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）9/16/20231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9/16/20232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。9/16/20233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9/16/20234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9/16/20235

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。9/16/20236铁路调度通信设备的发展9/16/20237

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9/16/20238

(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。9/16/20239(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。。9/16/202310

(3)区段调度通信网铁路局下属的调度区段运输指挥中心设区段数字调度机（俗称主系统），与所辖区段沿线各中间站车站数字调度机（俗称分系统），用2M数字通道呈串联型逐站向连，并由末端车站环回，组成一个2M自愈环。区段内所有调度业务（行调、货调、电调、无线列调）纳入2M数字环内，一种调度业务固定占有一个共线时隙9/16/202311铁道部运输调度管理系统铁路局调度中心基层调度网络调度电话是铁路各级指挥系统使用的封闭式专用电话系统干线调度电话（部调）各种业务调度电话9/16/202312区段调度9/16/202313铁路数字调度通信系统的主要技术特征是采用数字交换技术。要实现数字程控交换，必须解决两大问题：第一，将模拟的话音信号变为数字信号，即话音信号数字化，并进行复用传输；第二，将数字化的话音信号进行交换，即数字交换。另外，在区段的数字专用通信系统中要实现数字共线和数字交叉连接。第二节铁路调度数字通信基本原理9/16/202314本节内容：数字传输系统数字交换系统区段数字调度通信9/16/202315数字传输系统数字传输系统原理图9/16/202316上图表示模拟话音信号在发送端经过抽样、量化和编码以后得到了脉冲编码调制（PCM）信号，此过程称为模拟话音信号数字化，该数字信号经过传输线路送到对端。在接收端将收到的PCM码组还原成模拟话音信号。9/16/202317数字交换系统主要内容：呼叫处理基本过程信令交换机组成9/16/202318呼叫处理基本过程9/16/202319信令为保证通信网的正常运行，完成网络内各部分之间信息正确传输和交换，以实现任意两个用户之间的通信，必须要有完善的信令方式。信令是通信网中交换局和用户终端之间及各交换局间在完成各种呼叫接续时所采取的一种通信语言。

9/16/202320交换机的组成

交换机通常由三部分组成：交换网络、接口、控制系统。

9/16/202321交换网络实现交换机内用户间或用户与中继线间话音信号的交换。接口把来自用户或中继线的各种不同的输入信令和消息转换成统一的机内信号，以便控制单元和交换网络进行处理和接续。交换机的控制系统实现对整个交换机的控制和处理。其功能可分为两大类：呼叫处理；运行、管理和维护（OAM）。9/16/202322区段数字调度通信主要内容：数字会议电话数字交叉连接数字共线9/16/202323(1)数字会议电话

数字交换网络只能实现两个用户间话音的全交换（通话双方均能听到对方讲话），及一个用户对多个用户的广播式交换（一个用户为主持，其他用户只能听到主持讲话，而主持只能听到其中一个人讲话），完成三个或三个以上用户全双工会议交换由数字会议电话完成。9/16/202324(2)数字交叉连接（DXC）的运用数字交叉连接是指数字交换设备（或数字交叉连接设备）的两个端口用固定或半固定的方式连接起来，以达到两个端口直通的目的。在数字交换设备内，数字交叉连接通过网管或维护终端做数据建立或拆除。数字交叉连接在区段连接数字调度系统中的运用主要表现在提供通道的能力方面。9/16/202325(3)数字共线原理

MUBU1BU2BUn…...E1E1E1E1E1E1（）数字传输通道E1E1

MU：枢纽主系统BU：车站分系统MU数字共线方式示意图9/16/202326如图所示，主系统和各分系统是以共线方式组网的，即主系统和分系统1用一条E1线连接，分系统1再以E1线连接分系统2，依次类推，分系统n最后以E1线连接到主系统，从而整个系统构成一个环路。环路中各时隙可分为共线时隙、站间时隙、远程调度时隙，从业务上分别用于调度业务，每种调度业务只占用一个时隙。9/16/202327第三节铁路调度通信系统与组网主要内容：干线调度通信局线调度通信区段调度通信9/16/202328一、干线调度通信

干线调度通信系统通信系统的组成：铁路干线调度通信网络由一套西门子Hicom382调度交换机，14套Hicom372调度交换机，以及外围设备调度功能模块、调度台、多媒体终端、网络管理和调度管理系统等组成。9/16/202329系统启动：Hicom调度交换机系统启动可分为系统的断电再启动（俗称冷启动）和非断电再启动（俗称热启动）。可以由人工或系统自动进行系统再启动。系统维护：包括网管维护、软件维护及远端维护等。其系统管理主要对系统的硬件配置变化、分机终端类型的变更、分机号码或性能的改变、服务等级的增添或修改、通信方式的改变及软件版本更新等进行管理。9/16/2023302.干线调度通信网

干线调度通信网络由设在铁道部的Hicom382数字调度交换机为汇接中心，与设在各铁路局的Hicom372数字调度交换机用2M数字中继通道相连接。相邻铁路局的Hicom372数字调度交换机之间也用2M数字中继通道相连作为直达路由，从而构成一个复合星型网络的干线调度通信网。

9/16/202331编号：干线调度专用网用户与局线调度专用网用户的电话号码，全路统一编号，采用五位码（ABCDE）编号，前两位AB为调度局向号，后三位CDE为用户号，分别以铁道部、各铁路局、各调度区段为一个编号区。

9/16/202332同步方式：网内同步采用主从同步方式，铁道部的Hicom382调度交换机配置的时钟作为第一从时钟，从铁道部SPC上提取的时钟为主时钟，各铁路局Hicom372调度交换机通过传输通道（PCM30/32的TS0）保持与第一从时钟同步。9/16/202333接口：交换机之间的局间中继接口采用30B+D数字接口，用2M数字通道相连接。信令：局间信令采用西门子专用ISDN网络共路信令（CorNET信令）。在以CorNET互连的Hicom交换机专网范围内可提供大量公共ISDN网络所没有的服务，并组成一个统一的ISDN调度网络，实现全部ISDN功能的全网透明传输。

9/16/202334二、局线调度通信

铁路局的局线调度通信网络，在铁路局汇接中心利用干调Hicom372调度交换机或另设数字调度交换机与设在各铁路调度区段的数字专用通信系统组成。

9/16/202335组网方式以用户线方式组网利用干调通信网中的Hicom372调度交换机，直接将局调用户用PCM加环路设备进行远距离放号到所辖各调度区段。9/16/202336中继线方式一组网利用Hicom调度交换机系列组网，铁路局所在地仍利用干调通信网中的Hicom372调度交换机，各调度区段设Hicom315调度交换机，各交换机之间用2M数字中继通道相连组成星型局调网络。

9/16/202337以中继方式二组网利用区段数字调度设备组成局线调度通信网络，在铁路局所在地设数字专用通信主系统与干调Hicom372调度交换机所属各调度区段的区段调度设备主系统之间以2M数字中继方式相连，从而构成一个星型的局线调度通信网络。9/16/202338网络编号局调网络内的用户与干调网络一样，采用五位码编号，铁路局为一个单独编号区，前两位为调度局向号，后三位为用户号。9/16/202339同步局调网内同步采用主从同步方式，铁路局的局调交换机配置的时钟作为第一从时钟，从干调网内铁路局的Hicom372上提取的时钟作为主时钟，各铁路调度区段的局调交换机通过数字传输通道（PCM30/32的TS0）保持与第一从时钟同步。9/16/202340

4.信令铁路局的局调设备与Hicom372调度交换机及各调度区段的区段数字调度主系统用2M数字中继接口相连，采用数字用户1号信令（DSS1）。区段数字调度主系统之间（在同一分局内）也用2M数字中继接口相连，采用数字用户1号信令（DSS1）。区段数字调度系统从主系统到分系统采用内部信令。9/16/2023411.区段数字调度通信系统区段数字调度通信系统的基本原理就是使用计算机硬件软件去控制数字时分交换网络的交换接续，来达到人们期望的通信方式及通信需求。三、区段数字调度通信9/16/202342(1)系统组成数字调度通信系统一般由数字调度主机、操作台、集中维护管理系统等组成。9/16/202343数字调度主机是为调度所和站场提供调度指挥的数字交换设备。其主要功能为：网络和通道管理、组网、呼叫处理、交换及各种通信业务的综合接入。

数字调度主机系统框图

控制线网络PCM线9/16/202344操作台是调度（值班）员进行调度操作的终端设备。调度（值班）员通过操作台上各按键进行各种调度操作，如应答来话、单呼组呼全呼用户、转移或保持来话、召集会议等。

集中维护管理系统由一台或多台集中维护管理终端、打印机组成。9/16/202345系统运用系统运用包括单机运用和多机组网综合运用。单机运用指采用一套主机，完成单一功能的通信设施，根据不同的需求，可在多种场合下使用。如：作为固定交换机使用和作为站场通信使用。9/16/202346多机组网综合运用是采用一套主系统和若干套分系统组网，完成多种业务的通信设施。如图所示，主系统放置于调度区段中心调度所或大型调度指挥中心，主要用于接入各调度操作台和各种调度电路，是整个系统的核心。分系统放置于调度区段管辖范围内各车站，通过数字传输通道与主系统相连，主要用于接入车站操作台、远端调度分机、站间电话、区间电话、站场电话等。

9/16/202347系统总体结构图9/16/2023482.区段调度通信网络(1)铁路区段调度通信网络是根据调度通信业务性质、地理位置，以及安全可靠的特殊要求等多方面因素来组建，概括起来有两大特点：数字共线型的通信网络以2M自愈环组成区段调度通信网络9/16/202349组网区段调度通信组网时，必须根据数字传输通道和铁路运输区段的实际情况，综合考虑如何组成2M自愈环。首先确定一个自愈环内串接多少个分系统（车站）对几种特殊情况的处理9/16/202350枢纽列车调度台的组网；具有分支铁路线的区段调度通信网络；具有分流线路的区段调度通信线路；中间站没有光纤网络单元（ONU）设备或2M通道的处理。9/16/202351第四节铁路综合数字移动通信系统（GSM-R）

本节内容：GSM-R背景系统构成通信过程系统需求及方案设计9/16/2023521.GSM-R背景

GSM-R是国际铁路联盟(UIC)推荐的欧洲铁路专用移动通信系统。它是在GSM蜂窝系统上增加调度通信功能的一个综合专用移动通信系统，能满足国际铁路联盟(UIC)提出的铁路专用调度通信的要求。9/16/2023532.

GSM-R的组成

GSM-R由三大部分组成：GSM-R陆地移动网络、FAS固定网络、移动终端和固定终端，如图所示。其中FAS固定网络实际上是一个以专用交换机及（PBX）为平台的有线调度通信网络。9/16/202354按调度通信业务流程，可归纳为四类通信过程，即点对点个别呼叫、组呼、会议呼（临时组呼）、广播呼叫。3.

通信过程

9/16/202355(1)点对点个别呼叫固定终端呼叫移动终端可以采用以下两种方式:按MSISDN号码呼叫

FAS收到MSISDN号码，进行号码分析后，判断是移动终端MSISDN号码，把呼叫路由到GSM-R网络，并把MSISDN号码发给GSM-R网络；GSM-R网络根据MSISDN号码呼叫移动终端，双方建立通信；通话完毕，任意一方挂机，呼叫清除。

基于功能寻址呼叫移动终端

如下图所示。9/16/202356固定终端以车次功能号码呼叫移动终端调度台72710002912720101枢纽FAS被叫号码：200755901主叫号码：72710002主叫功能号码：912720101被叫为移动终端MSCMSISDN号码为82710002的用户对应的车次功能号码为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：912720101被叫号码：82710002主叫号码：72710002主叫功能号码：9127201019/16/202357移动终端呼叫固定终端可以采用以下两种方式：按ISDN号码呼叫

GSM-R网络收到ISDN号码，进行号码分析后，把呼叫路由到相应的FAS，并向FAS发送被叫固定终端ISDN号码；FAS根据ISDN号码呼叫固定终端，双方建立通信；通话完毕，任意一方挂机，呼叫清除。

基于位置寻址呼叫固定终端如下图所示。9/16/202358移动终端基于位置寻址呼叫固定终端调度台72710002912720101被叫为固定终端枢纽FAS根据机车台所在小区的位置判断机车台所在的调度区域，此区域的调度台72710002MSCBSS将机车台所在小区的位置信息及主叫号码送到MSC拨1200机车台82710002200755901被叫号码：72710002主叫号码：82710002主叫功能号码：200755901被叫号码：72710002主叫号码：82710002主叫功能号码：2007559019/16/202359移动终端发起组呼（见图）固定终端发起组呼（见图）GSM-R广播呼叫（VBS）

GSM-R广播呼叫（VBS）与VGCS雷同，只是呼叫类型CT不同，GSM-R组呼CT=50，GSM-R广播CT=51，另外所不同的只是组呼成员中只能听，不能讲话。

(2)组呼(VGCS)和广播呼叫(VBS)9/16/202360移动终端发起组呼调度台72710002912720101枢纽FAS判断主叫权限及组内成员，呼叫组成员判断主叫权限及组内成员，判别出组内成员包含虚拟组呼号72700000MSC被叫号码：5010001221主叫号码：82710002主叫功能号码：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72711002车站值班台72712002车站FAS2主叫号码：5010001221被叫号码：727120029/16/202361固定终端发起组呼调度台72710002912720101枢纽FAS被叫号码：5010001202主叫号码：72710002主叫功能号码：912720101判断主叫权限及组内成员，判别出组内成员包含虚拟组呼号72700000判断主叫权限及组内成员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72711002车站值班台72712002机车台82710002200755901机车台8271001227500006901车站FAS29/16/202362(3)会议呼（临时组呼）

会议呼是由一方发起多方参加的会议型的通信方式，在GSM-R网络内提供多方通信（MPTY）的补充业务，实现会议呼。9/16/202363系统需求

高速铁路GSM-R网络在服务质量、可用性、冗余可靠、容灾等方面，比公众移动通信网络的要求严格的多，以实现在带宽有限以及现有话务模型不准确情况下，满足高速条件下通话需求及列控需求。9/16/202364GSM-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%)9/16/202365(2)设计高速GSM-R网络时，应首先考虑满足通用GSM-R系统以下需求

网络覆盖要求①－98dBm，95%时间区域（列调）；②－95dBm，95%时间区域（列控，速度<220km/h）；③－92dBm，95%时间区域（列控，速度>280km/h）。9/16/202366通话建立时间（95%的情况）①紧急组呼小于2s；②普通组呼小于5s；③低优先级呼叫小于10s。高的越区切换成功率保证下列区域的高质量无线覆盖①车站；②隧道；③站场。高抗干扰能力9/16/2023675.方案设计根据高速铁路的具体特点（线路长度、沿线地貌、桥梁、隧道、干