运营维护支撑信息技术--GSM-R在国内外铁路通信中的应用

1、GSM-R在国内外铁路通信中的应用吴杰13281144摘要: GSM-R是一个全新的铁路无线通信系统，在欧洲铁路得到了较好的应用，也将为实现我国铁路跨越式发展的总体目标发挥重要作用。近10年来，我国铁路经历了重载运输、电气化改造、既有线提速等一系列的技术进步，推动了铁路通信的发展。随着通信的发展，铁路运营里程也在不断扩大，预计到2020年，全国铁路运营里程将达到10万千米左右。在这样庞大的铁路交通运输网中，要想大幅度提高铁路复线率、电气化率、自动闭塞比重，实现了主要繁忙干线客货分线运输，必须选择一种新的铁路数字移动通信技术。本文通过对新型铁路无线通信系统GSM-R的阐述，旨在分析当前GSM-R

2、的状况，根据目前国家批准的4MHz贷款频率资源，结合我国铁路运输对通信的实际应用需求，研究探讨GSM-R系统中功能寻址的功能，为我国铁路GSM-R系统的合理应用提出一些参考意见。abstract :GSM-R technique is based on the mature, general public mobile wireless communication system on GSM platform, specifically to meet the application and development of digital railway mobile wireless comm

3、unication technology. In the railway communication, it can not only provide wireless LieDiao, marshalling shunting communication, emergency communications and maintenance group communication and other voice communication function, also can provide customized additional functions, such as priority an

4、d strong in function, voice group called radio function, position and addressing and function addressing and safety data communication, etc. In addition, GSM-R can also be used as signal and column of the controlled system good transmission platform. GSM-R can satisfy the train running speed of 0-50

5、0 km/hour of wireless communication requirements, good safety. Its an economic and efficient comprehensive digital mobile communication system. GSM-R system consists of six sub-systems: exchange subsystem (SSS), base station subsystem (BSS), operation and maintenance sub-system (OMC), general packet

6、 radio service subsystem (GPRS), terminal subsystem and mobile intelligent network subsystem (IN), and through the exchange subsystem (SSS) the gateway mobile exchange center (GMSC) realization and other communication network of interconnected electrical expressway business, through the general pack

7、et radio service (GPRS) system IN the gateway GPRS business support node (GGSN) realization and other data information network of business group domain interconnected. At present, China's railway GSM-R network in construction stage of development, how in GSM-R network planning construction can r

8、educe the probability of the problems for the future operation and service lay a good foundation, this to increase the investment efficiency is very meaningful. Based on GSM - R system applied in the practical application of shallow opinion functional addressing.框图（框架）GSM-R的简介GSM-R(Global System for

9、 Mobile Communications - Railway或GSM - Railway)系统是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统。它在GSMPhase2+的规范协议的高级语音呼叫功能，如组呼、广播呼叫、多优先级抢占和强拆业务的基础上，加入了基于位置寻址和功能寻址等功能，适用于铁路通信特别是铁路专用调度通信的需要。主要提供无线列调、编组调车通信、区段养护维修作业通信、应急通信、隧道通信等语音通信功能，可为列车自动控制与检测信息提供数据传输通道，并可提供列车自动寻址和旅客服务。关键词：GSM-R与GSM 高速铁路发展 GRPS 功能寻址 业务模型1 引 言1.1 GSM-R系统的概

10、述GSM-R（GSM for Railway）是在GSM蜂窝系统上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的要素组成，能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信要求的技术。GSM-R系统很多技术借鉴了公网的GSM技术，保留了GSM的大体结构，使得从一开始GSM-R系统就是一个成熟可靠的系统，它的绝大多数软硬件都已在现网中得到检验。不仅如此，由于二者都可以工作在900M频段，因此在无线网络规划方面也是基本相同的。GSM-R系统的规划设计也可借助于已成熟的GSM系统工具，可以方便快捷地为用户提供网络设计安装。GSM-R的基本特性已在铁路网的MORANE试验中得到安装、测试和验证。出于众多的需要，GSM

11、新技术如GPRS已经规范化并将安装使用。向UMTS的演进将提供新的业务和更加强大的无线系统。GSM-R据此可最大限度地引入新的业务。1.2 国外高速铁路的发展国外高速铁路发展较早，主要以日本、法国和德国为代表，下面分别予以介绍。1964年，世界第一条高速铁路在日本东京至大贩建成通车，全长515.4公里，投入运营后，列车运行速度达210km/h。这条专门用于客运的电气化、标准轨距的双线铁路，代表了当时世界第一流的铁路高速技术水平，并标志着世界高速铁路试验阶段跨入了商业运营阶段。法国于1981年建成TGV巴黎东南线(巴黎至里昂，全长417公里)，其列车最高运行时速达270公里。法国东南线的成功运营

12、，证明高速铁路也完全适合欧洲环境，高速列车是一种具有竞争力的现代交通工具。在2007年四月，TGV创造了当前轮轨列车所能达到的最高时速：574.8km/h。目前法国高速铁路总里程达到1700公里。德国高速铁路称为ICE(Inter City Express)，其发展晚于法国TGV，起始于80年代，但是发展很快。1991年6月汉诺威至维尔茨堡线(长327公里)正式通车，成为德国第一条正式运营的高速铁路。此后于1992年6月建成了曼海姆至斯图加特线(长105公里)。1999年，德国的第三代ICE线路的实际运营速度己经可以达到330km/h。目前，法国已有科隆至法兰克福，汉诺威至柏林和卡尔斯鲁厄至巴

13、塞尔等多条高速线路，总里程达1290公里。1.3 国内高速铁路的发展与国外相比，我国高速铁路起步较晚，但是近年发展迅速。我国于2004年三月在上海引进了磁悬浮列车，其最高时速达430 km/h；2007年四月开始了常规高速铁路运营，2008年正式开通的京津城际时速可达350km/h，是目前世界上运营速度最快的城际高速铁路。2005年年初国务院常务会议讨论并原则通过了中长期铁路网规划，明确了我国铁路网中长期建设目标和任务，描绘了铁路网至2020年的宏伟蓝图，这标志着我国铁路新一轮大规模建设即将展开。根据规划，我国将修建全长达到12000公里的高速铁路网络，时速超过200km/h，成为世界上最大的

14、高速铁路网络。1.4 GSM-R在高速铁路中的应用GSM-R是铁路行业的国际无线通信标准，同时也是ERTMS(欧洲铁路运输管理系统)的一部分，主要用于列车与地面控制中心的通信。根据EIRENE- MORANE规范，GSM-R可满足列车在最高500km/h时速下的列控无线通信需求。GSM-R基于GSM，充分利用GSM技术的规模效应和成熟性，来实现经济高效且具有高度互操作性的数字移动通信系统，从而取代现有的各种互不兼容的轨道电缆和模拟通信系统。作为一个具有高度独立性和互操作性的通信平台，GSM-R可将控制命令直接传输给列车驾驶员，从而允许列车以更高的速度行驶并具有更高的安全性。GSM-R是一个可靠

15、的语音和数据通信平台，可以为铁路运营工作人员，司机，调度员和维护人员等提供通信服务。此外，它还可以提供像VGCS，VBS，基于位置寻址的呼叫以及增强多优先级强拆等业务，可以充分满足铁路环境复杂多样的通信需求。由于GSM-R可实现跨国界的高速和一般列车之间的通信，能将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中，以减少集成和运行费用，而且GSM-R是由已标准化的设备改进而成，GSM平台上已经提供了大量的业务，因而引入铁路专用的功能时，只需最低限度地改动，就能保证价格低廉、性能可靠地实现和运行。现在已经有38个国家和地区选择采用GSM-R标准。2 GSM-R与GSM的区别及功能简介2.1 GSM-R系统

16、与GSM系统的区别GSM-R和GSM在网络规划上的比较：频率规划是在建网过程中，根据某地区的话务量分布分配相应的频率资源实现有效覆盖。GSM-R采用900MHz工作频段，885MHz889MHz（移动台发，基站收）、930MHz934MHz（基站发，移动台收）；共4MHz频率带宽；双工收发频率间隔45MHz，相邻频道间隔为200kHz。按等间隔频道配置的方法，共有21个载频。频道序号从9991019，扣除低端999和高端1019做为隔离保护，实际可用频道19个，频道序号为10001018。而我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：905915（移动台发、基站收），95

17、0960（基站发、移动台收）；因业务的需要，GSM也可以向1.8GHz频段的DCSI800过渡，即1800MHz频段；相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200kHz8=25kHz，GSM双工收发频率间隔也是45MHz，采用等间隔频道配置方法，频道序号为76124，共49个频点。 GSM-R与GSM在干扰保护比上的比较：载波干扰保护比（CI）就是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此值与MS的瞬时位置有关。这是由于地形不规则性及本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其它一些因素如天线类型、方向性及高

18、度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等所造成的。GSM-R同频道干扰保护比CI12 dB，邻频道干扰保护比CI一6 dB，偏离载波400 kHz时的干扰保护比CI一41 dB。GSM同频道干扰保护比CI9 dB，邻频道干扰保护比CI一9dB，偏离载波400 kHz时的干扰保护比CI一41 dB。GSM-R与GSM在系统组成和接口上的比较：GSM-R 系统由六个子系统组成：交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、运行与维护子系统（OMC）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、终端子系统及移动智能网子系统（IN组成，并通过交换子系统（NSS）中的网关移动交换中心（GMSC）实现与其他通信网络

19、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，GSMR系统的接口有人机接口Sm、移动台与基站间接口Um、基站与移动业务交换中心间的接口A、MSC/VLR与HLR/AUC间的接口D、C、MSC/VLR与其他MSC/VLR间的接口E.G、GCR与MSC间的接口I。而GSM系统由移动台（MS），无线基站子系统（BSS），交换网络子系统（NSS）和操作支持子系统（OSS）组成。而GSM有BSC与MSC之间的A接口，BSC与BTS之间的Abis接口，BTS与MS之间的空中接口Um。2.2 GSM-R系统的

20、特殊功能语音组呼业务（Voice Group Call Service，VGCS）：高级语音呼叫业务的内容之一。语音组呼业务定义了一种在一定区域内由多方参加（移动用户和固定用户），其中一部分人可以讲话，多方聆听的点对多点语音通信方式。语音广播业务（Voice Broadcast Service，VBS）：高级语音呼叫业务的内容之一。语音广播业务定义了一种在一定区域内由多方参加（移动用户和固定用户），一个用户讲话，其他用户聆听的点对多点单向语音通信方式。GSM-R网络通过会议桥实现VBS。VBS采用组呼区域和组ID来标识。组呼区或由一个或多个小区组成，规定了一个组呼作用的地理范围，用组呼区域ID

21、来标识。一个组呼区域可以在一个MSC区域下，也可以跨多个MSC区域。一个组呼区域可以包含多个组。组ID是用来标识一个组的号码。组呼区域ID和组ID共同组成的号码称为组呼参考，可以惟一标识一个VBS。增强多优先级与强拆（enhanced Multi-Level Precedence and Preemption service，eMLPP）eMLPP：是GSM-R高级语音呼叫（Advanced Speech Call Item，ASCI）业务的内容之一。eMLPP业务包括2部分：优先级与强拆。所谓优先级是指结合快速呼叫建立为一个呼叫分配一个优先级别。强拆一方面是指对资源的抢占，主要存在于呼叫建立

22、时对无线接口资源的抢占和越区切换时对小区的抢占；另一方面还包括具有高优先级的呼叫可以打断正在进行的低优先级呼叫，用户能够通过移动台的自动应答功能自动接受高优先级呼叫。功能寻址（Functional Addressing）：功能寻址是GSM-R网络的特性，它允许主叫方通过被叫方的功能号，而不是移动用户ISDN号码（MSISDN）来呼叫被叫方。功能寻址确保了对GSM-R应用子系统或功能的寻址，与这些应用或功能所使用的物理终端的MSISDN号码之间的相对独立性。基于位置寻址（Location Dependent Addressing）：它是GSM-R网络的特性，将由移动用户发起的用于特定功能的呼叫，

23、路由到一个与该用户当前所处位置相关的目的地址。3 GSM-R业务模式及功能实现3.1 GSM-R业务模型铁路应用区间移动通信尾部风压检测高速数字通信平面调车自动列车控制（CTCS）调度通信轨道维护移动服务远程控制旅客列车综合移动信息服务铁路紧急救援移动服务 接入矩阵功能的号表示与位置有关的寻址功能寻址铁路运营特色：VGCSVBSeMLPP电信业务：GSM基础设施GSM电信业务：3.2 GSM-R功能寻址的实现功能寻址：指用户可以由它们当时所担当的功能角色，而不是它们所使用的终端设备号码来寻址。在同一时刻，至少可以为一个用户分配若干功能地址，而只能将一个功能地址分配给一个用户。在铁路上，功能寻址

24、主要用于解决固定用户到移动用户的呼叫 功能寻址的过程： 1，在逻辑上可以将功能寻址分成两个阶段： 初始化数据结构以允许进行功能寻址的过程（Follow Me过程） 呼叫过程使用这些数据结构对功能寻址进行处理（无条件呼叫前转过程）；2， FM是一个补充业务，它允许把用户的功能同激活该功能的移动台的MSISDN号码关联起来。 Follow Me注册在功能号和MSISDN号间建立关联 Follow Me注销删除先前建立的关联 Follow Me查询查询用户签约文档3， USSD（Unstructured Supplementary Service Data，无结构补充业务数据）补充业务4， Foll

25、ow Me注册过程：在功能号和MSISDN号之间建立了临时的关联。5， Follow Me注销：解除功能号和MSISDN号之间的关联，即解除对该功能号的呼叫前转激活。6， Follow Me查询：使得移动用户可以获得有关GSM-R中存储的数据信息。HLR处理FM查询，并向移动台返回请求的信息或错误。7， Follow Me终端通知：确保在网络和终端之间的Follow Me数据能够正确地保持同步 。3.3 GSM-R在我国的应用实例2002年以来铁道部经过几年的论证、研究，决定借鉴欧洲先进国家铁路通信在GSM-R系统上成功经验，决定在国内选择GSM-R作为铁路专用移动通信系统，替代原有的模拟通信系统，支持铁路跨越式发展，首批试点线路为青藏线、大秦线和胶济线，并在实验成功的基础上逐步在全国各条铁路干线和新建城际客运专线上推广使用。总结这次我们组通过对GSM-R系统的研究学习，一共从GSM-R的发