第二节高铁通信系统

1、 一、铁路专用通信1、铁路通信系统的作用：2、铁路通信系统的任务：（1）（2）（3）3、现代通信系统的分层结构：二、高速铁路通信系统1、高速铁路通信的技术要求（1）（2）（3）（4）（5）（6）2、高速铁路通信系统的特点：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）3、高速铁路信号专用通信系统o 高速铁路信号专用通信系统主要包括（1）区段数据通信（2）区间通信（3）高速列车无限数据通信（4）专用基础通信三、高速铁路无线电通信系统（三、高速铁路无线电通信系统（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门针

2、对铁路对移动通信的需求而推出的专用系统，专用系统，它基于它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技术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是通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种种技术体制。技术体制。二、我国建设二、我国建设GSM-R的必要性的必要性o 1、现有铁路无线通信系统存在许多问题、现有铁路无线通信系统存在许多问题（现状）（现状）o 2、铁路发展出现许多新业务需求、铁路发展出现许多新业务需求1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。、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。）投资方面：系统分散建设，投资浪费

3、。（2）系统功能方面：功能单一，不具备网络能力；频率）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，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。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）存在的问题：枢纽地区干扰严重；是开放系统，不具保密性。具保密性。2、铁路发展出现许多新业务需求：、铁路发展出现许多新业务需求：（1）客运专线的业务需求）客运专线的业务需求（2）货运专线机车同步控制传输）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）车地信息化数据传输的需要（4）有线、无线调度

4、两网融合的需求）有线、无线调度两网融合的需求三、三、GSM-R系统介绍系统介绍（一）系统结构（一）系统结构1 1、网络子系统（、网络子系统（NSSNSS）（1 1）移动交换子系统（）移动交换子系统（SSSSSS）（2 2）移动智能网（）移动智能网（ININ）子系统）子系统（3 3）通用分组无线业务（）通用分组无线业务（GPRSGPRS）子系统）子系统2 2、基站子系统（、基站子系统（BSSBSS）3 3、运行与支持子系统（、运行与支持子系统（OSSOSS）（1 1）网管）网管（2 2）SIMSIM卡管理系统卡管理系统（3 3）计费、结算、营帐、客服子系统）计费、结算、营帐、客服子系统4 4、终

5、端设备、终端设备三、三、GSM-R系统介绍系统介绍（一）系统结构（一）系统结构三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 1、网络子系统、网络子系统移动交换子系统：移动交换子系统：主要完成用户的业务交换功能，完成用户数据与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。移动性管理、安全性管理。u移动业务交换中心（移动业务交换中心（MSCMSC）：负责用户的移动性管理和呼叫控制；）：负责用户的移动性管理和呼叫控制；u拜访位置寄存器（拜访位置寄存器（VLRVLR）：负责存储进入该区域内已登记用户的信）：负责存储进入该区域内已登记用户的信息；息；u归属位置寄存器（归属位置寄存器（HLRHL

6、R）：是一个负责管理移动用户的数据库。）：是一个负责管理移动用户的数据库。HLRHLR存储本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业存储本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等；务等；u鉴权中心（鉴权中心（AuCAuC）：是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体，）：是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体，AuCAuC只只通过通过HLRHLR和其他网络实体通信；和其他网络实体通信；u互连功能单元（互连功能单元（IWFIWF）：与固定网络的数据终端之间提供速率和协）：与固定网络的数据终端之间提供速率和协议的转换；议的转换；u组呼寄存器（组呼寄存器（GCRGCR）：用于存储

7、移动用户的组）：用于存储移动用户的组IDID；u短消息服务中心（短消息服务中心（SMSCSMSC）：负责向）：负责向MSCMSC传送短消息信息；传送短消息信息；u确认中心（确认中心（ACAC）：记录、存储铁路紧急呼叫相关信息。）：记录、存储铁路紧急呼叫相关信息。三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 1、网络子系统、网络子系统智能网子系统：智能网子系统：是在是在SSS中引入的智能网功能实体，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呼叫的智能控制 。uGSMGSM业务交换点（业务交换点（gsmSSPgsmSSP）uGP

8、RSGPRS业务交换点（业务交换点（gprsSSPgprsSSP）u智能外设（智能外设（IPIP）u业务控制点（业务控制点（SCPSCP）u业务管理点（业务管理点（SMPSMP）u业务管理接入点（业务管理接入点（SMAPSMAP）u业务生成环境点（业务生成环境点（SCEPSCEP）。）。三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 1、网络子系统、网络子系统GPRSGPRS子系统：子系统：负责为无线用户提供分组数据承载业务。负责为无线用户提供分组数据承载业务。GPRS核心层：核心层：由由SGSNSGSN、GGSNGGSN、DNSDNS、RADIUSRADIUS等功能等功能实体组成；实体组成；GPRS无线

9、接入层：无线接入层：由由PCUPCU、基站、终端等组成。、基站、终端等组成。GPRSGPRS无线接入层组网应充分利用无线接入层组网应充分利用GSM-RGSM-R系统的设备资系统的设备资源，保护投资；与源，保护投资；与GSM-RGSM-R系统共用频率资源；利用系统共用频率资源；利用GSM-RGSM-R系统的基站实现无线覆盖，不单独增加系统的基站实现无线覆盖，不单独增加GPRSGPRS系系统基站。统基站。三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 1、网络子系统、网络子系统uSGSN:SGSN:服务服务GPRSGPRS支持节点支持节点, , 移动性管理、寻路等功能。移动性管理、寻路等功能。 uGGSN:G

10、GSN:网关网关GPRSGPRS支持节点支持节点, ,为为GPRSGPRS网与外部数据网络相连的网关。网与外部数据网络相连的网关。uDNS:DNS:域名服务器，负责提供域名服务器，负责提供GPRSGPRS网内部网内部SGSNSGSN、GGSN GGSN 等网络节等网络节点的域名解析等。点的域名解析等。 uRADIUS:RADIUS:认证服务器认证服务器, ,负责存储用户的身份信息，并完成用户的负责存储用户的身份信息，并完成用户的认证和鉴权等功能。认证和鉴权等功能。 uPCU:PCU:分组控制单元，负责数据分组、无线信道管理、错误发送分组控制单元，负责数据分组、无线信道管理、错误发送检测和自动重

11、发。检测和自动重发。 三、三、GSM-R系统介绍系统介绍2、基站子系统、基站子系统BSS通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号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；与发送接收和无线资源管理；与MSC相连，实现移动用户之相连，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。信号和用户信息等。u基站控制器（基站控制器（BSC）u编译码和速率适配单元（编译码和速率适配单元（TRAU）u小区广播短消息中心（小区广播短消息中心（CBC）u基站收发信机（基站收发信机（BTS）u弱场设备（直放

12、站、漏缆）弱场设备（直放站、漏缆）BSS移动终端移动终端MSC无线接口无线接口A接口接口三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 3、运行与支持子系统、运行与支持子系统OSS（1 1）网管）网管交换、智能网、交换、智能网、GPRSGPRS网管、基站网管、直放站网网管、基站网管、直放站网管等。管等。（2 2）SIMSIM卡管理系统（铁道部管理中心、路局发卡管理系统（铁道部管理中心、路局发卡中心两级结构）卡中心两级结构）（3 3）计费、结算、营帐、客服子系统）计费、结算、营帐、客服子系统三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 4、终端设备、终端设备终端是供终端是供GSM-RGSM-R系统用户直接操作、使用，

13、用来接入系统用户直接操作、使用，用来接入GSM-RGSM-R网的设备，包括移动台和无线固定台。网的设备，包括移动台和无线固定台。（1 1）移动台包括（机车、汽车）车载台，手持台、列控数）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。辆安全检测信息传输终端等。移动台由移动设备和移动台由移动设备和SIMSIM卡组成。卡组成。（2 2）无线固定台为非移动状态下使用的无线终端，具备与）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。移动台相同的业务功能。注：

14、注：FASFAS系统及终端不属于系统及终端不属于GSM-RGSM-R系统。系统。三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能1、业务类型、业务类型（1）语音业务）语音业务（2）数据业务）数据业务（3）基本业务）基本业务（4）扩展业务）扩展业务1、业务类型、业务类型（1）语音业务）语音业务l点对点话音呼叫业务点对点话音呼叫业务l语音广播业务（语音广播业务（VBSVBS）l语音组呼业务（语音组呼业务（VGCSVGCS）l紧急呼叫紧急呼叫l多方通信（最多五方）多方通信（最多五方）三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能（2）数据业务）数据业务l电路交换数据

15、传输业务电路交换数据传输业务l短消息业务短消息业务 l分组交换数据传输业务（分组交换数据传输业务（GPRSGPRS） 三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能1、业务类型、业务类型（3）智能业务）智能业务l基本业务基本业务 功能寻址业务功能寻址业务根据被叫用户所承担的功能来发起呼叫，而不是根据被叫用户的号码来寻址。主叫方可以是有线用户，也可以是无线用户。位置寻址业务位置寻址业务 将移动用户发起的呼叫，路由到一个与该用户当前所处位置相关的目的地址。这个功能主要用于解决移动用户呼叫固定用户，包括司机或运营手持台用户呼叫调度员和当前车站值班员等。精确位置寻址精确位置寻址接入矩

16、阵接入矩阵三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能l扩展业务扩展业务 基于位置的呼叫限制业务基于位置的呼叫限制业务 将用户（包括调度员、车站值班员和助理值班员）发起功能号呼叫的范围限制在其管辖区域内。自动获取调度中心的自动获取调度中心的IPIP地址业务地址业务 用于实现列车在运行中自动获取调度中心（TDCS中心）的IP地址。 短信的智能业务短信的智能业务 包括短信的功能寻址和基于位置寻址等。 三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能IWFIWF无线闭塞中心无线闭塞中心车载单元车载单元

17、。1、CTCS 3级系统级系统（Chinese Train Control System）三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能1、实现了列车地面，地面列车的双向信息传送；、实现了列车地面，地面列车的双向信息传送；2、去掉了大规模分布于沿线的轨旁设备；、去掉了大规模分布于沿线的轨旁设备；3、信息传送内容更加丰富；、信息传送内容更加丰富；4、列车控制曲线从台阶状变为圆滑的曲线。、列车控制曲线从台阶状变为圆滑的曲线。未来无线列控系统与传统系统的比较：未来无线列控系统与传统系统的比较：三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能2、机车同步操控、机车同步

18、操控概念概念 由多台机车牵引的组合列车，在牵引过程中，由多台机车牵引的组合列车，在牵引过程中，必须实现机车同步操控，即多台机车同时加速、必须实现机车同步操控，即多台机车同时加速、减速、制动，主控机车和从控机车之间需要通信减速、制动，主控机车和从控机车之间需要通信并实时传递控制命令，使它们置于同步工况或独并实时传递控制命令，使它们置于同步工况或独立工况，这就是机车同步操控。立工况，这就是机车同步操控。 三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能2、机车同步操控：、机车同步操控： GSM-R OCU GSM-R OCU GSM-R OCU GSM-R 网络 AN 应用节点 P

19、RI 系统构成示意图 三条已建线的业务及实现情况三条已建线的业务及实现情况大秦线大秦线序号序号系统设计功能系统设计功能试验情况试验情况使用情况使用情况1 1调度通信调度通信试验成功试验成功尚未投入实际应用尚未投入实际应用2 2机车同步操控信息传机车同步操控信息传送送试验成功试验成功已投入实际应用已投入实际应用3 3区间移动通信区间移动通信试验成功试验成功已投入实际应用已投入实际应用4 4列车无线车次号校核列车无线车次号校核及列车停稳信息传送及列车停稳信息传送静态试验成功，需进行静态试验成功，需进行动态测试动态测试尚未投入实际应用尚未投入实际应用5 5调度命令传送调度命令传送静态试验成功，需进行

20、静态试验成功，需进行动态测试动态测试尚未投入实际应用尚未投入实际应用6 6列尾装置信息传送列尾装置信息传送静态试验成功，需进行静态试验成功，需进行动态测试动态测试尚未投入实际应用尚未投入实际应用7 7调车机车信号和监控调车机车信号和监控信息传送信息传送静态试验成功，需进行静态试验成功，需进行动态测试动态测试尚未投入实际应用尚未投入实际应用三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能三条已建线的业务及实现情况三条已建线的业务及实现情况青藏线青藏线序号序号系统设计功能系统设计功能试验情况试验情况使用情况使用情况1 1列车调度通信列车调度通信试验成功试验成功已投入实际应用已投入实

21、际应用2 2列车控制系统（列车控制系统（ITCSITCS）数据传输数据传输试验成功试验成功已投入实际应用已投入实际应用3 3调度命令传送调度命令传送试验成功试验成功已投入实际应用已投入实际应用4 4列车无线车次号校核列车无线车次号校核及列车停稳信息及列车停稳信息传送传送试验成功试验成功已投入实际应用已投入实际应用5 5区间移动通信区间移动通信试验成功试验成功已经投入实际应用已经投入实际应用6 6其它铁路信息化应用其它铁路信息化应用正在进行方案研究正在进行方案研究三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能三条已建线的业务及实现情况三条已建线的业务及实现情况胶济线胶济线序序号

22、号系统设计功能系统设计功能试验情况试验情况使用情况使用情况1 1调度通信调度通信试验成功试验成功试运行试运行2 2车次号校核信息传送车次号校核信息传送试验成功试验成功试运行试运行3 3调度命令传送调度命令传送试验成功试验成功试运行试运行 三、三、GSM-R系统介绍系统介绍 （二）系统功能（二）系统功能1 1、移动交换网、移动交换网 GSM-RGSM-R核心网络采用二级网络结构，包括移动汇接网和移动本核心网络采用二级网络结构，包括移动汇接网和移动本地网，设立地网，设立TMSCTMSC和和MSCMSC。（1 1）TMSC: 3TMSC: 3个个, ,北京、武汉、西安，兼作北京、武汉、西安，兼作MS

23、CMSC和和GMSCGMSC；（2 2）MSCMSC：共计：共计1919个，在个，在1818个铁路局所在地及拉萨设置个铁路局所在地及拉萨设置MSCMSC。TMSCTMSC、MSCMSC设置及汇接表设置及汇接表大区汇接中心大区汇接中心TMSCTMSC（3 3个）个）汇接的移动业务本地网端局汇接的移动业务本地网端局MSCMSC（1919个）个）北京北京北京、沈阳、太原、呼和浩特、哈尔滨、济南北京、沈阳、太原、呼和浩特、哈尔滨、济南武汉武汉武汉、上海、南昌、广州、郑州、柳州武汉、上海、南昌、广州、郑州、柳州西安西安西安、昆明、成都、拉萨、西宁、兰州、乌鲁木齐西安、昆明、成都、拉萨、西宁、兰州、乌鲁木

24、齐四、四、 GSM-R网络规划网络规划 （一）核心网规划（一）核心网规划 意大利全国铁路线总长2万余公里，GSM-R网络覆盖7500公里。2002年8月18日，开始第一阶段建设，2005年第四季度建设完成。在全国的普通铁路网上部署4个MSC，14个BSC，1111个BTS，2套智能网。 意大利铁路计划在所有高速铁路上建设ETCS 2，单独建设GSM-R网络满足ETCS 2的需要。高速铁路网3个MSC。 瑞士全国铁路线总长5000公里，全部GSM-R网络覆盖。2003年第一季度开始网络建设，计划于2008年完工。全网部署2个MSC，1520个BSC，10001200个BTS。瑞士铁路在70km的

25、铁路线上对ETCS 2进行商业化，并将在新高速铁路线（Lucerne 伯尔尼）装备ETCS 2设备。 法国全国铁路总长31724公里，GSM-R网络覆盖14000公里。2003年开工，2008年完成建设。全网部署3个MSC，其中2个主用，1个备用，2个HLR和SCP，设置为冗灾备份模式，50个BSC，2200个BTS，安装1万个无线机车台，配备25万个手持台。法铁计划在所有新建的高速线采用ETCS 2级。第一条采用ETCS 2的高速线将是法国境内的东部走廊线，预计于2007年开通。 瑞典全国铁路线总长10216公里，GSM-R网络覆盖7500公里。1998年，瑞典开始规划和建设GSM-R网络，2003年第四季度建设完成。全网部署1个MSC，11个BSC，800个BTS，1套智能网设备，安装近2000个无线机车台，配备5000个手持台。 荷兰全国铁路线总长2800公里，GSM-R网络覆盖2800公里。2001年，荷兰开始建设GSM-R网络，2003年建设完成，2005年开始商业化运营，计划在2006年初停止模拟线路的运营。全网部署1个MSC，