GSMR系统的组成及业务功能

第三章GSM-R系统的组成及业务功能

第一节GSM-R系统概述

一、名词解释

GSM:全球移动通信系统

GSM-R:全球铁路移动通信系统。GSM-R是铁路综合数字无线通

信系统，通过无线通信方式实现移动话音和数据传输,是基于GSM（公

网）而进展起来的一种数字传输技术体制

GPS：全球定位系统，铁路上用于实现列车追踪掌握

GPRS：通用分组无线业务

IN：智能网

一、GSM与GSM-R的关系一六大关系

GSM-R理论建立在GSM理论根底之上；

GSM-R技术建立在GSM技术根底之上；

GSM-R工业以GSM工业为根底；

GSM-R工程建设以GSM工程阅历为根底；

GSM-R应用开发吸取GSM成功阅历；

GSM-R的市场铁路专用，GSM公众商用。

GSM-R是特地为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，属

于其次代铁路数字移动通信系统。

三、GSM与GSM-R的关系一'业务模型

图3-1GSM与GSM-R业务模型图

四、铁路通信为什么要建设GSM-R系统

1、既有铁路无线通信系统存在很多问题：

（1）功能单一、系统分散、相互间无法互通、维护本钱高。

各分散系统主要有：无线列调、站场调车、客运、货运、列检、

商检、车号、公务修理、公安等。功能：主要为语音业务，少量数据

业务。这些系统均为自行投资建设、独立使用、分散维护，造成设备

型号各异，种类繁多，相互间无法互通，维护运营本钱较高。

（2）频点固定安排、信道固定使用，频率利用率低，容量有限。

铁路无线通信系统主要使用450M频段，共58对频点，固定分

配给了无线列调、站调、公安等无线系统使用，各个部门间不能相互

共享，造成频率资源的极大铺张。如北京、徐州、郑州枢纽等地已无

频点可供申请使用。既有无线通信系统承受频点1信道）固定安排的

方式，信道长期指配给某一系统（通常按专业划分）用户使用，当一

个信道遇忙时，其它用户只能等待，往往造成该信道上的用户争抢或者

消灭堵塞，通信质量得不到保证；而信道空闲时，别的系统用户也并

不能利用该信道进展通信。这无疑是对频率资源的一种铺张，也制约

了用户数量的进一步进展。

（3）话音、数据业务争抢信道，传输牢靠性低，数据传输力量

差。

经测算，在TDCS和CTC区段，当列车运行时速超过250公里时，

综合考虑调度命令、行车凭证、车次号、进路预报等数据信息传送和

车机联控话音通信需求时，业务密度加大，碰撞概率很大。基于无线

列调系统的数据传输速率仅到达1.2Kb/so

（4）枢纽地区干扰严峻。

枢纽站往往是多条线路的交汇处，通话的无序性，使各个机车

台终端会对无线列调信道进展争抢，造成“大信号抑制小信号”的后

果。目前，在枢纽车站设置多套车站电台（每条线1套），其中局部

车站台使用同频工作，这些出台在车站四周形成一个大范围内的同频干

扰，降低了车站值班员的行车指挥效率。

（5）既有铁路无线通信不具备网络力量。

既有铁路移动终端对讲距离受限。铁路各个无线通信系统分散，

不能联合组网，使得各系统之间用户无法进展联络。铁路无线、有线

调度网根本独立，无法形成有机融合的整体。

（6）开放系统，不具保密性

无线列调系统是开放系统，并未做任何鉴权加密处理，对用户

无需进展身份识别，只要无线终端用户频点和调制方式与无线列调一样,

便可以参加到无线列调系统内的通信。因此，话音'业务可以被接收或

窃听，给行车安全带来极大的隐患。此外，公安系统对保密性的要求

也很高，现有系统无法到达。

2、铁路业务对铁路通信的业务需求。

（1）客运专线的业务需求（对通信系统在高速状况下的安全性、

牢靠性、实时性、便捷程度提出了更高的要求）。话音类：调度通信、

区间通信。数据类：列控信息传送、调度指挥信息传送、行车安全监

控信息的传送、旅客综合效劳信息的传送等

（2）机车同步掌握传输（重载货运专线）的需求。

重载运输中为了实现牵引过程中多个机车头的同时加速、减速、

制动，主控机车和从控机车之间需要通过GSM-R尢线信道实时传递掌

握命令，这就是机车同步操控信息传送业务。通过承受多机车牵引

模式，实现机车间的同步操控，到达单列运量2万吨，使用3-4个机

车头进展牵引。假设牵引机车操作不同步，就会造成车箱间的挤压或者

拉钩现象，影响运输安全，降低运输效率。为了保证操作的牢靠性，利

用GSM-R网络供给牢靠的数据传输通道，承受无线通信的方式来实现机

车间的同步操控。

3近2

期

数

数

数

据

据

据

端LocotrolLocotrolLocotrc!

端

沏

口掌脚单一元

口

口

机车1

图3-2机车同步掌握传输示意图

（3）车地信息化数据传输的需求。

列车与地面之间的无线通信始终是信息化进展中的最薄弱环

节。随着铁路的进展，铁路信息化要求的无线数据传输内容越来越多，

一方面，列车运行掌握、列车安全监控、诊断以及承载货物等实时信

息需要传送到地面上来，为实现列车信息实时追踪、客票出售、货运

打算、货车追踪、集装箱追踪等供给根底信息，满足铁路路网移动体

（机车、车辆等）实时动态跟踪信息传输的需要；另一方面，以旅客

为主体的移动信息，需要在车地之间实时进展传送，为旅客供给多方位

的综合信息效劳。

（4）有线、无线调度业务融合的需求。

3、铁路通信承受GSM-R系统的优势。

GSM-R是通过无线通信方式实现移动话音和数据传输的一种技术

体制。它是基于GS1L并在功能上有所超越的成熟技术，是特地针对

铁路对移动通信的需求而推出的专用系统。它可以满足铁路的特别需

求：

（1）高级语音呼叫，包括：组呼、群呼、增加多优先级与强拆

（2）功能寻址、基于位置的寻址

（3）高速状况下的数据、语音业务的准确传输

（4）数据业务需求。

（5）其系统标准公开，可互联互通；欧洲有成功的标准、工程、

试验阅历可借鉴。无需从头研发，节约了时间，且支持的厂家为多家，有

利于形成良好的竞争局面。

其次节GSM-R系统业务网络构成

一、GSM-R的频率资源

1、承受无线资源中GSM900MHz工作频段，上行885-889MHZ（移

动台发，基站收）,下行930-934MHz（基站发,移动台收），共4MH

频率带宽。双工收发频率间隔45MHZ,相邻频道间隔为200KHZ。共有

21个载频。频道序号从999T019,扣除低端999和高端1019作为隔

离保护，实际可用频道19个。

ABLAIMarine

IJIJIIJI,J

。30.40.50.6070.80.91.0121.41.6182.02.4

ShortWave-InternationalBroadcast-Amateur

J1

4567891012141618?024762830MHz

vzrIA/WoanarwiVHFiVHFIV7-131

304050GO7000901001201401C0100200240300MHz

CeNuiarGSM1800,GSM1900

|UHF|UHFTV14-«9GPSU肥三口-

[

030405060708001012141618202430GHz

b—1.

3A567«91012M161820243（)GHz

/描_______I航空IHO岫地.微波

♦姓皿⑶陆地移动移动通信匚二1卫星

图3-3无线资源频谱图

多女道号基站接收基站发射频道号基站接收基站发射

次页率（MHz）频率（MHz）频率（MHz）频率（MHz）

930.0001010887.200932.200

1000885.200930.2001011887.400932.400

1001885.400930.4001012887.600932.600

1002««b.e>ooy30.6001013db7.BW932.b。。

1003886.800930.8001014次归.OW933.000

184000931.0001015yaa.Z。。

1UO6B冼i.2UU931.ZOU1010上比.4uuy33.4uu

1W6866.400931.40010178S8.5W933.6Q0

1007bbti.600931.6001018BW933.3。。

100886C.800931.800

10098S7.OOO932.000

图3-4GSM-R频道号对应频率表

2、小区频率配置的根本原则：同一个基站的载频间隔不小于

400KHz,相邻基站载频间隔不小于400KHzo

3、GSM-R系统的频率资源很紧急，既然这一段频段资源少，为

什么不考虑使用更高的频段，比方1800M左右的频率（3G所使用的

频率）？

无线电波频率越高，在传播过程中造成的衰落就约快，这样一个

基站的掩盖范围就越小，则小区半径越小，所以频率是和小区的半径

成反比的，频率高，半径小，那么肯定的范围内，沿线所建基站就多，

这样干扰就大。此外，高速列车要频繁的进展越区切换，其对铁路业

务的影响是极大的，简洁能造成通信延时以及掉话。

4、GSM-R系统使用对称无线信道,承受频分多址（FDMA）+时分

多址（TDMA）的多址方式。先将4M频谱划分为21个载频，每一个载频

分成8个时隙，8个时隙组成一个TDMA帧，即1个载频可以供给8个物理

信道（时隙），供给应8个用户同时使用，用来传输语音或数据业务。

也就是说一个频点可以同时8个用户进展语音或数据的通信。

BTS

----------"------------—>

FDMA1123ARFCN

图3-5时分多址

常规的多址方式有三种：频分多址（FDMA）,时分多址（TDMA）,

码分多址（CDMA）c

FDMA是将规定的频谱划分为假设干个规定带宽的信道，每个用户

在通信的时候占用一个信道。其是最早广泛应用也最成熟的多址技术,

主要用于第一代模拟移动通信系统中。

TDMA是将规定的带宽的信道在时间轴上分成一个个时隙，假设干

个

时隙组成一帧。每一帧中的假设干时隙构成一个物理信道。其在其次

CDMA的物理信道在时间和频谱上是重叠的，利用码字的正交性来

区分不同的物理信道。即在TDMA根底上，在每个时隙上承载多个正交

码型，属于第三代移动通信技术（3G）。

二、GSM-R承载的铁路业务。

1、电路域业务：

目前，高铁GSM-R系统所承载的电路域数据'业务主要有C3列控

及调度语音业务。

电路域业务又分为电路域数据业务和电路域话音业务。

电路域数据业务:列车掌握信息（C3列控业务）。

电路域话音业务：调度移动通信语音（根底语音）业务、高级语

音业务。

GSM-R除了供给根底语音通话功能外，还具备较高级的语音功能，

如：优先级与强拆（eMLPP）、语音组呼（VGCS）、语音播送播BS）。

优先级与强拆:包括两个方面：优先级和资源抢占。优先级是指

在呼叫建立时给该呼叫指配一个优先级，该呼叫可以此级参与网络资

源的竞争和调配。资源抢占是指当网络中没有空闲资源可用时，具有

较高优先级的用户可以抢占强拆低优先级的用户的信道资源进展通

信。

语音组呼：一个讲话（呼叫的发起人），多人倾听。当发起人停

顿讲话，某个人需要讲时，需要先进展申清，同意后也可以讲话。

语音播送：只能由发起人讲话，其他人听没有讲话的权力。

语音组呼和语音播送可以用于实现调度的指挥、紧急通知等，尤

其适用于铁路的行车指挥调度部门。

电路域业务主要针对于那些对实时性要求较高，又要格外准确的

传递信息，具有最高或者较高的优先级的业务。一般用于列车掌握，

调度语音指挥行车，铁路应急指挥通信等重要的业务。承受电路交换数

据传输方式，配置固定信道，无法和其他信道共享，以此来保证传输

的实时性和准确性。电路交换数据传输通过占用一条话音信道供给

端到端的数据传输C建立完成后，每条链路数据独占一个时隙（即一

个信道），数据传输速率最高为9.6kbpso

2、分组域业务。

目前，一般高铁线路GSM-R系统所承载的分组域数据业务主要有

无线车次号信息、调度命令、近路预报信息。

分组域数据业务主要针对于那些对实时性要求较低（与电路域业

务相比），突发性强，有肯定的数据量的业务。承受分组交换技术，

可以高效传输数据和信令，只有当传输数据时才占用网络资源。优化

了对网络资源和无线资源的利用，同时提高了传输的速率。无线资源

中的一个频点即一个TDMA帧可安排1到8个无线接口时隙。这些时

隙能为用户所共享，且上行链路和下行链路的安排是独立的。可以同时

使用8个时隙进展数据传输，最高速率可达171.2kbps（理论值）。

我国铁路进展基于GSM-R的GPRS业务，是依据我国铁路运输时

通信业务需求量大、但频率资源紧急的实际状况而进展的技术决策。

为提高有限的频率资源利用率而引入的（在我国铁路GSM-R系统可以

使用的频率只有4M）oGSM-R系统内参加GPRS,把一些特定的铁路业

务来通过GPRS进展分组传输，以提高频率的利用率。

3、智能业务

（1）功能号注册、注销与治理业务

利用智能网数据库治理功能实现机车功能号注册、注销以及管

理。

（2）增加型接入矩阵业务

依据主、被叫的身份进展呼叫裁决，推断是否允许呼叫连续。

（3）功能寻址业务

依据被叫用户所担当的功能来发起呼叫，而不是依据被叫用户

的号码来寻址。主要用于解决固定用户呼叫移动用户，即调度员加车

站值班员呼叫机车司机或手持台用户。

(4)位置寻址业务

将移动用户发起的呼叫，路由到一个与该用户当前所处位置相

关的目的地址。这个功能主要用于解决移动用户呼叫固定用户，包括

司机或运营手持台用户呼叫调度员和当前车站值班员等。

三、GSM-R小区掩盖1、

GSM-R小区外形。

GSM-R网络是沿路铁路线方向布放基站铁塔，铁塔顶端安装定向

天线，以形成沿铁路线椭圆型的全向小区。在话务量较大但对于速度

要求较低的编组站则承受扇行小区掩盖。人口密度不高的低速路段和

轨道交织处一般是农村地区的承受全向小区掩盖。

2、频率复用。

铁路GSM-R系统线状掩盖的频率复用：

图3-6频率复用示意图

在系统中会给每一个小区的基站安排一组信道，只要相隔距离足

够远，一样的信道可以在另一个小区重复使用。把假设干个使用全部

频率的小区组成的集合称为一个簇，把不同簇中使用一样频率的小区

成为同频小区。任2个同频小区之间的距离成为同频复用距离。为了

避开同频小区之间的干扰，必需选定适宜的同频复用距离。

复用距离

图3-7同频复用距离

其中：小区半径R/小区簇、小区簇内的小区数N、同频复用距离

D、同频复用比Q

3、GSM-R的干扰

有线通信是可以根本上不考虑干扰问题的，而无线通信首先要考

虑的就是干扰问题，这是有线通信与无线通信最大的不同之处。

(1)同频干扰：由于实行频率复用，在同频小区之间产生的干

扰。通常我们用同频干扰信噪比C/I来衡量接收机的接收质量。小区

簇的N值打算了移动台的接收信噪比，同时也打算了系统的容量。所

以只要指定一个能够保证话音质量的接收门限电平，就能够确定簇的

大小和频率复用的方案。

同频干扰

频率

第一代移动通信：要求信噪比〉20dB,即有用信号为服扰信号的

100倍以上。其次代移动通信：要求信噪比〉9dB,即有用信号为干

扰信号的10倍左右。而这是对公网GSM系统而言，对于铁路通信，

由于其中包括了很重要的列车掌握、调度命令等业务，所以对GSM-R

来说，为了保证其更高的安全性，要求信噪比〉12dB。现有的GSM公

网承受的小区复用模型，其信噪比〉9dB,不适合与铁路专网使用。

(2)邻道干扰：由与所用频率相邻的频率产生的信号干扰。可以

通过避开在相邻小区之间安排连续的频率，同时使相邻小区之间的频

率间隔最大来减小邻道干扰。

4、信道安排方法

固定信道安排：每个小区分给一组信道，该小区的用户只能使用这

一组信道，假设消灭信道全部被占用状况，的呼叫就会被拒绝，只有

存在空闲信道时，才能再发起呼叫。GSM-R电路域业务承受固定安

排，其特点是信道资源利用率低，但接入所用时间短，业务质量高。

动态信道安排：每个小区不是固定使用肯定的信道，而是多个

小区可以使用一样的信道，每个小区的信道数是不固定的。当业务量

大时，安排给该小区的信道数就多，业务量减小时还可以再把这些信

道安排给其他小区使用。小区的信道安排由移动交换中心来治理和执

行安排。GSM-R分组域业务承受动态安排，其特点是信道资源利用

率高，但接入所用时间长，业务质量低。

5、提高系统容量的方法

随着用户数量以及业务的增长，需要不断提高系统容量。通常承

受小区分裂和划分扇区两种方法。

小区分裂：将业务量增大的小区分成更小的小区，分裂后每个小

区都有自己的基站，基站的天线高度要相应降低，放射机功率也要减小。

通过基站数量增加，使得单位掩盖面积内的信道数增加，从而提高频

率的复用率，增大系统容量。

小区分裂

图3-9小区分裂

划分扇区：保持小区半径不变，通过使用定向天线来减小同频

小区数，使用定向天线，天线的辐射范围只限定于肯定特定扇区,

这样原来的同频小区中只有一部份小区能对其产生干扰。

划分加M

图3-10划分扇区

6、GSM-R系统位置理论

在GSM-R网络中，有几类与区域有关的概念：

小区：一个BTS（基站收发机）所掩盖的全部或局部区域（扇区），

是最小的可寻址无线区域。

位置区：移动台可以任意移动但不需要进展位置更的区域，一个

位置区由一个或多个小区组成。当MSCl移动交换中心）查找移动台

时，只需在移动台所属的位置区进展呼叫，而不需要在整个MSC区内

呼叫移动台。

MSC区：一个MSC管辖下的全部掩盖区域，一个MSC区由一个或

假设干个位置区组成。

效劳区：移动用户可以获得效劳的全部区域。

图3-11位置理论示意图

移动用户在位置区中必需进展位置登记，移动台的位置信息储存

在位置存放器功能单元(HLR归属位置存放器和VLR访问位置存放器)

中。移动台要不断地向MSC的YLR供给自己的位置信息，这一个过程

叫位置更，主要是在移动台闲时丁

将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的移动台转换到的业务信

道上的过程叫切换，切换主要是在同网络中。

在归属GSM-R网络外的其他GSM-R网络中使用移动业务称漫游。

漫游主要是不同网络之间。

7、GSM-R系统常见的六种网络掩盖方式:

(1)单MSC单BSC的单网线性掩盖。

(2)单MSC单BSC的单网交织掩盖。

(3)单MSC双BSC的冗余掩盖(同站址)。

(4)单MSC双BSC的交织掩盖(不同站址)。

MSC

（5）双MSC双BSC的双网交织掩盖（不同站址）。

BSCA^fclSC1

（6）双MSC双BSC的双网冗余掩盖（同站址）。

8、郑西高铁GSM-R系统。

（1）依据铁道部统一安排，郑西高铁GSM-R核心网设在西安。核

心网包括移动交换子系统（SSS）、通用分组无线业务（GPRS）子系统、

运行和业务支撑子系统（OSS）。核心网设备承受北电设备，在西安

设置2套基站掌握器BSC设备、编译码和速率适配单元（TRAU）设备、

分别负责管辖A、B层基站（BTS）设备。BSC与基站间按每3-5个基

站共用一个2M/E1环路设计。全线共设基站190个，郑州局管内121

个。

（2）郑西高铁GSM-R网络承受单网交织冗余掩盖方案，即1、3、

5…奇数站组成一层网，2、4、6…偶数站组成另一层网。当某一个基

站消灭故障时，相邻两个小区的掩盖电平仍旧能够到达系统规定的性

能要求。

BSCA

123456

W昭VWW昭

BSCB

图3-12郑西GSM-R网络掩盖图

图3-13郑西高铁沿线基站厢房以及铁塔

图3-14铁塔上的定向天线

（3）郑西一般车站承受03站型（业务量较大的站区考虑扩容），

沿线基站承受02脾（0为全向型），03配置3个载顷，1个BCCH（播

送掌握信道）,2个TCH（业务信道），02配置2个载频，一个BCCH

有8个信道，除去播送掌握信道，可用来传业务的信道7个，一个

TCH有8个信道，全部可以用来传业务。每个小区固定4个信道用来

传列控信息。GPRS信息（如：调度命令、进路预报信息、无线车次

号信息等）承受1+3的方式。

第三节GSM-R系统网络构造和功能

一、我国GSM-R数字移动通信系统由七个相关子系统构成：网络

交换子系统（SSS）、基站子系统（BSS）、操作维护子系统（0SS）、

通用分组无线业务子系统（GPRS）、智能网子系统（IN）、固定接入

交换子系统（FAS）和无线终端系统。通过交换子系统（SSS）中的网

关移动交换中心（GMSC）实现与其他通信网络的电路域业务的互联互

通（如信号专业的无线闭塞中心RBC）。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（如：GRIS接口效劳器、信号专业CTC）。

二、GSM-R系统的网络构造:

W-R系统的网络结构

图3-16GSM-R系统网络构造图

MS是接入GSM-R网络的用户终端，通过无线接口Um接入到网络

中。基站子系统BSS由一个基站掌握器BSC和假设干个基站收发机

BTS组成，BTS主要负责与肯定掩盖区域内的移动台MS进展通信，

并对空中接口进展治理。BTS与BSC之间通过Abis接口通信。BSS中

还可

能存在编码速率适配单兀TRAU,它实现GSM-R编码速率向标准的速

率的转换。Abis接口属于私有协议，厂家自己定义.即BSC与BTS肯

定要使用同一厂家的设备。BSC和BTS连接的设置：3-5个BTS环

形组网，构成与BSC的链接。每个环使用2个2M传输通道。

（一）BSS基站子系统构造：

BSS基站子系统结构

图3-17BSS子系统构造图

BSS通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送/接收和无

线资源治理，通过A接口与NSS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，并且传送系统信令和用户信息。在BSS

中，BTS主要负责无线传输，BSC主要负责掌握和治理，假设参加TRUA

（速率适配单元），主要为了削减PCM链路数量。

1、BSC通用构造和功能

BSC通用结构和功能

BTS无战优源管理BSC

区之M越区切换

处理小力X25

俏俏道安排

除之间的相率质新分配

rsHfn）和软率同步

文换炬的

制帕率跳空

PCM

控制㈱

Js0Abis141J

A艘”一金M络r系

图3-18BSC构造图

BSC主要供给在其掩盖区域内的无线电资源治理与移动性治理的

功能，以及供给无线网络的运营与维护功能。一台BSC可以治理一个

或多达几十个BTS。BSS通过无线接口（Un）与移动台（MS）、机车台

等移动终端相连，负责无线发送/承受和无线资源治理；通过A接口

与SSS相连，实现移动用户之间与固定网用户之间的通信连接，并且

传送系统信令和用户信息。

2、BTS通用构造和功能

S通用务构而*柜,------------------------------f-------------------------------7

•天彼与何个小区的收发伤机之何的

Ijm_______________△

•爆码,fillm.W制.然4；•将取顿衍外惘

送箱天域

•樗伊与解福.均衡.然睛解H

•修功岬叫检,

・上打机第俏地涌M

•证时提赭M

・跳城

将常产和川户数排:伍道合成以£达给BSC

将信令点遒合成以睛送给BSC

图3-19BTS构造图

BTS是网络固定局部与无线局部之间进展通信的中继，移动用户

过空中接口与BTS连接。BTS能够进展语音、数据和短消息的传输，

并完成信号处理、无线测量预处理、切换、功率掌握等基于无线接口

的功能。

BTS

耦

耦

TRXnTRXn耦TRXn

合

合

合

系

系

系

TRXn-1统TRXn-1TRXn-1

统

统•••MB•••••••••«

耦

耦

耦

合

合*•••••••••••••MM

合

系

系

TRX2系TRX2TRX2

统

统••••••••••••••MM

统

TRX1TRX1TRX1

根本机柜扩展机柜

TRX是BTS中最主要的设备。一台TRX治理着一个TDMA帧（8

个时隙，8个物理信道）。

3、TRAU通用陶造和功能

速率适配单夭（TRAU）结构及切施

E1中解戊

12。路用户门道E1中缗线=31路用户信道

图3-20TRAU构造图

TRAU能够将13kbit/s的话音（或数据）转换成标准的64kbit/s

的数据，实现编码速率转换，削减了BSC中PCM链路的数量。

（二）网络交换子系统（NSS）一般由6个功能实体组成，分别是

移动交换中心（MSC〕，访问位置存放器（VLR）,归属位置存放器（HLR〕，

鉴权中心（AUC）,设备识别存放器（EIR）,互连功能单位（IWF）。

NSS中还可以有实现语音组呼和语音播送的实体组呼存放器（GCR）。

NSS结构

图3-21NSS构造图

NSS主要负责端到端的呼叫、用户数据治理、移动性治理和固定

网络的连接。MSC是NSS的核心，MSC的核心是交换功能，它用于建立

业务信道和在MSC之间或与其他网络之间交换信令消息；它与其他网

络互连时可以承受E1中继线，供给30路用户信道，或承受T1中继线，

供给24路用户信道,GMSC为网关MSC,具有路由功能，作为固定网络

和移动网络之间的一个接入单元，供给业务和功能接入。网络可以在

全部MSC中选出一些MSC作为GMSC。与MSC相连的是VLR,VLR治理在一

个MSC区内漫游移动用户信息的动态数据库；一个VLR可以治理一个

或多个MSC。HLR存储的是在网络中永久注册的移动用户的静态信息，

如用户信息、承载加定制的用户信息等；一个GSM-R网络中可以不止

有一个HLR,它的数量打算用户的数量和系统容量。AUC完成对用户的

鉴权及为移动台与网络之间的无线通信加密；设备识别存放器（EIR）

可用可不用，互连功能单位UHF）能够供给不同网络与GSM-R网络之

间的协议转换。作为GSM-R网络的特有组件GCR,用于存储移动用户的

组ID、移动台发起语音组呼（VGCS）和语音播送（VBS）参考的小区

信息及发起呼叫的MSC是否负责处理呼叫的指示。GSM-R承受NO.7信令

系统，是一种公共信令。

图3-22MSC内部构造

1、HLR存储治理部门用于移动用户治理的数据。每个移动用户都

应在其归属位置存放器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：

一是有关移动用户的参数，包括移动用户识别名码、访问力量、

用户类别和补充业务等数据；

一是有关移动月户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼

叫路由，例如MSC、VLR地址等。

归属位置寄存器（HLR）

2、认证中心AIC属于HLR的一个功能单元局部，特地用于GSM系统

的安全性治理。鉴权中心产生鉴权三参数组1随机数RAND、符号响应

SRES、加密键Kc）,用来鉴权用户身份的合法性以及对无线接口上的

话音、数据、信令信号进展加密，防止无权用户接入和保证移动用户

通信的安全。

认证中心

AUCwm

图3-24认证中心

3、访问位置存放器VLR通常与MSC合设，其中存储MSC所管辖区域

中的移动台〔称访问客户）的相关用户数据，包括：用户号码、移动

台的位置区信息、用户状态和用户可获得的效劳等参数。

VLR是一个动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置存放器

（HLR）处猎取并存贮必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的掌握区

域，则重在另一个VLR登记，原VLR将取消该移动用户的数据记录。

访问位置寄存器（VLR）

图3-25VLR功能

（三）操作维护子系统（OSS）一般分为对应NSS的操作维护中心

OMC-S及对应BSS的操作维护中心OMC-R,另外依据铁路应用，还有对

应GPRS的操作维护中心OMC-D,对应FAS的操作维护中心OMC-F,光纤

直放站的操作维护中心OMC-T等。OSS是操作人员与系统设备之间的中

介，它实现了系统的集中操作与维护，完成了包括移动用户治理、移

动设备治理及网络操作维护等功能。它的一侧与设备相连，另一侧是

作为人机接口的计算机工作站。这些特地用于操作维护的设备被称为

操作维护中心OMC。系统的每个组成局部都可以通过特有的网络连接

至OMC,从而实现集中维护。

（四）通用分组无线业务子系统（GPRS）需在GSM系统中引入3

个主要组件，这3个主要组件是：业务支持节点（SGSN）、网关支持节

点（GGSN）和分组掌握单元（PCU）；除此之外，还需对GSM系统中的

相关部件（如MSC/VLR、HLR、BTS等）进展软件升级，以支持GPRS的

移动性治理、路由治理及用户数据传送等。SGSN的功能与MSC/VLR类

似，具有网络接入掌握、路由选择和转发、移动性治理、计费信息的

收集等功能；GGSN的主要功能是网络接入掌握、移动性治理和边界

治理等，支持与外部网络的透亮和不透亮连接；PCU处理从话音业务

中分别出的数据业务，掌握无线信道的安排。

图3-26GPRS系统构造

三、GSM-R系统的主要接口类型和位置:

Um接口Abis接口妾口

BTSBSCMSCC

移动台1MS）基站子系统（BSS）网络子系统（NSS）

图3-27接口位置图

A接口承受标准2MpeH数字传输链路来实现。传递的信息包括移动

台治理，基站治理，移动性治理，接续治理等。

Abis接口承受2M或64KPCM数字传输链路来实现。它支持全部向用

户供给的效劳，支持对BTS无线设备的掌握和无线频率的安排。

空中接口为移动台与基站之间的通信接口，称为Umo是GSM-R

系统中最主要的一个接口，也是最简单，最难掌握的一个接口。Um

通过无线链路实现,传递的信息包括无线资源治理，移动性治理，接

续治理等。

第四节我国铁路GSM-R系统核心网络

我国铁路GSM-R核心网络包括三个局部，分别是（1）移动交换（2）

智能网⑶GPRS网络。

1、移动交换网

GSM-R核心网络承受二级网络构造，包括移动汇接网和移动

本地网，设立TMSC和MSC。

（1）TMSC:3个，北京、武汉、西安，兼作MSC和GMSC；

（2）MSC：共计19个，在18个铁路局所在地及拉萨设置MSC。

TMSC、MSC设置及汇接表:

大区汇接中心

汇接的移动业务本地网端局MSC（19个）

TMSC（3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

图3-28我国GSM-R核心网构造图

(3)网关局(GMSC)：与MSC同址设置，作为与其他网间的互联

互通点。网络建设初期由移动端局MSC兼任，当网络规模和业务量到

达肯定程度时，可考虑独立设置。

(4)HLR的设置：全路在北京和武汉设置2个HLR,承受地理冗

余成对配置，北京主用，武汉备用，成对的两个HLR间实时数据复制。

容量依据全网MSC用户容量的120〜150%进展配置，确定HLR容量为

800000用户，远期可进展扩容。

(5)短消息效劳中心(SMSC)：在北京、武汉分别设置1套SMSC,

并互为备用。依据全路19个MSC的用户容量，按每用户每天发送3条短

信的话务模型，确定SMSC容量为40万BHSM,远期可依据全路GSM-R系

统建设的状况进展扩容。

(6)紧急呼口L确认中心(AC)：在MSC所在地各设置1套AC记录

存储设备，对紧急呼叫的相关信息进展记录、储存。

2、智能网

在北京、武汉各设置1套智能网设备，主备工作方式。其他

核心网节点与MSC合设1套SSP。

3、GPRS网络

GPRS网络建设包括GPRS数据网和GPRS节点两局部。

GPRS数据网络分为骨干网和本地网两个层次。骨干层由北京、武

汉、西安3个大区节点的骨干路由器组成，为网状连接。本地层日19

个GPRS业务节点所在地的路由器组成。本地层路由器与骨干层路由器互

连。为保证网络的牢靠性，每个本地网节点的本地路由器成对设置，分

别接入不同的骨干网节点。

GPRS节点的设置：北京、武汉各设置一套全网DNS和RADIUS效劳

器，全路共享。

北京、武汉、西安设骨干层路由器，在铁路局所在地及拉萨等地

设19个GPRS节点(GGSN、SGSN)。

第五节郑州局GSM-R相关系统应用

一、GSM-R无线综合测试系统

1、系统简介。

GSM-R无线综合测试系统加载了GSM-RTrace模块、GSM-R模块、

GPRS模块、GPS模块、计距模块。多模块可以同时协调使用，在完成

QOS指标测试的根底上，可以全面供给Um接口无线网络参数、空中

接口信令信息等网络指标和无线大事统计，直，削减测试的来回次数，

提高测试效率，节约本钱。本测试系统还可用于评估GSM-R网络质量，

排查网络故障，系统验收开通测试和日常运行维护测试，为GSM-R网

络满足铁路调度通信、列车掌握系统等特别要求供给相关数据。

2、系统构成。

GSM-R无线综合测试系统由八局部构成：GSM-RTrace模块（一至

两块）、GSM-R模块（一至两块）、主控模块、测试软件、GPRS模块、

机箱、GPS模块、计距模块。

沟通电220V

ftifi12V

块

生

.大0

&

接

口0

小

口

O

USB

接

1-以1

太0

M

接

图3-29GSM-R无线综合测试系统构造

图3-30测试系统图

3、系统功能。

（1）语音业务与非列控类数据传输Q0S质量测试。

端到端建立时间及连接建立失败概率测试

端到端延迟测试

越区切换中断时间及切换成功率测试

强制测试

（2）列控类数据传输Q0S质量测试

呼叫建立时延/连接失败概率指标测试

用户数据传送时延/链路断开概率指标测试

传输无过失时间和传输干扰时间指标测试

网络注册时延测试指标测试

（3）扫频测试

图3-31扫频测试频点图

(4)GPRS网络测试。

GPRS网络数据传输时延及丢包率测试

GPRS网络数据传输吞吐量测试

二、GSM-R干扰测试系统

1、系统简介

GSM-R无线干扰测试系统，具有功能强大且易用的特点，针对

GSM-R的各种要求，供给GSM-R信令测试，干扰测试与定位。此外，

还能将现场接收到的测量数据进展记录，以便进展回放和干扰分析。

2、系统构成

”0确11

人QltJM

图3-32干扰测试系统图

3、系统功能

⑴扫频干扰测试。

图3-33扫频干扰测试图

小区测试

黄试成功（有干扰）

SI试成功（无干扰）

国试失败

图3-34干扰定位图

三、GIS治理系统

1、系统简介

铁路机车综合通信设备地理信息数据库治理系统是基于铁道部

跨局长大交路行车的需求，借鉴国外兴旺国家在铁路地理信息系统的

建立及应用的成功阅历，结合国内目前铁路技术装备状况，满足铁路

实际运输需要而提出的。该系统收集整理全路铁路地理信息数据，形

成具体的全国铁路电子地图；集中治理机车通信设备所用地理信息数

据，制定全路统一的地理信息数据版本，为机车调度通信在全路实现

自动频率制式切换供给标准的数据源。

2、系统构成

系统由铁道部数据库效劳器、铁道部数据库治理器、铁路局数据

库治理器、采集治理器、自动采集终端、手持采集终端和连接铁道部

与铁路局的2M专用网络组成。

铁通修帖《(1•

帙值邰北京通信

技术中心

欧林同X接入级

系统意图

铁路局M接入级铁路局N-接入媛G1S

图3-48GIS系统示意图

GIS系统2M与线示意图

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图3-49GIS系统2M连接示意图

3、系统功能

系统从功能上可分为地理信息数据库建立和数据应用两局部。

(1)地理信息数据库建立

数据库建立过程包括原始数据采集与编辑、数据组织与整理、数

据存储；为了建立一个全路完整的数据库，要收集全国全部铁路线的

数据，依据铁路线型分布的特点，以线路为根本单元来采集数据。

（2）数据应用

数据库应用方面，目前的主要应用是为机车通信设备供给自开工

作模式所需的线路信息数据，另外也为铁道建设后续进展规划供给完

善的地理数据及地图资料。

图3-50GIS系统地图演示示意图

四、S1M卡治理系统

1、系统简介

铁路GSM-RSN卡是铁路GSM-R用户身份识别模块，是GSM-R系

统的重要组成局部。为标准SIM卡治理和配置开发了SIM卡治理系统。

GSM-RSIM卡治理系统设计符合三层体系架构，严格遵守国家、铁道

部有关标准标准，使系统具有良好的敏捷性、易操作性和可扩展性。

系统维护

SIM卡业务受理

SIM卡发卡治理

r

数据字典治理接口治理

2、系统构成

铁路GSM-RSIM卡治理系统由铁道部数据治理中心、北京核心机

房主机设备、铁道部SIM卡业务治理终端、铁路局STM卡业务治理终

端、读卡器等通过铁路数据网相连接用。

3、系统功能

(1)SIM卡数据治理

(2)SIM卡资源治理

(3)SIM卡个人化

(4)SIM卡业务受理

4、系统使用

(1)SIM卡申购上报

(2)SIM卡数据下发

(3)SIM卡业务上报

(4)持卡人信息上报

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