高速铁路通信系统

第六章高速铁路通信系统

本章提纲：高速铁路通信系统概述铁路调度数字通信基本原理铁路调度通信系统与组网铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）12/6/20221第一节高速铁路通信系统概述本节内容提要：铁路专用通信业务铁路通信设备发展历程铁路通信网络结构12/6/20222概述铁路通信系统是实现铁路专用通信业务的系统，铁路调度通信系统是其重要组成部分，目前正由模拟通信技术向数字通信技术方向演进。高速铁路通信系统属于铁路通信系统，包括有线通信部分与无线通信部分，其中有线通信部分与非高速铁路通信系统区别不大，区别主要体现在无线通信部分。12/6/20223铁路专用通信业务包括干、局线通信，区段通信，站场通信，无线专用通信，应急通信和列车通信等，其中铁路运输调度通信是铁路专用通信的重要组成部分，下表为铁路专用通信业务分类。

铁路专用通信业务12/6/20224干、局线通信区段通信站场通信无线专用通信应急通信列车通信区段调度通信区段专用电话区段数据通信1.干线各种调度通信2.局线各种调度通信3.干、局线会议电话4.干、局线会议电视

1.列车调度通信2.货运调度通信3.电力调度通信4.其他调度通信

1.车务、工务、水电、供电等电话2.桥隧守护电话3.道口电话4.区间电话

1.各类MIS信息通信2.电力远动通道3.红外线轴温检测通道4.信号控制信息通道5.其他控制信息通道

1.站内调度电话2.站场内部电话3.扳道电话4.客运广播5.客运信息系统6.站场扩音对讲

1.列车无线调度电话2.列车无线防护报警3.站场无线电话4.铁路数字移动通讯系统5.公安、工务对讲6.道口无线报警

1.救援指挥系统电话2.图像传输3.数据传输1.列车广播2.列车电话3.闭路电视4.旅客电话5.列车安全告警系统12/6/20225

调度通信按铁路运输指挥系统分干线、局线、区段三级调度通信体系：干线调度通信是铁道部为统一指挥各铁路局，协调地完成全国铁路运输计划，在铁道部与铁路局之间设立的各种调度通信。局线调度通信是铁路局为统一指挥所属调度区段及主要站段，协调地完成全局运输计划，在铁路局与编组站、区段站、主要大站之间设立的各种调度通信。区段调度通信是各调度区段为指挥运输生产，在调度员与所辖区段的铁路各中间站按专业、部门设置的调度通信系统，统称区段调度。12/6/20226铁路调度通信设备的发展12/6/20227

铁路调度通信网的网络结构根据铁路运输调度体制，分为干线、局线、区段三层，各层网络自成系统独立组网，铁路局和铁路局下属的调度区段为各层网络的相切点。铁路调度通信网络结构12/6/20228(1)铁道部干线调度通信网

铁道部运输指挥中心设数字交换机，用数字中继通道与各铁路局运输指挥中心的数字调度交换机相连，相邻铁路局的数字调度交换机之间也以数字中继通道相连作为直达路由，从而组成一个复合星型网络结构的干线调度通信网。12/6/20229(2)铁路局局调通信网铁路局的干调数字交换机用数字中继通道与各调度区段数字调度交换机（也可利用区段数字调度设备）相连，构成星型网络结构的局调调度通信网。不在调度区段指挥中心所在地的局调分机，利用区段数字调度通信或专线延伸至区段站、编组站、中间站。。12/6/202210(3)区段调调度通通信网网铁路局局下属属的调调度区区段运运输指指挥中中心设设区段段数字字调度度机（（俗称称主系系统）），与与所辖辖区段段沿线线各中中间站站车站站数字字调度度机（（俗称称分系系统）），用用2M数字通通道呈呈串联联型逐逐站向向连，，并由由末端端车站站环回回，组组成一一个2M自愈环环。区区段内内所有有调度度业务务（行行调、、货调调、电电调、、无线线列调调）纳纳入2M数字环环内，，一种种调度度业务务固定定占有有一个个共线线时隙隙11/27/202211铁道部部运输调调度管管理系系统铁路局局调度度中心心基层调调度网网络调度电电话是是铁路路各级级指挥挥系统统使用的的封闭闭式专专用电电话系系统干线调调度电电话（（部调调）各种业业务调调度电电话11/27/202212区段调度11/27/202213铁路数字调调度通信系系统的主要要技术特征征是采用数数字交换技技术。要实实现数字程程控交换，，必须解决决两大问题题：第一，，将模拟的的话音信号号变为数字字信号，即即话音信号号数字化，，并进行复复用传输；；第二，将将数字化的的话音信号号进行交换换，即数字字交换。另另外，在区区段的数字字专用通信信系统中要要实现数字字共线和数数字交叉连连接。第二节铁铁路调度数数字通信基基本原理11/27/202214本节内容：：数字传输系系统数字交换系系统区段数字调调度通信11/27/202215数字传输系系统数字传输系系统原理图图11/27/202216上图表示模模拟话音信信号在发送送端经过抽抽样、量化化和编码以以后得到了了脉冲编码码调制（PCM）信号，此此过程称为为模拟话音音信号数字字化，该数数字信号经经过传输线线路送到对对端。在接接收端将收收到的PCM码组还原成成模拟话音音信号。11/27/202217数字交换系系统主要内容：：呼叫处理基基本过程信令交换机组组成11/27/202218呼叫处理基基本过程11/27/202219信令为保证通信信网的正常常运行，完完成网络内内各部分之之间信息正正确传输和和交换，以以实现任意意两个用户户之间的通通信，必须须要有完善善的信令方方式。信令令是通信网网中交换局局和用户终终端之间及及各交换局局间在完成成各种呼叫叫接续时所所采取的一一种通信语语言。11/27/202220交换机的组组成交换机通常常由三部分分组成：交交换网络、、接口、控控制系统。。11/27/202221交换网络实实现交换机机内用户间间或用户与与中继线间间话音信号号的交换。。接口把来自自用户或中中继线的各各种不同的的输入信令令和消息转转换成统一一的机内信信号，以便便控制单元元和交换网网络进行处处理和接续续。交换机的控控制系统实实现对整个个交换机的的控制和处处理。其功功能可分为为两大类：：呼叫处理理；运行、、管理和维维护（OAM）。11/27/202222区段数字调调度通信主要内容：：数字会议电电话数字交叉连连接数字共线11/27/202223(1)数字会议电电话数字交换网网络只能实实现两个用用户间话音音的全交换换（通话双双方均能听听到对方讲讲话），及及一个用户户对多个用用户的广播播式交换（（一个用户户为主持，，其他用户户只能听到到主持讲话话，而主持持只能听到到其中一个个人讲话）），完成三三个或三个个以上用户户全双工会会议交换由由数字会议议电话完成成。11/27/202224(2)数字字交交叉叉连连接接（（DXC）的的运运用用数字字交交叉叉连连接接是是指指数数字字交交换换设设备备（（或或数数字字交交叉叉连连接接设设备备））的的两两个个端端口口用用固固定定或或半半固固定定的的方方式式连连接接起起来来，，以以达达到到两两个个端端口口直直通通的的目目的的。。在在数数字字交交换换设设备备内内，，数数字字交交叉叉连连接接通通过过网网管管或或维维护护终终端端做做数数据据建建立立或或拆拆除除。。数数字字交交叉叉连连接接在在区区段段连连接接数数字字调调度度系系统统中中的的运运用用主主要要表表现现在在提提供供通通道道的的能能力力方方面面。。11/27/202225(3)数字共线原理理MUBU1BU2BUn…...E1E1E1E1E1E1（）数字传输通道E1E1

MU：枢纽主系统BU：车站分系统MU数字共线方式式示意图11/27/202226如图所示，主主系统和各分分系统是以共共线方式组网网的，即主系系统和分系统统1用一条E1线连接，分系系统1再以E1线连接分系统统2，依次类推，，分系统n最后以E1线连接到主系系统，从而整整个系统构成成一个环路。。环路中各时时隙可分为共共线时隙、站站间时隙、远远程调度时隙隙，从业务上上分别用于调调度业务，每每种调度业务务只占用一个个时隙。11/27/202227第三节铁铁路调度通信信系统与组网网主要内容：干线调度通信信局线调度通信信区段调度通信信11/27/202228一、干线调度度通信干线调度通信信系统通信系统的组组成：铁路干线调度度通信网络由由一套西门子子Hicom382调度交换机，，14套Hicom372调度交换机，，以及外围设设备调度功能能模块、调度度台、多媒体体终端、网络络管理和调度度管理系统等等组成。11/27/202229系统启动：Hicom调度交换机系系统启动可分分为系统的断断电再启动（（俗称冷启动动）和非断电电再启动（俗俗称热启动））。可以由人人工或系统自自动进行系统统再启动。系统维护：包包括网管维护护、软件维护护及远端维护护等。其系统统管理主要对对系统的硬件件配置变化、、分机终端类类型的变更、、分机号码或或性能的改变变、服务等级级的增添或修修改、通信方方式的改变及及软件版本更更新等进行管管理。11/27/2022302.干线调度通信信网干线调度通信信网络由设在在铁道部的Hicom382数字调度交换换机为汇接中中心，与设在在各铁路局的的Hicom372数字调度交换换机用2M数字中继通道道相连接。相相邻铁路局的的Hicom372数字调度交换换机之间也用用2M数字中继通道道相连作为直直达路由，从从而构成一个个复合星型网网络的干线调调度通信网。。11/27/202231编号：干线调调度专用网用用户与局线调调度专用网用用户的电话号号码，全路统统一编号，采采用五位码（（ABCDE）编号，前两两位AB为调度局向号号，后三位CDE为用户号，分分别以铁道部部、各铁路局局、各调度区区段为一个编编号区。11/27/202232同步方式：网网内同步采用用主从同步方方式，铁道部部的Hicom382调度交换机配配置的时钟作作为第一从时时钟，从铁道道部SPC上提取的时钟钟为主时钟，，各铁路局Hicom372调度交换机通通过传输通道道（PCM30/32的TS0）保持与第一一从时钟同步步。11/27/202233接口：交换机机之间的局间间中继接口采采用30B+D数字接口，用用2M数字通道相连连接。信令：局间信信令采用西门门子专用ISDN网络共路信令令（CorNET信令）。在以以CorNET互连的Hicom交换机专网范范围内可提供供大量公共ISDN网络所没有的的服务，并组组成一个统一一的ISDN调度网络，实实现全部ISDN功能的全网透透明传输。11/27/202234二、局线调调度通信铁路局的局线线调度通信网网络，在铁路路局汇接中心心利用干调Hicom372调度交换机或或另设数字调调度交换机与与设在各铁路路调度区段的的数字专用通通信系统组成成。11/27/202235组网方式以用户线方式式组网利用干调通信信网中的Hicom372调度交换机，，直接将局调调用户用PCM加环路设备进进行远距离放放号到所辖各各调度区段。。11/27/202236中继线方式一一组网利用Hicom调度交换机系系列组网，铁铁路局所在地地仍利用干调调通信网中的的Hicom372调度交换机，，各调度区段段设Hicom315调度交换机，，各交换机之之间用2M数字中继通道道相连组成星星型局调网络络。11/27/202237以中继继方式式二组组网利用区区段数数字调调度设设备组组成局局线调调度通通信网网络，，在铁铁路局局所在在地设设数字字专用用通信信主系系统与与干调调Hicom372调度交交换机机所属属各调调度区区段的的区段段调度度设备备主系系统之之间以以2M数字中中继方方式相相连，，从而而构成成一个个星型型的局局线调调度通通信网网络。。11/27/202238网络编编号局调网网络内内的用用户与与干调调网络络一样样，采采用五五位码码编号号，铁铁路局局为一一个单单独编编号区区，前前两位位为调调度局局向号号，后后三位位为用用户号号。11/27/202239同步局调网网内同同步采采用主主从同同步方方式，，铁路路局的的局调调交换换机配配置的的时钟钟作为为第一一从时时钟，，从干干调网网内铁铁路局局的Hicom372上提取取的时时钟作作为主主时钟钟，各各铁路路调度度区段段的局局调交交换机机通过过数字字传输输通道道（PCM30/32的TS0）保持持与第第一从从时钟钟同步步。11/27/2022404.信令铁路局局的局局调设设备与与Hicom372调度交交换机机及各各调度度区段段的区区段数数字调调度主主系统统用2M数字中中继接接口相相连，，采用用数字字用户户1号信信令令（（DSS1）。。区区段段数数字字调调度度主主系系统统之之间间（（在在同同一一分分局局内内））也也用用2M数字字中中继继接接口口相相连连，，采采用用数数字字用用户户1号信信令令（（DSS1）。。区区段段数数字字调调度度系系统统从从主主系系统统到到分分系系统统采采用用内内部部信信令令。。11/27/2022411.区段段数数字字调调度度通通信信系系统统区段段数数字字调调度度通通信信系系统统的的基基本本原原理理就就是是使使用用计计算算机机硬硬件件软软件件去去控控制制数数字字时时分分交交换换网网络络的的交交换换接接续续，，来来达达到到人人们们期期望望的的通通信信方方式式及及通通信信需需求求。。三、、区区段段数数字字调调度度通通信信11/27/202242(1)系统统组组成成数字字调调度度通通信信系系统统一一般般由由数数字字调调度度主主机机、、操操作作台台、、集集中中维维护护管管理理系系统统等等组组成成。。11/27/202243数字字调调度度主主机机是是为为调调度度所所和和站站场场提提供供调调度度指指挥挥的的数数字字交交换换设设备备。。其其主主要要功功能能为为：：网网络络和和通通道道管管理理、、组组网网、、呼呼叫叫处处理理、、交交换换及及各各种种通通信信业业务务的的综综合合接接入入。。数字字调调度度主主机机系系统统框框图图控制线网络PCM线11/27/202244操作作台台是是调调度度（（值值班班））员员进进行行调调度度操操作作的的终终端端设设备备。。调调度度（（值值班班））员员通通过过操操作作台台上上各各按按键键进进行行各各种种调调度度操操作作，，如如应应答答来来话话、、单单呼呼组组呼呼全全呼呼用用户户、、转转移移或或保保持持来来话话、、召召集集会会议议等等。。集中中维维护护管管理理系系统统由由一一台台或或多多台台集集中中维维护护管管理理终终端端、、打打印印机机组组成成。。11/27/202245系统统运运用用系统统运运用用包包括括单单机机运运用用和和多多机机组组网网综综合合运运用用。。单机机运运用用指指采采用用一一套套主主机机，，完完成成单单一一功功能能的的通通信信设设施施，，根根据据不不同同的的需需求求，，可可在在多多种种场场合合下下使使用用。。如：：作作为为固固定定交交换换机机使使用用和和作作为为站站场场通通信信使使用用。。11/27/202246多机组网网综合运运用是采采用一套套主系统统和若干干套分系系统组网网，完成成多种业业务的通通信设施施。如图所示示，主系系统放置置于调度度区段中中心调度度所或大大型调度度指挥中中心，主主要用于于接入各各调度操操作台和和各种调调度电路路，是整整个系统统的核心心。分系系统放置置于调度度区段管管辖范围围内各车车站，通通过数字字传输通通道与主主系统相相连，主主要用于于接入车车站操作作台、远远端调度度分机、、站间电电话、区区间电话话、站场场电话等等。11/27/202247系统总体体结构图图11/27/2022482.区段调度度通信网网络(1)铁路区段段调度通通信网络络是根据据调度通通信业务务性质、、地理位位置，以以及安全全可靠的的特殊要要求等多多方面因因素来组组建，概概括起来来有两大大特点：：数字共线型的的通信网络以2M自愈环组成区区段调度通信信网络11/27/202249组网区段调度通信信组网时，必必须根据数字字传输通道和和铁路运输区区段的实际情情况，综合考考虑如何组成成2M自愈环。首先确定一个个自愈环内串串接多少个分分系统（车站站）对几种特殊情情况的处理11/27/202250枢纽列车调度度台的组网；；具有分支铁路路线的区段调调度通信网络络；具有分流线路路的区段调度度通信线路；；中间站没有光光纤网络单元元（ONU）设备或2M通道的处理。。11/27/202251第四节铁路路综合数字移移动通信系统统（GSM-R）本节内容：GSM-R背景系统构成通信过程系统需求及方方案设计11/27/2022521.GSM-R背景GSM-R是国际铁路联联盟(UIC)推荐的欧洲铁铁路专用移动动通信系统。。它是在GSM蜂窝系统上增增加调度通信信功能的一个个综合专用移移动通信系统统，能满足国国际铁路联盟盟(UIC)提出的铁路专专用调度通信信的要求。11/27/2022532.GSM-R的组成GSM-R由三大部分组组成：GSM-R陆地移动网络络、FAS固定网络、移移动终端和固固定终端，如如图所示。其其中FAS固定网络实际际上是一个以以专用交换机机及（PBX）为平台的有有线调度通信信网络。11/27/202254按调度通信业业务流程，可可归纳为四类类通信过程，，即点对点个个别呼叫、组组呼、会议呼呼（临时组呼呼）、广播呼呼叫。3.通信过程11/27/202255(1)点对点个别呼呼叫固定终端呼叫叫移动终端可可以采用以下下两种方式:按MSISDN号码呼叫FAS收到MSISDN号码，进行号号码分析后，，判断是移动动终端MSISDN号码，把呼叫叫路由到GSM-R网络，并把MSISDN号码发给GSM-R网络；GSM-R网络根据MSISDN号码呼叫移动动终端，双方方建立通信；；通话完毕，，任意一方挂挂机，呼叫清清除。基于功能寻址址呼叫移动终终端如下图所示。。11/27/202256固定终端以车车次功能号码码呼叫移动终终端调度台72710002912720101枢纽FAS被叫号码：200755901主叫号码：72710002主叫功能号码码：912720101被叫为移动终终端MSCMSISDN号码为82710002的用户对应的的车次功能号号码为200755901机车台82710002200755901K59向MSC注册为K59次车的机车台200755901(车次功能号码)82710002(MSISDN号码)BSS被叫号码：200755901主叫号码：72710002主叫功能号码码：912720101被叫号码：82710002主叫号码：72710002主叫功能号码码：91272010111/27/202257移动终端呼叫叫固定终端可可以采用以下下两种方式：：按ISDN号码呼叫GSM-R网络收到ISDN号码，进行号号码分析后，，把呼叫路由由到相应的FAS，并向FAS发送被叫固定定终端ISDN号码；FAS根据ISDN号码呼叫固定定终端，双方方建立通信；；通话完毕，，任意一方挂挂机，呼叫清清除。基于位置寻址址呼叫固定终终端如下图所示。。11/27/202258移动终端基于于位置寻址呼呼叫固定终端端调度台72710002912720101被叫为固定终终端枢纽FAS根据机车台所所在小区的位位置判断机车车台所在的调调度区域，此此区域的调度度台72710002MSCBSS将机车台所在在小区的位置置信息及主叫叫号码送到MSC拨1200机车台82710002200755901被叫号码：72710002主叫号码：82710002主叫功能号码码：200755901被叫号码：72710002主叫号码：82710002主叫功能号码码：20075590111/27/202259移动终端发发起组呼（（见图）固定终端发发起组呼（（见图））GSM-R广播呼叫（（VBS）GSM-R广播呼叫（（VBS）与VGCS雷同，只是是呼叫类型型CT不同，GSM-R组呼CT=50，GSM-R广播CT=51，另外所不不同的只是是组呼成员员中只能听听，不能讲讲话。(2)组呼(VGCS)和广播呼叫叫(VBS)11/27/202260移动终端发发起组呼调度台72710002912720101枢纽FAS判断主叫权权限及组内内成员，呼呼叫组成员员判断主叫权权限及组内内成员，判判别出组内内成员包含含虚拟组呼呼号72700000MSC被叫号码：5010001221主叫号码：：82710002主叫功能号号码：200755901主叫号码：5010001221被叫号码：：82710012主叫号码：：5010001221被叫号码：：72700000主叫号码：：5010001221被叫号码：：72710002机车台82710002200755901机车台8271001227500006901车站FAS1主叫号码：5010001221被叫号码：：72711002车站值班台台72711002车站值班台台72712002车站FAS2主叫号码：：5010001221被叫号码：：7271200211/27/202261固定终端发发起组呼调度台72710002912720101枢纽FAS被叫号码：：5010001202主叫号码：：72710002主叫功能号号码：912720101判断主叫权权限及组内内成员，判判别出组内内成员包含含虚拟组呼呼号72700000判断主叫权权限及组内内成员MSC车站FAS1主叫号码：：5010001202被叫号码：：72712002主叫号码：5010001202被叫号码：：72711002主叫号码：：5010001202被叫号码：：82710002主叫号码：：5010001202被叫号码：：82710012主叫号码：：72700000被叫号码：：5010001202车站值班台台72711002车站值班台台72712002机车台82710002200755901机车台8271001227500006901车站FAS211/27/202262(3)会议呼（临临时组呼））会议呼是由由一方发起起多方参加加的会议型型的通信方方式，在GSM-R网络内提供供多方通信信（MPTY）的补充业业务，实现现会议呼。。11/27/202263系统需求高速铁路GSM-R网络在服务务质量、可可用性、冗冗余可靠、、容灾等方方面，比公公众移动通通信网络的的要求严格格的多，以以实现在带带宽有限以以及现有话话务模型不不准确情况况下，满足足高速条件件下通话需需求及列控控需求。11/27/202264GSM-R网络主要QoS参数QoS参数高速线的取值连接建立时延＜8.5s（95%），≤10s（100%）连接建立失败率＜10—2端到端的最大传输时延（每个数据块30个字节）≤0.5s(99%)连接掉话率≤10—2/h传输干扰周期＜0.8s(95%)，＜1s(99%)传输无干扰周期＞20s(95%)，＞7s(99%)网络注册时延≤30s(95%)，≤35s(99%)，≤40s(100%)11/27/202265(2)设计高速GSM-R网络时，应应首先考虑虑满足通用用GSM-R系统以下需需求网络覆盖要要求①－98dBm，95%时间区域（（列调）；；②－95dBm，95%时间区域（（列控，速速度<220km/h）；③－92dBm，95%时间区域（（列控，速速度>280km/h）。11/27/202266通话话建建立立时时间间（（95%的情情况况））①紧紧急急组组呼呼小小于于2s；②普普通通组组呼呼小小于于5s；③低低优优先先级级呼呼叫叫小小于于10s。高的的越越区区切切换换成成功功率率保证证下下列列区区域域的的高高质质量量无无线线覆覆盖盖①车车站站；；②②隧隧道道；；③③站站场场。。高抗抗干干扰扰能能力力11/27/2022675.方案案设设计计根据据高高速速铁铁路路的的具具体体特特点点（（线线路路长长度度、、沿沿线线地地貌貌、、桥桥梁梁、、隧隧道道、、干干扰扰、、投投资资等等）），，可可以以有有针针对对性性地地对对其其GSM-R系统统组组成成环环节节进进行行特特殊殊设设计计，，以以满满足足具具体体线线路路要要求求。。根根据据国国内内外外GSM-R系统统建建设设情情况况，，主主要要有有以以下下几几种种方方案案：：11/27/202268单MSC，单单层层无无线线覆覆盖盖。。全全线线配配置置单单套套核核心心网网设设备备（（包包括括MSC，IN，SGSN等））和和单单套套无无线线网网络络设设备备（（包包括括BS