GSM-R通信系统解析

1、GSM-R(GSM for Railway)GSM, 全名为： Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称 全球通 ，是一种起源于欧洲的移动通信技 术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同 使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。 全球贸易组织 (GSMA)GSM-R数字集群移动通信系统简介2006年 7月1日，随着青藏铁路的全线通车，我国铁路所使用的一种世界上领先 的铁路数字移动通信系统也在青藏线上正式投入使用。这种通信系统就是GSM-F铁路全球移动通信系统 。GSM-R(Global S

2、ystem For Mobile Communications For Railway)系统是欧洲铁路综合调度移动通信系统 的简称。是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信 系统。它是在8时隙/200KHz TDMA多址方式GSM筆窝系统上增加调度通信功能构成的 一个综合专用移动通信系统。它基于 GSM勺基础设施及其提供的高级语音呼叫业务， 提供铁路特有的调度业务，并以此为信息化平台，使铁路部门可以在这个平台上实现 铁路管理信息的共享。GSM-R系统是基于GSM勺规范协议，增加了优先级、组呼、广播呼叫等铁路运输专 用调度通信功能，适用于铁路通信的需要。为了完成调度通信的功能，GSM-R系统与

3、GSMS统不同的是在其结构中增加了组呼寄存器(GC) GSM-F系统除了具有语音传送 功能外，更重要的是具有数据传送功能，它与 GPS卫星定位系统、机车车载计算机结 合后能够实现机车和地面之间列车控制信息的实时传送，达到控制列车运行，确保列 车安全的目的。GSM-F网络属于铁路运输指挥专用调度通信系统 ，因此其网络和业务 具有调度通信所要求的封闭性、安全性和实时性特征，要求与外部通信网络只能进行 有限的互联互通， 即为实现铁路运输指挥业务需要， 与铁路专用电话网、 铁路各种 MIS 信息网络互联互通，一定程度上与公众通信网络互联互通。同时在铁路运输各工种业 务之间也要从技术和管理两方面保证一定

4、的封闭性。从集群通信的角度来看，GSM-F是在公网GSMJ术基础上融合了调度通信功能的专门用于铁路无线通信的数字集群通信系统。其突出特点是将高速铁路列车自动控制信 息的传输与以语音通信为主的调度通信统一纳入同一个无线通信平台。是一个功能完 善、实现通信信号一体化的先进高效的通信系统。GSM-R能提供包括列车调度通信、货 运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工 养护通信和道口通信等功能。GSM-R能满足列车运行速度为0-500km/小时的无线通信 要求，安全性好。GSM-F通信系统由六个子系统构成：交换子系统（SSS、基站子系统（BSS、运行 与维护子系统（0

5、M、通用分组无线业务子系统（GPR、终端子系统及移动智能网子 系统（IN）,并通过交换子系统（SSS中的网关移动交换中心（GMS、实现与其他通 信网络的电路域业务的互联互通，通过通用分组无线业务系统（GPRS中的网关GPRS业务支持节点（GGSN实现与其他数据信息网络的分组域业务的互联互通。（见下图）GSM-R通信系统包括：交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。交换机是GSM-Rg统的核心，其主CPL处理器及各个功能模块的CPU处理器，交换矩阵， 内部总线等都是双备份配置。这种双备份的硬件结构和完备的软件体系具有极高的可 靠性。为铁路通信系统专门研制的基站，适应了沿铁路线型覆盖的要求

6、，特别是适应 恶劣的自然环境，和无人值守的环境要求。专门用于GSM-R网络的手机外观上与普通手机大同小异，这种手机除了能像普通 G SM手机那样进行语音通话外，还增加了 铁路运输专用的调度通信功能，甚至能够 无线传输图像和数据信息。GSM-F铁路综 合数字移动通信系统与 GPS卫星定位技 术相结合，实现了通信和信号技术的深度 融合。利用电子地图、卫星定位等技术相 结合的方式来实现对列车的控制，使远在 千里之外的工作人员也能够对列车的运行位置和状态一目了然。下面为GSM-R的手机和车载台:串 /.of GSibR tersinls： ndset And Cb -rsdio3GSM-R系统可以在8

7、76960MHZ整个频率范围内工作，移动站到基站（上行链路） 为876880MHz基站到移动站（下行链路）为921925MHz GSM-R系统选择工作在 900MHz频带的理由是：适合500km/h高速移动体的通信（最大多普勒频移为415Hz）; 抗电气化铁道电火花干扰（电火花的频率多集中在400800MHz；典型覆盖距离约为 510公里，对高速列车来说这是保证系统容量和服务质量的最小范围；更适于隧道内通信（相对450MHz和1800MH濒带）。为了满足铁路对传输的高可靠性，覆盖范围、服务质量和网络可用性是铁路通信 系统的关键。GSM-R系统采用了独特算法和小区规划，成功地克服由于高速引起的信

8、号 失真，减少了信道切换，从而大大提高了通信系统的可靠性。GSM-F系统在网络规划方 面，能够有效利用现有资源。根据铁路系统现有的机房条件，供电能力，传输条件等， 利用铁路系统各个车站台考虑基站选址，便于维护，提供丰富的网络覆盖解决方案， 满足铁路覆盖需求。GSM-R系统可以构成既含有面状覆盖又含有链状覆盖的网络，既可用于地区性的覆盖，也可用于全国性的覆盖。例如，沿铁路线采用链状覆盖，车站及 枢纽地区采用面状覆盖。由于 GSM-R系统将完成无线列调功能，更重要的是要承载一 些重要的控制列车的数据，这就要求铁路沿线和车站进行双网重叠覆盖，保证可靠的 数据无线传输通道。因此，GSM-R系统有一个非

9、常独特的地方，它的信号采取了双重覆 盖，即类似于双备份，两套信号控制系统交错、重叠。一旦一套系统出现问题和故障， 另一套系统仍然可以保持正常的通信。下面为双网覆盖示意图： HscGSM-R的电信业务是在GSM勺电信业务的基础上，根据铁路通信的特殊需要进行 修改和补充后形成的，所以GSM-R不仅可以提供GSM网络的话音、数据业务，除了 GSM 所具有的越区切换、漫游等特性外，而且还具有如下专有的特性：功能寻址（FunctionalAddressing ,FA）:便于固定（移动）用户拨号呼叫列车上移动用户的一种方式。基于位置的寻址（LocationDependent Addressing， LDA

10、）:便于列车上移动用户（如火车司机）呼叫固定用户（调度员）的一种方式。语音广播服务（Voice Broadcast Service，VBS）: VBS可用来在指定区域（可跨 多个小区）内广播消息或发布紧急呼叫（一点对多点的呼叫，主呼者讲话而众多的被呼 方只能收听）。区域的定义和选择可动态设定，从而具有极大的灵活性。语音组呼服务（Voice Group Call Service，VGCS）移动或固定用户拨打组呼ID号，可与指定区域内的小组成员建立呼叫。该组内所有成员均可通过同一业务信道 进行接听；该小组的成员也可通过按键讲话（PTT）方式发出通话请求，系统依据“先请 求先服务”的原则建立一个上行

11、链路来提供通话服务。增强的多级优先与强占权（Enhanced Multi-Level Precede nee andPre-emption , EMLPP）铁路紧急呼叫或列车自动控制等许多通信应用，都要求网络无 论处于何种负载状况下均能迅速建立呼叫。如果在一个无线电小区发生拥塞（所有无线 电频率和业务信道均被占用），EMLP刖立即切断低优先权的呼叫而优先建立高优先权 的呼叫。GSM-R1常可以在一秒钟内立即提供紧急呼叫连接，而一般的GSM乎叫需要十秒钟。每一个GSM-R用户都会被分配优先级，其中紧急事件的优先级最高。紧急呼叫享 有优先权，如果没有其它可用的信道，紧急呼叫将抢占正在使用中的一般呼

12、叫的信道。GSM-R 通信系统是专为铁路设计， 并为铁路服务的通信系统， 这个系统实现了如下 功能： (1) 、调度通信功能：调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵 引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口 通信等。 (2) 、车次号传输与列车停稳信息的传送功能：车次号传输与列车停稳信息对 铁路运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于GSM-F电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用GPR方式来实现。(3)、调度命令传送功能：铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安 全的重要保障。采用GSM-R系

13、统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过 程，提高工作效率。 (4) 、列车尾部装置信息传送功能：将尾部风压数据反馈传输通道 纳入GSM-RS信系统，可以方便地解决尾部风压数据传输问题。(5)、调车机车信号和监控信息系统传输功能：提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多 台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。 (6) 、列车控 制数据传输功能：采用GSM-RS信系统实现车地间双向无线数据传输，提供车地之间 双向安全数据传输通道。 (7) 、区间移动公务通信：在区间工作的水电、工务、信号、 通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-F手

14、机，工作人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，工作人员还可 以呼叫司机，与司机建立通话联络。 (8) 、应急指挥通信话音和数据业务：应急通信系 统是当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输的紧急情况时，在突发事件现场与救 援中心之间，以及现场内部采用 GSM-RS信系统，建立语音、图像、数据通信系统。GSM-R1信技术1992年起源于欧洲，全球第一个GSM-R网络于1999年在瑞典建成 并投入使用，GSM-R6线通信系统目前在西方许多发达国家如瑞士、德国、法国、英国、西班牙、美国等国的铁路系统中得到了大量应用。我国目前铁路无线移动通信主要以 列车无线通信系统为主

15、(即 无线列调)，这一系统属于单信道模拟通信系统 。这种通 信系统所提供的业务和功能与现代化铁路运输需要之间存在一定差距： 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 信的列车控制系统对车地间传输通道的要求，己经不适应现代铁路运输的需要。为顺 应铁路系统发展需求，我国从 20世纪 80年代末就开始不断地研究和探索能够满足铁 路运输需要的无线通信功能的通信系统，铁道部计划用几年时间，在全国铁路系统中 逐步建立起一套符合我国铁路发展需求的数字移动通信网络。由于GSM-R具有适应铁 路运输特点的功能优势，以及更符合通信信号一体化技术发展的需要，是最适合

16、我国 铁路建设的数字移动通信系统。所以，铁道部 2000年底正式确定将GSM-R乍为我国铁 路专用通信的发展方向。现在，我国已在青藏线、大秦线、还有胶济线使用了 GSM-R 通信系统，实现了列车的安全运行，建立了车内和铁路控制中央系统，并且和紧急救 助部门实现了互联。按照铁道部铁路建设跨越式发展的需要，在 2010年以前，中国铁 路将力争建成覆盖全路70余条铁路线的GSM-RS信网络。因此，GSM-R数字移动通信 系统将成为今后我国铁路移动通信崭新的通信方式。我国的GSM-R通信系统主要由NSS（网络交换子系统，包括 MSC HLR UC VLR GCF等）、BSS（基站子系统，包括 BSC

17、BTS、OSS（运行支持子系统）、FAS（固定 接入交换机）、调度台、车站台、CIR （机车综合通信设备）、OPH（手持操作台）及 其他固定终端等构成。我国GSM-R通信系统可实现的业务如下：话音、数据业务，包 括点对点呼叫、点对点的紧急呼叫、广播呼叫、组呼叫、铁路紧急呼叫、多方通话、 短消息等业务；调度功能业务，包括增强多优先级与强拆 （EMLPP业务、语音广播呼叫 业务（VBS）、语音组呼业务（VGCS）;铁路特定业务，包括功能寻址、基于位置的寻址、 铁路紧急呼叫、调车作业、多驾驶员通信等业务。既有铁路无线通信系统主要是为话音通信设计的，而GSM-R是一种基于目前世界上最成熟、最通用的公共

18、无线通信系统 GSMF台上的、专门为满足铁路应用而开发的 数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点， 为铁路运营提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功 能及大量附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。 随着铁路信息化水平的不断 提高，语音和数据通信在铁路安全与效率方面的角色也变得日益重要，GSM-R系统将无线调度通信和列车自动控制信息传输集成在同一个系统里，无疑是节省投资、提高通 信系统使用效率的一种途径。采用 GSM-RS信系统将为列车的安全运行提供必要的条 件，建立列车和铁路控制中央系统的通信，更好地为铁路运输服务。由于我国国土辽阔，铁路网密布，铁路长期以来在交通运输体系中发挥着骨干作 用；铁路在平时和战时均承担着繁重的军事运输任务；我国主要的城市群或城市密集 带，都分布在铁路主要干线。铁路沿线的城市、车站、桥梁、重要的编组场、油料库、 兵站等必将成为战时敌方重点空袭的重要目标，同时也都是国家重点人防城市所在地 和人防部门的重要防护目标所在地。