毕业设计精品]GSM-R原理及应用论文.doc

GSM-R原理及应用论文班级：姓名：学号：专业：信息网络与安全目录摘要.3第一章引言.4第二章CTCS概述.52.1CTCS基本介绍.52.2CTCS系统的基本功能.52.3CTCS工作原理.62.4CTCS应用等级.72.5CTCS系统特点.82.6CTCS工作模式.82.7CTCS-3系统体系结构.92.8CTCS的作用.10第三章GSM-R系统.123.1GSM-R概述.123.2GSM/GSM-R工作原理.133.2.1小区形状.133.2.2频率复用.133.2.3提高系统容量的方法.153.2.4位置理论.153.3GSM-R网络结构和功能.17第四章总结.20参考文献.21致谢.22摘要随着我国铁路建设新一轮高潮的到来，今后新建的客运专线，城际铁路，高速铁路，均采用GSM-R系统作为其综合无线通信系统，因此我国未来铁路无线通信系统平台必将建立在GSM-R的系统平台上。本文对CTCS-3系统的车载设备和地面设备进行了简单介绍。着重探讨了GSM-R网络的系统结构和GSM/GSM-R工作原理。关键词：CTCS-3系统；铁路无线通信；移动信号控制；GSM-R第一章引言由于早期欧洲铁路的列车运行控制系统种类繁多，且各国信号制式复杂、互不兼容，为有效解决各种列车控制系统之间的兼容性问题，保证高速列车在欧洲铁路网内跨线、跨国互通运行，1982年12月欧洲运输部长会议做出决定，就欧洲大陆铁路互联互通中的技术问题寻找解决方案。2001年欧盟通过立法形式确定ETCS（EuropeanTrainControlSystem）为强制性技术规范。ETCS的主要目标是互通互用、安全高效、降低成本、扩展市场，在规范的设计上融入了欧洲各主要列控系统的功能，制定了比较丰富的互联互通接口。经过长期的发展，ETCS系统目前已经比较成熟，得到了欧洲各国铁路公司和供货商的广泛认可。中国人口密集，资源紧张，城市化发展非常迅速。一直处于发展中的中国铁路，始终存在着运量与运能之间的突出矛盾。铁路运输至今仍相当程度地制约着国民经济的快速发展，铁路仍是我国国民经济发展中的一个薄弱环节。为了缓解铁路运输的压力，铁路部门先后实行了六次大提速。与此同时，高速铁路的蓬勃发展，对铁路的中枢神经信号系统也提出了新的技术要求。但由于历史及技术原因，中国铁路存在多种信号系统，严重影响了运输效率。铁路信号系统迫切需要建立统一的技术标准，确立数字化、网络化、智能化、一体化发展方向，国产高速铁路列车运行控制系统标准的制定迫在眉睫。为实现高铁战略，铁道部组织相关专家开始制定适合我国国情的中国列车控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）。在CTCS技术规范中，根据系统配置CTCS按功能可划分为5级。为满足客运专线和高速铁路建设需求，通过对ETCS标准的引进、消化、吸收，并结合成功应用的CTCS-2级列车运行控制系统的建设和运营经验，我国构建了具有自主知识产权的CTCS-3级列控系统标准。CTCS-3级列车运行控制系统是基于GSM-R无线通信的重要技术装备，是中国铁路技术体系和装备现代化的重要组成部分，是保证高速列车运行安全、可靠、高效的核心技术之一。第二章CTCS概述2.1CTCS基本介绍CTCS是ChineseTrainControlSystem的英文缩写，中文意为中国列车运行控制系统。CTCS系统有两个子系统，即车载子系统和地面子系统。CTCS根据功能要求和设配置划分应用等级分，分为04级。地面子系统可由以下部分组成：应答器、轨道电路、无线通信网络（GSM-R）、列车控制中心（TCC）/无线闭塞中心（RBC）。其中GSM-R不属于CTCS设备，但是CTCS的重要组成部分。应答器是一种能向车载子系统发送报文信息的传输设备，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。轨道电路具有轨道占用检查、沿轨道连续传送地车信息功能，应采用UM系列轨道电路或数字轨道电路。无线通信网络（GSM-R）是用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息传输的车地通信系统。列车控制中心是基于安全计算机的控制系统，它根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命令，并通过车地信息传输系统传输给车载子系统，保证列车控制中心管辖内列车的运行安全。车载子系统可由以下部分组成：CTCS车载设备、无线系统车载模块。CTCS车载设备是基于安全计算机的控制系统，通过与地面子系统交换信息来控制列车运行。无线系统车载模块用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息交换。2.2CTCS系统的基本功能(1)列控系统的车载信号是列车运行的凭证。(2)按列车运行安全制动距离，自动调整列车运行追踪间隔。(3)防止列车运行速度超过线路允许速度、道岔侧向规定速度以及列车构造速度，保证列车运行安全；列车运行超速时，由列控设备自动实行减速或制动停车。(4)防止列车冒进关闭的禁止信号机(或点)。(5)监督列车以低于30kmh的速度进行出入库作业。(6)与机车自身速度控制系统结合，实现对列车减速、缓解、加速的自动控制。(7)与列车调度系统结合，实现对列车的简单自动驾驶。(8)由车载测速单元获取列车走行速度和列车的位置。通过每一个轨道区段分界点或应答器时，列车的测距系统将校正一次，以提高目标距离的精度。(9)根据接收的地面中心信息，车载设备进行实时处理。车载设备应连续向司机显示下列行车内容：目标速度、目标距离、允许速度、实际速度，以及其他辅助报警显示：超速、制动、缓解和故障。2.3CTCS工作原理当列车运行在区间时,由ZPW2000轨道电路传输连续信息,包括行车许可、空闲闭塞分区数量和道岔限速、线路长度、线路坡度、线路固定限速和列车定位等。当列车运行在车站时,由无线机车信号传输连续信息和点式信息,其中连续信息包括进站信号、出站信号等,点式信息包括进路、股道号、股道长度及临时限速的起点里程、长度、速度、车次、起止时间等。车站列控中心功能由无线机车信号地面设备和CTC或TDCS站机及其车务终端实现。无线机车信号地面控制柜从CTC或TDCS分机获取临时限速值,从联锁获取进路信息,通过无线直接发送到车载ATP设备。在预告信号机处设置无源应答器(可与区间应答器共用)作为无线机车信号启动和结束标志,无线机车信号地面设备依此实现列车的注册和注销并建立列车与进路的对应关系。动车组车载ATP设备根据地面提供的列控动态信息、线路静态信息、临时限速信息及有关动车组数据,生成控制速度和目标2距离模式曲线,控制列车运行。车载ATP设备主要控制模式分为:完全监控模式、部分监控模式、目视行车模式、调车模式、隔离模式和机车信号模式。同时,记录单元对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。2.4CTCS应用等级CTCS应用等级0(以下简称L0)：由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统。CTCS应用等级1(以下简称L1)：由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。CTCS应用等级2(以下简称L2)：是基于轨道传输信息并采用车-地一体化系统设计的列车运行控制系统。可实现行指-联锁-列控一体化、区间-车站一体化、通信-信号一体化和机电一体化。CTCS应用等级3(以下简称L3)：是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。点式设备主要传送定位信息。CTCS应用等级4(以下简称L4)：是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可取消轨道电路，由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查，实现虚拟闭塞或移动闭塞。同条线路上可以实现多种应用级别，L2、L3和L4可向下兼容。分析CTCS的应用等级划分，发现有以下两个特点：各应用等级均采用目标距离控制模式，采取连续一次制动方式。这是由于我国的列控系统的应用起步晚，起点高，因此一步就瞄准了比较先进的控制模式。在我国阶梯式和曲线式分级速度控制都用过，取得了经验，好在并未形成规模，CTCS推荐采用目标距离控制模式是适宜的，符合国际列控系统的发展趋势。由于列控系统的控制模式是其主要特征和性能之一，控制模式决定了闭塞方式和列车运行间隔，从而决定了运输能力，所以说除移动闭塞外，各应用等级的主要功能几乎是一样的。各应用等级是根据设备配置来划分的，其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源。基于多信息轨道电路（UM系列）比较成熟，达到国产化程度，所以以它为基础设备之一；欧标应答器通用性强，供货厂商多，也作为基础设备之一；轨道电缆和计轴器不准备推广；数字轨道电路国际上唯有日本用它实现了目标距离控制模式，国内研制尚未成熟，数字轨道电路的生命力将取决于其国产化程度和进度；无线通信（如GSM-R）欧洲推广，能实现地-车间连续、双向的大信息量传输，有发展趋势，用于高等级列控系统。2.5CTCS系统特点首先是系统的开放性。ETCS技术规范是得到欧洲联盟和国际铁路联盟承认的标准，所有ETCS的设备供应商都可以按照该标准来生产ETCS设备。其次是互可操作性与互用性。由于所有ETCS设备均按照统一的技术规范生产，所以不同厂家的设备可以很好地组合甚至互换使用，互联互通非常方便。第三是兼容性。ETCS系统中5个应用等级的机车，尽管其车载设备不同，但机车可以在不同等级的线路上互通运营。最后是可升级性。ETCS的低等级系统在原有设备的基础上，通过增加一些新的设备（模块）就能方便地升级到更高的等级，原有的列控车载设备可以在高等级的系统中继续使用。2.6CTCS工作模式完全监控模式：车载设备正常获取列车数据、线路数据、移动授权的情况下，由车载设备自动应用的控车模式。此时车载设备监控动态速度曲线，通过人机界面（DMI）显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息，监控列车安全运行。调车模式：调车作业时使用的模式，列控车载设备按固定限制速度40km/h监控列车前进或折返运行。CTCS-3和ETCS-2等级下需要RBC（无线闭塞中心）给出授权，车载设备监控调车限速，也可同时监控调车区域。休眠模式：非本务端（驾驶室没有激活）使用的模式。在这种模式下，车载设备不执行列车移动监控功能，执行列车位置功能、无线会话管理功能。待机模式：车载设备上电并完成自检后自动进入的模式。此时车载设备禁止列车移动。隔离模式：当列控车载设备停用时，司机停车并操作隔离开关隔离车载设备。在该模式下，车载设备不具备安全监控功能。部分监控模式（PS）：该模式仅用于CTCS-2级列车运行控制系统。在CTCS-2级中，当车载设备接收到轨道电路允许行车的信息，而缺少应答器提供的线路数据时，列控车载设备产生一定范围内的固定限制速度，监控列车运行。机车信号模式（CS）：该模式同样仅用于CTCS-2级列车运行控制系统。当列车运行到地面设备未装备CTCS-3/CTCS-2级列控系统的区段时，根据行车管理办法（含调度命令），经司机操作后，列控车载设备按固定限制速度80km/h监控列车运行，并显示机车信号。引导模式（CO）：当引导信号机或出站信号机开放且列车前端距离出站信号机较远发车时，车载设备按照固定限速40km/h监控列车运行，由司机负责检查轨道占用情况.2.7CTCS-3系统体系结构CTCS-3级列控系统是基于无线传输信息并采用传统方式检查列车占用的列车运行控制系统。面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线通信的自动闭塞或虚拟自动闭塞，它可以叠加在既有干线信号系统上。CTCS-3级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，司机凭车载信号行车，满足客运专线和高速运输的需求。CTCS-3级列控系统采取目标距离控制模式和准移动闭塞方式。同时具有CTCS-2级功能。如图2-1所示。图2-1CTCS-3系统体系结构RBC根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可，并通过GSM-R无线ETCS2的无线命令图标说明：中央联锁设备CTC无线闭塞中心中央联锁设备区域联锁有源应答器无源应答器HUULULL2L3L4L5300km/h动车组按ETCS2的无线命令运行ETCS2的无线命令列控中心道岔、信号机应答器、轨道电路列控中心区域联锁道岔、信号机应答器、轨道电路列车速度防护曲线列控中心轨道电路300km/h动车组按ETCS2的无线命令运行