GSM R技术应用及武广线应用

1、北京全路通信信号研究设计院通信所,2009,年,5,月,GSM-R,技术、应用及武广工程,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统的设备组成,二,GSM-R,工程组网技术,三,GSM-R,承载的其他业务,四,武广客专,GSM-R,系统概述,五,GSM-R,标准体系建设情况,内容提要,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成,线路被划分为固定位臵、固定长度的闭塞分区,某一时刻，一个分区只能被一列车占用,列车间隔以闭塞分区为单位，与列车在分区内的实际位臵无关,轨道电路将闭塞分区的占用情况发给,RBC,CTCS-3,仍为固定闭塞,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（一,CTCS-3,

2、CTCS-4,将实现移动闭塞,线路,没有,划分为固定的闭塞分区,后续列车,以前行列车尾部,为追踪的目标点,前后列车的最小间隔等于后行列车的,制动距离,安全距离,列车间的间隔是动态,的、并随前一列车的移动而移动,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（一,CTCS-3,GSM-R,网络,CTCS-3,车载应用,MT,CTCS-3,车载安全,通信单元,CTCS-3,RBC,安全通,信单元,CTCS-3,RBC,应用,CTCS-3,车载设备,CTCS-3,地面设备,I,GSM-R,I,FIX,Um,CTCS-3,级列控系统示意图,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（一,CTCS-

3、3,1,CTCS-3,列控信息传送,移动授权,线路数据,指令,公里标,速度,状态,人机接口,DMI,基站控制器,BSC,移动交换中心,MSC,无线闭塞中心,RBC,基站,BTS,CTCS,车载,通信单元,计算机联锁,CTC,调度中心,轨道电路,应答器,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（一,CTCS-3,移动授权,线路数据,指令,公里标,速度,状态,人机接口,基站控制器,BSC,移动交换中心,MSC,无线闭塞中心,RBC,基站,BTS,无线通信车载设备,车载安全计算机,计算机联锁,CTC,调度中心,轨道电路,应答器,点式信息,接收模块,测速模块,运行管理记录单元,设备维护记录单元,

4、CTCS-2,列控中心,其他信号系统,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（一,CTCS-3,1,网络子系统,NSS,1,移动交换子系统,SSS,2,移动智能网,IN,子系统,3,通用分组无线业务,GPRS,子系统,2,基站子系统,BSS,1,基站,2,弱场（直放站漏泄电缆,3,运行与支持子系统,OSS,1,网管,2,SIM,卡管理系统,3,计费、结算、营帐等子系统,4,终端设备,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（二,GSM-R,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（二,GSM-R,IP,Gb,SMSC,AC,BSC,BTS,电路域数字,应用系统,调度交换机,

5、调度台,车载台,车站台,手持台,OMC,用户管理,系统,铁路应用系统,OSS,GPRS,BSS,IN,SSS,CBC,BTS,SGSN,GGSN,PCU,GRIS,TRAU,其他通信网,无线固定台,MSC/VLR/GCR/IWF,HLR/AuC,SMP,SMAP,SCP,SSP,GMSC,TCP/IP,Um,Abis,A,C/D,MSC/VLR,DSS1,DSS1,E/G,No.7,L,No.7,SCEP,No.7,有线终端,无线终端,Gb,Gn,Gr,Ater,Gi,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（二,GSM-R,1,网络子系统,1,移动交换子系统,主要完成用户的业务交换功能

6、，完成用户数,据与移动性管理、安全性管理,归属位臵寄存器,HLR,：是一个负责管理移动用户的数据库,HLR,存储本归属区的所有移动用户数据,移动业务交换中心,MSC,：负责用户的移动性管理和呼叫控制,拜访位臵寄存器,VLR,：负责存储进入该区域内已登记用户的信,息,鉴权中心,AuC,：是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体,互连功能单元,IWF,：与固定网络的数据终端之间提供速率和协,议的转换,组呼寄存器,GCR,：用于存储移动用户的组,ID,短消息服务中心,SMSC,：负责向,MSC,传送短消息信息,确认中心,AC,：记录、存储铁路紧急呼叫相关信息,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成

7、（二,GSM-R,2,智能网子系统,是在交换子系统中引入的智能,网功能实体，将网络交换功能和业务控制功能分,离，实现对呼叫的智能控制,主要由以下设备组,成,业务控制点,SCP,GSM,业务交换点,gsmSSP,GPRS,业务交换点,gprsSSP,智能外设,IP,业务管理点,SMP,业务管理接入点,SMAP,一,GSM-R,系统结构及设备组成,3,GPRS,子系统,负责为无线用户提供分组数据承载,业务,GPRS,核心层,服务,GPRS,支持节点,SGSN,网关,GPRS,支持节点,GGSN,域名服务器,DNS,认证服务器,RADIUS,GPRS,无线接入层,由,PCU,基站、终端等组成,GPR

8、S,无线接入层与,GSM-R,系统共用频率资源；利用,GSM-R,系统的基站实现无线覆盖，不单独增加基站设备,一,GSM-R,系统结构及设备组成,BSS,移动终端,MSC,无线接口,A,接口,BSS,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,MSC,相连，实现移动用户,之间或移动用户与固定用户之间的通信连接，传送系统信,号和用户信息等，基站子系统主要包括以下设备,基站控制器,BSC,编译码和速率适配单元,TRAU,基站收发信机,BTS,弱场设备（直放站、漏缆,2,基站子系统,BSS,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（二,GSM-R,3,运行和支持子

9、系统,网管,交换、智能网,GPRS,网管、基站网管、直放站网,管等,SIM,卡管理系统（铁道部管理中心、路局发卡中,心两级结构,计费、结算、营帐、客服子系统,一,CTCS-3,及,GSM-R,系统设备组成（二,GSM-R,4,终端,终端是供,GSM-R,系统用户直接操作、使用，用来接入,GSM-R,网的设备，包括移动台和无线固定台,1,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,车辆安全检测信息传输终端等,移动台由移动设备和,SIM,卡组成,2,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,一,CTCS-3,及,GSM

10、-R,系统设备组成（二,GSM-R,二,GSM-R,工程组网技术,1,全路移动交换网网络规划,2,全路智能网网络规划,3,GSM-R,无线网络规划,4,承载,C3,的,GSM-R,网络设计,北京,TMSC,武汉,TMSC,西安,TMSC,呼和,浩特,哈尔,滨,沈阳,北京,太原,南昌,上海,济南,拉萨,西宁,乌鲁,木齐,兰州,广州,武汉,郑州,柳州,西安,昆明,成都,二,GSM-R,工程组网技术,1,全路,GSM-R,移动交换网规划,GSM-R,移动交换网采用二级网络结构,1,移动汇接网,3,个,TMSC,北京、武汉、西安，兼作,MSC,和,GMSC,2,移动本地网：共计,19,个,MSC,在,

11、18,个铁路局所在地及拉萨设,臵,MSC,TMSC,MSC,设臵及汇接表,大区汇接中心,TMSC,3,个,汇接的移动业务本地网端局,MSC,19,个,北京,北京、沈阳、太原、呼和浩特、哈尔滨、济南,武汉,武汉、上海、南昌、广州、郑州、柳州,西安,西安、昆明、成都、拉萨、西宁、兰州、乌鲁木齐,二,GSM-R,工程组网技术,1,全路,GSM-R,移动交换网规划,在北京、武汉各设臵,1,套智能网设备,主、备工作方式,二,GSM-R,工程组网技术,2,全路,GSM-R,智能网网络规划,1,BSS,网络结构,2,无线覆盖,覆盖指标,小区重叠距离,3,基站容量规划,使用频率,频率规划,二,GSM-R,工程

12、组网技术,3,GSM-R,无线网络规划,普通单网,BSC,MSC,设计电平,92/-95/-98dBm,1,BSS,网络结构,二,GSM-R,工程组网技术,3,GSM-R,无线网络规划,交织单网,BSC,MSC,设计电平,92/-95dBm,二,GSM-R,工程组网技术,3,全路,GSM-R,无线网络规划,同址双网,BSC1,BSC2,MSC,二,GSM-R,工程组网技术,3,全路,GSM-R,无线网络规划,2,无线覆盖覆盖指标,终端种类,业务种类,接收天,线位臵,终端速度,km/h,覆盖,概率,P,rmin,dBm,列调,机车台,话音及调,度数据,机车,顶部,未限定,95,98,列控,机车台

13、,列控数据,机车,顶部,v220,95,95,220,v280,95,95,92,280,v,95,92,二,GSM-R,工程组网技术,3,全路,GSM-R,无线网络规划,2,无线覆盖小区重叠距离,小区重叠距离列车最高时速,2,次切换时间（可按,8,10S,计算,客运专线,350,1000m)/h,10s/3600s=972m,200,1000m)/h,10s/3600s=555m,HO,BS1,BS2,4s,4s,二,GSM-R,工程组网技术,3,全路,GSM-R,无线网络规划,3,无线覆盖基站容量规划（使用频率,我国,GSM-R,共,4MHz,频率带宽,885,889MHz,移动台发，基站

14、收,930,934MHz,基站发，移动台收,双工收发频率间隔,45MHz,相邻频道间隔为,200kHz,按等间,隔频道配臵的方法，共有,21,个载频。频道序号从,999,1019,扣,除低端,999,和高端,1019,做为隔离保护，实际可用频道,19,个,此频段为中国移动,GSM,的扩展频段，因此在线路穿越繁华地市时,干扰严重（胶济线）。信产部,2007,136,号文件已下发，自,2009,年年底，铁路,GSM-R,频段专用,二,GSM-R,工程组网技术,3,全路,GSM-R,无线网络规划,3,无线覆盖基站容量规划（频率规划,话务模型,和,用户分布,决定基站容量,1,语音业务：个呼,0.015

15、erl,组呼,2,电路域数据：列控,1,信道,列车,同步操控,3,4,信道,列车,3,分组域数据：列尾、车次号、调度命令，约,2,个信道,二,GSM-R,工程组网技术,3,全路,GSM-R,无线网络规划,4,承载,C3,的,GSM-R,网络设计,C3,对,GSM-R,系统的,QoS,需求,1,网络注册时延,2,连接建立时延,3,连接建立失败率,4,传输时延,5,连接丢失率,6,传输干扰,1,网络注册时延,GSM-R,网络注册时延是指从发送“注册,请求”到收到“注册响应”指示所需的时间,GSM-R,网络注册时延应满足,30s (95,35s,99,2,连接建立时延,是指从请求连接建立到指示连接建

16、立,成功之间所需的时间,移动用户主叫的连接建立时延应满足,8.5s (95,10s (100,4,承载,C3,的,GSM-R,网络设计,C3,对,GSM-R,系统的,QoS,需求,3,连接建立失败率,是指不成功的连接建立次数与总的,连接建立次数之比,对于每次连接建立尝试，移动主叫的连接建立失败率应,小于,10,2,4,传输时延,用户数据块的端到端传输时延是指从发送,用户数据块传送请求到收到端到端用户数据块成功传输指示,所需的时间,用户数据块,30,字节）的端到端传输时延应满足,0.5s (99,4,承载,C3,的,GSM-R,网络设计,C3,对,GSM-R,系统的,QoS,需求,5,连接丢失率

17、,是指在累计的连接时间内连接,非正常释放的次数,连接丢失率应满足,10,2,h,4,承载,C3,的,GSM-R,网络设计,C3,对,GSM-R,系统的,QoS,需求,6,传输干扰率,传输干扰由,传输干扰时间,TTI,和,传输恢复时间,TREC,来表示,传输干扰时间,TTI,是指在数据传输阶段，由承载业务导致的,30,字,节用户数据单元传输发生错误的时间,传输恢复时间,TREC,是指发生传输干扰后，重新发送出错或丢失的,用户数据单元以及待发送用户数据单元的时间,传输干扰时间,TTI,应满足,0.8s (95,1s (99,传输无差错时间,TREC,应满足,20s (95,7s(99,4,承载,C

18、3,的,GSM-R,网络设计,C3,对,GSM-R,系统的,QoS,需求,一）核心层,RBC,与,GSM-R,网络的互联,MSC1,MSC2,RBC2,BBC1,RBCn,RBC3,RBC2/3,交界,MSC1/2,交界,RBC1,RBC2,RBC3,RBCn,4,承载,C3,的,GSM-R,网络设计,承载,CTCS-3,业务的,GSM-R,系统设计,二）无线层,CTCS-2,到,CTCS-3,的转换区域,承载,CTCS-3,业务的,GSM-R,系统设计,二）无线层,CTCS-2,到,CTCS-3,的转换区域,GSM-R,网络注册时延：按,40,秒考虑,车载设备与,RBC,连接建立时延：每次按

19、,10,秒考虑,3,次连,接建立共需,30,秒,车载设备与,RBC,数据交换时延：车载设备和,RBC,数据交换,约需,20,秒,司机确认时延,5,秒,上述时延共为,95,秒,按照列车时速,350km/h,计算,GSM-R,网络覆盖区应向,C2,区,段延伸至少,9.3km,左右,承载,CTCS-3,业务的,GSM-R,系统设计,二）无线层,CTCS-3,到,CTCS-2,的转换区域,承载,CTCS-3,业务的,GSM-R,系统设计,二）无线层,CTCS-3,到,CTCS-2,的转换区域,当列车需要驶离,CTCS-3,级线路并进入,CTCS-2,级区域时,RBC,应在,列车前端距,CTCS-3/C

20、TCS-2,级转换边界一定距离时，发送级间转换命,令,GSM-R,网络覆盖应在,CTCS-3/CTCS-2,级间转换点向外延伸一段区,域，以保证列车尾部越过,CTCS-3/CTCS-2,边界后车载设备与,RBC,之间,信息的交互，具体包括：车载设备向,RBC,发出位臵报告,RBC,接到车,载报告后命令车载断开与,RBC,的连接并注销，车载关闭与,RBC,的连接,车载设备与,RBC,交互信息按,5,秒考虑，则,GSM-R,向,C2,区段的延伸覆,盖区应等于列车行驶,5,秒的距离与一个完整车长,600,米）之和，约,1.1,公里,综合考虑，在,350km/h,时速下,GSM-R,向,C2,区段覆盖

21、的距离应为,9.3,公里,承载,CTCS-3,业务的,GSM-R,系统设计,二）无线层,RBC,切换区域,单方向,50S,预告,应答器组,切换,应答器组,RBC1,管辖范围,RBC2,管辖范围,0,电台,1,电台,2,共同工作,电台,1,电台,2,列车最,小安全,末端通,过,信息交互,5S,承载,CTCS-3,业务的,GSM-R,系统设计,二）无线层,RBC,切换区,MSC1,MSC2,RBC2,RBC1,RBCn,RBC3,RBC2/3,交界,MSC1/2,交界,RBC1,RBC2,RBC3,RBCn,承载,CTCS-3,业务的,GSM-R,系统设计,二）无线层,RBC,切换区域,设计应注意

22、的两点,1,基站容量的考虑,处于,RBC,切换区时，每列车有两个无线,电台同时工作，因此基站的容量需求加倍,2,GSM-R,切换区域的设置,在,RBC,切换区域，列控数据传输,密集,GSM-R,切换区应尽量避免与该区域重合，减少数据重,传带来的时延或切换失败引起的通信中断,承载,CTCS-3,业务的,GSM-R,系统设计,二）无线层,枢纽、大站,枢纽和大站股道多，用户数量大，频率,需求多，但由于,4MHz,资源的限制，不能无限,制地加大载频数量，应采用窄波瓣定向天线,和微蜂窝基站解决,承载,CTCS-3,业务的,GSM-R,系统设计,三）接口设计,PRI,MSC,与,RBC ISDN,接入服务

23、器之间的,PRI,接口数量,除考虑话务量要求外，还必须考虑冗余，而且,MSC,要能够将,PRI,接口分配至不同的外围接口单元上,这样保证了当某个外围接口单元出现故障时，其他,外围设备的,PRI,接口能够正常工作并能接管所有的,列控呼叫,中国铁路,GSM-R,应用需求,列车运行控制,列车调度指挥,列车运行,安全监控,列控信息传送,机车同步操控,调度通信,车次号传送,调度命令,列尾信息传送,其他业务,应急语音通信,调车机车信号,和监控信息传送,晃车信息,图像传送,待,实,现,机车工况信息,站场调度通信,旅客服务信息,已,实,现,三,GSM-R,承载的其他业务,1,机车同步操控信息传送,从,1,从,

24、2,B,S,C,GSM-R,交换中心,地面应用节点,AN,启动,加速,减速,制动,从,1,确认,从,2,确认,OCU,及显示（主控,三,GSM-R,承载的业务,2,调度通信、应急语音通信,BTS,BSC,MSC,GSM-R,网络,Copyright ?1996 Northern Telecom,车站值班员,调度员,2,调度员,1,局,级,FAS,调度通信,CIR,FAS,网络,站,段,FAS,应急通信,事故现场,手持台,应急指挥中心,三,GSM-R,承载的业务,3,调车机车信号和监控信息传送,GSM-R,网,无线调车机车信,号和监控系统,地面设备,30B+D,Um,Um,无线调车机车信,号和监

25、控系统,车载设备,CIR,RS422,车站,FAS,铁路局,FAS,无线调车机车信,号和监控系统,车载设备,CIR,RS422,RS422,E1,三,GSM-R,承载的业务,4,基于,GPRS,实现的业务,车次号、调度命令、进路预告等信息传送,CIR,机车数据采,集编码器,监测装置,GPRS,接口,服务器,列尾装,置主机,GSM-R,核心网,GPRS,CTC/TDCS,系统,C,N,T,m,CTC/TDCS,行,车调度台或,车站设备,BTS,B,T,S,B,T,S,B,T,S,B,T,S,B,T,S,BSC/PCU,GSM-R,基站子系统,自动生成接车进路预告,编辑调度命令、查询车次号,CIR,接收接车进路预告、调度命令、列尾信息,发送车次号信息,列尾装置主机发送列尾信息,三,GSM-R,承载的业务,5,GSM-R,与外部网络的接口,1)FAS,系统,