经典的GSM-R讲座课件

1、GSM-R铁路专用综合数字移动系统及其铁路移动信息化 10/5/20221内容提要一、GSM-R与GSM二、欧洲选择GSM-R及其进展三、GSM-R与铁路信息化四、GSM-R工作进展五、结论10/5/20222一、GSM-R与GSM10/5/20223名词缩写GSM: 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10/5/20224GSM技术、工业、市场GSM与GSM-R的关系GSM的过去与现状GSM的发展与未来GSM在中国GSM工作原理10/5/202251. GSM与GS

2、M-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。10/5/202261. GSM与GSM-R的关系-业务模型GSM基础设施eMLPPVBSVGCS电信业务 - ASCI功能寻址与位置有关的寻址 接入矩阵铁路运营特色 铁路应用功能号的表示安全综合移动信息服务自动列车控制(CTCS)远程遥控铁路紧急救援移动服务调车作业移动服务轨道维护移动服务铁路客站综合移动信息服务铁路货站综合移动信息服务机车

3、综合移动信息服务(无线列调)旅客列车综合移动信息服务GSM电信业务10/5/202272. GSM的过去与现状起源GSM起源于1982年，由欧洲邮政与电信大会(CEPT)的“移动通信特别组”(Group Special Mobile)负责工作。1988年成立欧洲电信标准研究所(ETSI)，由ETSI的技术委员会特别移动组(Special Mobile Group)负责GSM的标准化工作。GSM是一种第二代数字蜂窝移动通信标准。世界上应用最广泛的第二代数字移动通信标准是GSM、IS-136和CDMA(IS95) 。10/5/202282. GSM的过去与现状规范制定GSM经历了以下几个主要阶段：

4、Draft(1991年)Phase 1 (1992年底冻结）Phase 2 （1994年底冻结）Phase 2+ R96Phase 2+ R98Phase 2+ R99R4(2000)R5(2002)R6(2003)ETSI3GPP10/5/202292. GSM的过去与现状标准组织机构SMG1业务 SMG2 无线接入SMG3 网络 SMG4 数据 SMG6 管理与维护SMG7 移动设备测试SMG9 IC卡SMG10 安全SMG11 语音 SMG12 基础设施10/5/2022102. GSM的过去与现状 国际工作频段GSM 450频段 450.4 457.6 MHz 460.4 467.6

5、MHz GSM 480频段 478.8 486 MHz 488.8 - 496 MHzGSM 850频段 824 - 849 MHz 869 - 894 MHz P-GSM ，标准GSM900频带890 - 915 MHz 935 - 960 MHzE-GSM ，扩展GSM900频段 880 - 915 MHz 925 - 960 MHzR-GSM，铁路GSM900频段 876 - 915 MHz 921 - 960 MHzDCS 1800 频段 1710 - 1785 MHz 1805 - 1880 MHzPCS 1900 频带 1850 - 1910 MHz 1930 - 1990 MHz

6、 10/5/20221130405060708090100120140160180200240300 MHz34567891012141618202430 GHz0.30.40.50.60.70.80.91.01.21.41.61.82.02.4AM Marine Short Wave - International Broadcast - Amateur34567891012141618202430 MHzCB2628VHF LOW BandFMVHFVHF TV 7-130.30.40.50.60.70.80.91.01.21.41.61.82.02.43.0 GHzUHFUHF TV 1

7、4-69GPSCellularGSM1800, GSM1900广播陆地移动航空移动通信陆地微波卫星无线频谱10/5/2022122. GSM的过去与现状网络据1999年9月统计全球共有129个国家或地区的350个运营者采用GSM标准。全球所有的移动电话用户中有64%的用户使用GSM标准。10/5/202213ITU 1997年预测10/5/2022143. GSM的发展和未来-GSM向3G演进道路GSM phase2+的工作已经开始着眼于网络结构的演进（如智能网的引入），为用户提供更广泛的服务。SMG长期致力于将GSM向UMTS过渡，并且随着第三代移动通信(3G)全球统一的趋势，SMG与ITU

8、的IMT-2000协作开展工作。GSM的发展道路为：GSM GPRS WCDMAGSM EDGE WCDMAGSM TD-SCDMA10/5/2022154. GSM在中国-移动用户发展及预测1987年，我国移动用户仅有3200户；1997年达到1310万户；1999年九月底达到3760万户；2000年底,我国移动用户达到8000万;2001年底,我国移动用户达到1.4亿;到2003年8月,我国移动用户达到2.4411亿;到2005年,将超过3.0亿；目前，移动电话普及率为18.3%左右 ；我国移动用户总数高于美国和日本，居世界第一位。10/5/2022165. GSM工作原理-网络结构EIR

9、AUCHLRBTSMSCBSCBSCVLRMSCTSCMS互联网络(IXC)本地交换网络汇接局交换中心AT&TMCISprint中国移动中国联通. . .10/5/2022175. GSM工作原理向GPRS网络演进10/5/202218MS3/ARFCN01123FDMBTS0TDMAsTS7nn-1n+1MS2MS1timeGSM/GSM-R工作原理10/5/202219二、欧洲选择GSM-R及其进展10/5/202220提 纲(一)、UIC推出欧洲铁路运输管理系统(ERTMS)(二)、ETCS欧洲列车控制系统(三)、起源于欧洲的GSM-R系统(四)、UIC推进通信信号一体化(五)、通信信号

10、一体化的效益和优势10/5/202221(一)、UIC推出欧洲铁路运输管理系统(ERTMS)在欧洲，铁道和机车车辆的现代化要求引入通用信号系统，即欧洲铁路运输管理系统(ERTMS)，ERTMS属于欧洲委员会(EC)管理的项目。在高新技术驱动之下，协调和统一各国的运输管理系统模式，特别是通信信号方式，消除语言文化障碍、实现高速不停车跨国界铁路交通，达到提高铁路运输业的市场竞争优势。ERTMS给欧洲铁路带来新的发展动力，其效益体现为：较低的铁路运营与维护费用、优质服务质量、极高安全可靠性、高能量利用率实现环保形交通，以及人文的工作环境。ERTMS包括：ETCS（欧洲铁路控制系统）和GSM-R（铁路

11、综合数字移动通信系统）。10/5/2022221989年12月欧洲运输部长作出决定，欧洲共同体开始ERTMS。1990年末，ERRI成立铁路专家组( A200 )研究欧洲列车控制系统的需求。1991年6月,工业组织和铁路部门确定出合作框架，新型车载设备(EUROCAB)，用于数据传输的非连续式系统(EUROBALISE)，新型连续式传输系统(EURORADIO)。1993年底，定义互通运营技术规范。1995年第四个框架计划开始，欧共体定义ERTMS全球策略,设立发展和认证阶段。在不同国家不同线路实施完整的规模测试（法国、德国和意大利）1998年夏天，UNISIG完成ERTMS/ETCS规范。P

12、级系统需求规范于1999年4月23日交付使用。1. ERTMS 周密的时间安排和策划10/5/2022232. 几个重要阶段的工作从1989年到现在,历经14年,围绕技术规范制订、完善、评估模拟、测试试验、立法、商用推广，大体上分成5个阶段：第一阶段：19901998，由欧洲经济利益组织、欧洲铁路研究所、欧洲特殊利益组织共同制定基本规范，即确定出功能需求和系统需求规范；第二阶段：19982000，由开发和实施ERTMS项目指导委员会，欧洲核心系统需求规范评估组织完成功能和系统分类，达到系统和功能的互操作性；第三阶段：1999-2001，由开发和实施ERTMS项目指导委员会和铁路部门测试系统和功

13、能，验证系统和功能互操作性，提出修改意见；第四阶段：20002002，由欧洲电子电工委员会，铁路互通应用欧洲协会/互通运营技术规范组织和铁路部门确定出完整的满足互操作性要求的 ERTMS功能和系统规范；第五阶段：20002006，由铁路部门和工业组织实施商业化及国际项目的推广。10/5/202224ETCS/ERTMS标准化阶段实施计划10/5/202225(二)、ETCS欧洲列车控制系统ETCS 1级基于查询应答器和轨道电路的固定闭塞系统(繁忙干线)基于无线GSM-R的固定闭塞系统(高速及繁忙干线)。基于无线GSM-R的移动闭塞系统(高速及繁忙干线)基于无线的移动或固定闭塞系统(非繁忙干线)

14、ETCS 2级ETCS 3级ETCS 4级装备ETCS设备的列车在无ETCS设备的既有线上运行装备ETCS设备的列车通过STM在既有线上运行ETCS 0级ETCS STM级10/5/2022261、从LZB、FZB、ASTREE发展到ETCSLZB 利用轨道电缆环线传输列控系统行车指令和速度指示式机车信号，取消地面闭塞信号机，保留闭塞分区，列车按固定闭塞分区间隔运行。ASTREE实时追踪控制系统 法国国铁1986年开始开发的系统，为Automatic Suiri des Trains en Lemps REEL简称，其目的是：提高功能，降低成本，采用新技术。系统停止开发，加入ETCS。FZB基

15、于无线的列控系统 德铁80年代末开发的新一代列控系统，为Funk Zug Bee in flussung-Radio based continue train control system简称，其目的是：实现低成本、高性能的列控系统。系统已加入ETCSETCS欧洲列车控制系统 欧共体支持的统一的列车控制系统，采用GSM-R作为传输系统。其开发目标：在欧洲铁路网运行互操作性(国际)，实施标准化，降低成本，提高模块化和灵活性。10/5/2022272. 现代列车控制技术的演进ATCSAATCCBATCCBTC北美/地铁CARAT日本FZBASTREEETCS欧洲/国铁LZB10/5/2022283

16、. 列车控制系统的传输通道CBTC基于通信/传输的列车控制漏泄波导轨道电缆环线GSM-R扩频无线等等基于近场感应的列车控制轨道电路应答器等等10/5/2022294. 基于无线的列车控制系统原理图10/5/2022305. 基于无线的列控方式制动曲线10/5/202231(三)、起源于欧洲的GSM-R系统10/5/2022321. 欧洲GSM-R官方机构定义新的铁路公用通信系统标准的需求铁路通信标准机构，定义GSM-R网络功能特征和互操作性根据EIRENE规范，开发和测试GSM-R系统UICEIRENEMORANEETSIETSI-SMG工业界合作伙伴10/5/2022332. GSM-R时间

17、进度表 研究UIC开始考察铁路通信采用数字无线系统的可行性UIC决定采用GSM-R19921993199419951996199719981999规范制定阶段ETSI确定在GSM标准中引入ASCI功能 GSM-R特殊功能规范试验测试阶段97年7月签署EIRENE MoUMORANE建立测试线路，证明以下概念： GSM标准的演进(Phase 2)第一套产品的有效性10/5/2022343. GSM-R 在欧洲试验项目- MORANE三个测试试验基地10/5/202235In realisationSupplier selectedIn negotiation Planning / StudyTe

18、st trials SBBDSBSJBVCFRDB AGWCMLCDTAVMAVJBVNSBNSPKPRENFESNCBSNCFSZFSVR TrackRHKBBRailtrackCTRLGIF4. 欧洲GSM-R项目与状态10/5/202236德国GSM-R网络MSC-levelFrankfurtBerlinLeipzigHannoverEssenStuttgartMnchenSDHBerlinBSCBSCBSCBSCBSCBSCBSCSDHBSC-levelBSCBSCBTSBTSBTSSDHBTSBTSopticalKupferBTSBTSBTSBTSBTSBTS-level10/5/2

19、02237意大利高速铁路线GSM-R平台结构 MSCMSCBSCBSCBSCBSCBSCBSCBSCTurinMilanNordBolognaFlorenceRomeNaplesVeniceEast 2 NSS (Milan Rome) 7 BSS In dual config. 230 BTS 230 BTS In dual Overlapping Structure 10/5/202238RFI GSM-R NETWORKPhase 1Lug 02Giu 03Set 04Ott 05 Phase 2Phase 3Phase 3: Radio Subsystem (BSS) on 3200

20、Km of railway linesPhase 4Phase 4: Radio Subsystem (BSS) on 1900 Km of railway lines + GPRSPhase 1: Core Network installation (NSS) and “roaming” on public GSM Phase 2: Radio Subsystem (BSS) on 2400 Km of railway lines TOTAL: 7500 KmNETWORK ROLL-OUT10/5/202239RFI GSM-R NETWORKNETWORK EXTENSION第2阶段 (

21、2400 Km)第3阶段 (3500 Km)第4阶段 (1900 Km)第1阶段 (NSS)MILANOVERONADOMODOSSOLACHIASSOMODANEMESTREVENTIMIGLIATRIESTEVILLA OPICINAORTEMESSINAREGGIO DI CALABRIAGENOVABOLOGNAFIRENZEANCONAROMANAPOLITORINOFOGGIALECCEPESCARABARIBRENNEROTARVISIOPARMALA SPEZIACATANIASIRACUSAAREZZO10/5/202240在信号、列车控制和通信领域的UIC项目TMCCTC联

22、锁InterlockingInterlockingInterlockingInterlocking欧洲联锁ETCS ETCS(低价格)GSM-R联锁(四)、UIC推进通信信号一体化10/5/2022411. ETCS与GSM-R之间的横向关系闭锁及其它路轨功能ETCS地面应用(RBC/RID)EURO RADIO子系统固定网GSM-RPLMNGSM-R移动台EURO RADIO子系统ETCS车载应用(RBC/RID)司机司机地面ETCS通信系统System车载ETCS ETCS10/5/2022422. 端对端的安全保障措施-四层结构10/5/202243基于无线的列控系统安全层考虑列控系统通

23、用安全层无线特定的安全层无线适配/通信层列控系统沿线应用层列控系统通用安全层无线特定的安全层无线适配/通信层通信系统列控系统沿线应用层列控系统应用协议列控系统通用安全协议无线适配/通信协议特定安全层协议10/5/202244(五)、通信信号一体化的效益和优势10/5/2022451. 新的运输模式与管理模式轨道占用检测列车完整性检测旅客信息系统系统管理与决策中心计划系统1. 管理决策层相邻 CTC相邻 CTC2. 运营层3. 执行层调度控制中心(CTC)车载控制设备天线微机联锁地面列车控制中心铁路综合数字移动通信网络GSM-R10/5/2022462. 运输管理优化准确、迅速、便捷第1级第2级

24、第3级第4级第5级时间表（12/6个月）交互式实时提前一天调度计划30天内的调度计划10/5/2022473. 经济效益和社会效益 发展基于无线的列车控制系统，可以克服许多技术障碍，从而在以下方面提高运输效率，改善服务质量： 减少列车追踪间隔； 实时追踪列车位置，提高运输调度效率； 列车晚点以后,自动调整运行计划； 以运行列车为中心的周边告警和前方预警系统； 移动在线办公，提高对旅客的服务质量； 适合于从低速至高速各种速度列车，各种运输线路；等等。10/5/202248铁路信息化的重要通道 -发展综合数字移动通信网络轨道电路无线列调公务移动GSM-R无线数据通话柱增值10/5/202249GS

25、M-R与模拟无线运营成本比较ARCOR对德国铁路无线移动网络运营成本比较10/5/202250模拟系统 vs. GSM-R成本比较ARCOR对德国铁路无线移动网络投资运营成本比较10/5/202251什么是GSM-R?以GSM技术为基础,与公众移动通信网共同发展GSM-R = GSM + 集群(融合发展) + 铁路特色功能GSM-R = 移动通信 + 轨道电路GSM-R 可以连接GSM,PSTN,PDN,IP,卫星, 综合,数字,移动,多媒体,.10/5/202252三、GSM-R与铁路信息化10/5/202253中国铁路网现状示意图中国铁路网现状示意图10/5/2022541. 中国铁路需要

26、综合数字移动通信网络满足以旅客为主体的移动信息服务系统的需要，包括车上订票服务、电子移动商务、旅客移动增值服务等；满足铁路路网移动体(机车、车辆、集装箱等)实时动态跟踪信息传输的需要，为开展实时网上信息查询和各种管理信息息统提供移动传输通道；作为无线列调的更新换代产品，同时能够满足区间公务移动、紧急救援、调车编组作业、站场无线等移动话音通信的需要；满足DMIS无线车次号传输、列车尾部风压、机车状态信息、车辆轴温监测、线桥隧道监护、铁路供电状态监视、道口防护等移动和固定无线数据传输的需要；TMIS的源点信息采集和传输；满足以移动列车为主体的安全信息分发与预告警系统的需要，确保沿铁路线的施工、轨道

27、养护、平交道口与车辆、车站等人员和设备的安全，减少事故；10/5/202255青藏铁路需要建设基于无线的列车控制系统；铁路提速、高速和客运专线网络化、智能化、综合化的行车调度指挥系统需要高度可靠、高度安全、快速接入的综合移动通信系统，以及透明、双向、大容量的车/地信息传输通道；技术发展的需要中国铁路移动通信从无到有，从模拟到数字，从单一业务到多业务再到综合业务，这一方面是铁路运输发展的需要，也是技术进步的趋势；IT业在过去20年突飞猛进，其技术进步必将推动铁路综合数字移动通信网络的发展；数字移动通信(GSM、CDMA)在全世界广泛采用,得到广泛验证；铁路专用通信是历史发展必然，无线移动通信在全

28、世界普遍受欢迎，铁道部经过12年(1990年开始)的探索与跟踪，欧洲GSM-R是符合铁路需要的。1. 中国铁路需要综合数字移动通信网络10/5/2022562. 中国铁路既有无线通信的不足模拟无线列调单信道制式严重制约铁路应用，枢纽地区同频干扰严重、信道接入困难已经开始妨碍使用；铁路移动数据通信业务日益增多，无线车次号传输、尾部风压无线传输等等都叠加在无线列调之上，造成本已紧张的无线列调信道更是不堪重负；铁路工种繁多，各部门无线移动通信自成体系，不能互联互通；模拟无线列调不能满足新一代基于通信的列车控制系统(CBTC)对车/地传输通道的要求；单信道无线列调不能满足客运专线和高速铁路等现代铁路运

29、输的信息化和旅客服务对车-地间传输提出的更高要求。 10/5/2022573. 中国铁路选择GSM-R专门为铁路服务是GSM-R明确的发展目标，其标准、技术、设备、在铁路上的应用得到欧洲许多国家的验证，符合高速铁路、普通铁路运输的要求，在德国、瑞典等国家也开始商业运营。GSM成熟的标准、技术和良好的工业是GSM-R发展的基础。GSM被100多个国家200多个电信运营商采纳，其网络设施和移动终端在世界上各种地形地物环境、各种气候条件下得到了广泛的验证，在网络规划、建设、运营维护等方面积累了非常丰富的成功经验。GSM-R可以在GSM基础上实现可持续发展，走GSM-R/GPRS/WCDMA发展的道路

30、，与整个通信产业保持一致，能够持续稳步地朝着移动分组数据、宽带多媒体、基于IP的核心网络方向融合发展。10/5/202258根据国情路情实际出发，CTCS共划分为五级。CTCS0级：既有线的控车模式，区间轨道电路+站内电码化+通用机车信号+列车运行监控装置。CTCS 1级：基于既有设备改造的固定闭塞系统，即主体化机车信号点式设备安全型监控装置。CTCS 2级：基于轨道电路信息的固定闭塞系统，地面车载一体化系统设计。CTCS 3级：基于轨道电路和无线通信（GSM-R）的固定闭塞系统。CTCS 4级：完全基于无线通信（GSM-R）的移动闭塞系统。4. 中国列车控制系统(CTCS)10/5/2022

31、595. GSM-R在铁路上的应用无线列调；无线机车信号；CTCS3/CTCS4；调度指令传输；尾部风压检测传输通道；车次号传递与列车跟踪；编组站综合移动信息系统；机车调度数据传输综合通道；旅客列车移动信息服务通道。10/5/2022601) 无线列调行车调度员、车站值班员、司机、运转车长、助理值班员等，采用热键功能，单键操作；保证通话质量，满足调度电话对呼叫建立时间的要求；“大三角”通信“小三角”通信10/5/202261行车调度台人机界面10/5/202262车站值班员台人机界面10/5/2022632) 无线机车信号 利用GSM-R数据传输通道，代替目前的轨道电路来传输色灯信号： 基于G

32、SM-R传输平台，提供车-地之间双向安全数据传输通道； 无盲区、设备冗余、加密； 满足列车控制响应时间的要求。 10/5/202264车载模拟终端人机界面10/5/202265地面控制中心人机界面10/5/2022663) 调度指令传输 调度员在调度台上编辑调度指令，然后直接发送到机车上，机车车载台收到调度指令后首先自动发回确认信息，向调度员表明调度指令已经正确发送。当司机阅读后手动按下确认键进行人工确认，向调度员表明司机已经阅读了调度指令。 10/5/202267调度指令发送操作界面10/5/2022684) 区间移动公(工)务通信替代区间通话柱，满足紧急救援、应急抢险通信指挥的需要，方便灵活；区间作业人员移动通信。10/5/2022695) 尾部风压反馈传输将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R，避免单独投资及单独组网建设，同时利用GSM-R强大的网络功能，克服了原有的抗干扰性差，信息无法共享等各种缺点。 尾部风压状态随时通过车尾装置传输；机车司机随时可以查询、反馈