围是指满足铁路作业所必需的场强的区域，在直辖市、省会城市和计划单列市的城区，铁路GSM-R系统的覆盖范围为铁路外侧轨道两侧各2km，其他地域覆盖范围为铁路外侧轨道两侧各6km。铁路沿线GSM-R场强应连续覆盖，根据铁路中长期发展规划，场强覆盖指标应符合具体业务需求，并预留远期发展条件。山区、隧道、路堑等弱场区可根据需要采用光纤直放、射频直放站和LCX等技术措施。轨道交通控制与安全国家重点实

31、验室2021年12月16日星期四50六种无线网络覆盖六种无线网络覆盖轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四51铁路枢纽地区轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四52无线网络管理应考虑无线网络优化的需要；将无线运营维护管理中心与直放站管理、传输网络管理集中放置；在列控区段，应具有A接口、A-bis接口监视分析统计功能；应具备干扰监视分析功能；与上层网管的接口。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四53传输BSC与BTS之间采用环形、星型、链型及混合型连接，并有不同物理路由的迂回保护通道；在列控区段， BSC与BTS之间采用环形连接；Abis接口、A接口的传输距离应考虑全程全网的服务质量。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四54电源电源基站的电源配置方案也应该以保证基站设备的安全；基站的交流电引入必须提供两路可靠的交流电源（一类或二类）；基站直流供电系统应由高频开关电源、阀控式密封电池组成，应采用集中供电方式供电；蓄电池组的配置，对于区间基站按8小时的放电时间考虑蓄电池组的总容量，对于车站基站按3小时的放电时间考虑蓄电池组的总容量，按两组配置。轨道交通控制与安全国家重点实验室2021年12月16日星期四551.系统规划依据2.业务规划3.核心网