GSMR系统的组成及业务功能

第三章GSM-R系统的组成与业务功能

第一节GSM-R系统概述

一、名词说明

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）

而发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限制

GPRS:通用分组无线业务

IN:智能网

二、GSM与GSM-R的关系一六大关系

GSM-R理论建立在GSM理论基础之上；

GSM-R技术建立在GSM技术基础之上；

GSM-R工业以GSM工业为基础；

GSM-R工程建设以GSM工程阅历为基础；

GSM-R应用开发汲取GSM胜利阅历；

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、维护成本高。

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、独立运用、分散维护，造成设备型号各异，种类

繁多，相互间无法互通，维护运营成本较高。

(2)频点固定安排、信道固定运用，频率利用率低，容量有限。

铁路无线通信系统主要运用450M频段，共58对频点，固定安排

给了无线列调、站调、公安等无线系统运用，各个部门间不能相互共享，

造成频率资源的极大奢侈。如北京、徐州、郑州枢纽等地已无频点可供申

请运用。既有无线通信系统采纳频点(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)用户运用，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出现堵塞，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行通信。

这无疑是对频率资源的一种奢侈，也制约了用户数量的进一步发展。

(3)话音、数据业务争抢信道，传输牢靠性低，数据传输实力差。

经测算，在TDCS和CTC区段，当列车运行时速超过250公里时,

综合考虑调度吩咐、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

的数据传输速率仅达到1.2Kb/s。

(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行争抢，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)，其中部分车站台运用同频

工作，这些电台在车站旁边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实力。

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行联络。铁路无线、有线调度网

基本独立，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

进行身份识别，只要无线终端用户频点和调制方式与无线列调相同，便可

以加入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

行车平安带来极大的隐患。此外，公安系统对保密性的要求也很高，现有

系统无法达到。

2、铁路新业务对铁路通信新的业务需求。

(1)客运专线的业务需求(对通信系统在高速状况下的平安性、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、行车平安监控信息的传

送、旅客综合服务信息的传送等

(2)机车同步限制传输(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须要通过GSM-R无线信道实时传递限制吩

咐，这就是机车同步操控信息传送业务。通过采纳多机车牵引模式，实

(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、语音业务的精确传输

(4)数据业务需求。

(5)其系统标准公开，可互联互通；欧洲有胜利的标准、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、采纳无线资源中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200KHZo共有

21个载频。频道序号从999-1019,扣除低端999和高端1019作为隔

离爱护，实际可用频道19个。

IIAMI

___________________________II/W.力Marine

0.3040.5060708091.01.21416182.024

ShortWave-InternationalBroadcast-AmateurCB

I1**III*1illII

345678910121416182024262830MHz

VHFLOWBand|||FM||VHF]VHFTV7-131

...................1...................L:丁1I1：L-HTJ.11-

30405060708090100120140160180200240300MHz

CellularGSM1800,GSM1900

0.3040.506070809101.2141.618202430GHz

34567891012141618202430GHz

广播II航空陆地微波

MB也地移动移动通信I....I卫星

图3-3无线资源频谱图

频道号基站接收基站发射频道号基站接收基站发射

频率（MHz）频率（MHz）频率（MHz）频率（MHz）

930.0001010887.200932.200

1000885.200930.2001011887.400932.400

1001885.400930.4001012887.600932.600

1002885.600930.6001013887.800932.800

1003885.800930.8001014888.000933.000

1004886.000931.0001015888.200933.200

1005886.200931.2001016888.400933.400

1006886.400931.4001017888.600933.600

1007886.600931.6001018888.800933.800

1008886.800931.800

1009887.000932.000

图3-4GSM-R频道号对应频率表

2、小区频率配置的基本原则：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400KHZ。

3、GSM-R系统的频率资源很惊慌，既然这一段频段资源少，为什么

不考虑运用更高的频段，比如1800M左右的频率（3G所运用的频率）？

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

的覆盖范围就越小，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，高速列车要常见的进行越区切换，其对铁路业务的影响是极大的，

简单能造成通信延时以与掉话。

4、GSM-R系统运用对称无线信道，采纳频分多址（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个载频可以供应8个物理

信道（时隙），供应应8个用户同时运用，用来传输语音或数据业务。也

就是说一个频点可以同时8个用户进行语音或数据的通信。

BTS

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）o

FDMA是将规定的频谱划分为若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，若干个时

隙组成一帧。每一帧中的若干时隙构成一个物理信道。其在其次代蜂窝移

动通信系统中运用。铁路GSM-R系统也是采纳这种多址方式。

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基础上，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）o

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列控与

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:列车限制信息（C3列控业务）。

电路域话音业务：调度移动通信语音（基础语音）业务、高级语音业

务。

GSM-R除了供应基础语音通话功能外，还具备较高级的语音功能，

如：优先级与强拆（eMLPP）、语音组呼（VGCS）、语音广播（VBS）。

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，该呼叫可以此级参加网络资源的竞争和

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行通信。

语音组呼：一个讲话（呼叫的发起人），多人倾听。当发起人停止讲

话，某个人须要讲时，须要先进行申请，同意后也可以讲话。

语音广播：只能由发起人讲话，其他人听没有讲话的权力。

语音组呼和语音广播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，又要非常精确的传递

信息，具有最高或者较高的优先级的业务。一般用于列车限制，调度语音

指挥行车，铁路应急指挥通信等重要的业务。采纳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精确性。

电路交换数据传输通过占用一条话音信道供应端到端的数据传输。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、调度吩咐、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。采纳分组交换技术，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。这些时除能为用户所共享，

且上行链路和下行链路的安排是独立的。可以同时运用8个时隙进行数据

传输，最高速率可达171.2kbps(理论值)。

我国铁路发展基于GSM-R的GPRS业务，是依据我国铁路运输对通

信业务需求量大、但频率资源惊慌的实际状况而进行的技术决策。为提高

有限的频率资源利用率而引入的(在我国铁路GSM-R系统可以运用的频

率只有4M)。GSM-R系统内加入GPRS,把•些特定的铁路业务来通过

GPRS进行分组传输，以提高频率的利用率。

3、智能业务

(1)功能号注册、注销与管理业务

利用智能网数据库管理功能实现机车功能号注册、注销以与管理。

(2)增加型接入矩阵业务

依据主、被叫的身份进行呼叫裁决，推断是否允许呼叫接着。

(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，即调度员和车站值班员

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小区覆盖

1、GSM-R小区形态。

GSM-R网络是沿路铁路途方向布放基站铁塔，铁塔顶端安装定向天

线，以形成沿铁路途椭圆型的全向小区。在话务量较大但对于速度要求较

低的编组站则采纳扇行小区覆盖。人口密度不高的低速路段和轨道交织处

一般是农村地区的采纳全向小区覆盖u

2、频率复用。

铁路GSM-R系统线状覆盖的频率复用:

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，相同的信道可以在另一个小区重复运用。把若干个运用全部频率的小

区组成的集合称为一个簇，把不同簇中运用相同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，必需选定合适的同频复用距离。

复用距离

D=V37V/?

Q=—=V37V

R

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

有线通信是可以基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

确定了移动台的接收信噪比，同时也确定了系统的容量。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

图3・8同频干扰

第一代移动通信：要求信噪比〉20dB,即有用信号为干扰信号的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

了很重要的列车限制、调度吩咐等业务，所以对GSM-R来说，为了保证

其更高的平安性，要求信噪比〉12dB。现有的GSM公网采纳的小区复

用模型，其信噪比〉9dB,不适合与铁路专网运用。

(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，该小区的用户只能运用这一

组信道，假如出现信道全部被占用状况，新的呼叫就会被拒绝，只有存在

空闲信道时，才能再发起呼叫。GSM—R电路域业务采纳固定安排，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：每个小区不是固定运用肯定的信道，而是多个小区可

以运用相同的信道，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

区运用。小区的信道安排由移动交换中心来管理和执行安排。GSM—R

分组域业务采纳动态安排，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

随着用户数量以与业务的增长，须要不断提高系统容量。通常采纳小

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，使得单位覆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，通过运用定向天线来减小同频小区

数，运用定向天线，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。

划分扇区

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RTS（基站收发机）所覆盖的全部或部分区域（扇区），

是最小的可寻址无线区域。

位置区：移动台可以随意移动但不须要进行位置更新的区域，一个位

置区由一个或多个小区组成。当MSC（移动交换中心）找寻移动台时，

只需在移动台所属的位置区进行呼叫，而不须要在整个MSC区内呼叫移

动台。

MSC区：一个MSC管辖下的全部覆盖区域，一个MSC区由一个或

若干个位置区组成。

服务区：移动用户可以获得服务的全部区域。

MSC/VLR

图3-11位置理论示意图

移动用户在位置区中必需进行位置登记，移动台的位置信息储存在位

置寄存器功能单元(HLR归属位置寄存器和VLR探望位置寄存器)中。

移动台要不断地向MSC的VLR供应自己的位置信息，这一个过程叫位置

更新，主要是在移动台闲时。

将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的移动台转换到新的业务信道

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网络中运用移动业务称漫游。

漫游主要是不同网络之间。

7、GSM-R系统常见的六种网络覆盖方式：

(1)单MSC单BSC的单网线性覆盖。

（2）单MSC单BSC的单网交织覆盖。

（4）单MSC双BSC的交织覆盖（不同站址）。

（5）双MSC双BSC的双网交织覆盖（不同站址）。

IBSCA|=IMSCa

（6）双MSC双BSC的双网冗余覆盖（同站址）。

8、郑西高铁GSM-R系统。

（1）依据铁道部统一支配，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）。核心网设备采纳北电设备，在西安设置2

套基站限制器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网络采纳单网交织冗余覆盖方案，即1、3、5…

奇数站组成一层网，2、4、6…偶数站组成另一层网。当某一个基站出现

故障时，相邻两个小区的覆盖电平仍旧能够达到系统规定的性能要求。

图3-12郑西GSM-R网络覆盖图

图3-13郑西高铁沿线基站厢房以与铁塔

图3-14铁塔上的定向天线

（3）郑西一般车站采纳03站型（业务量较大的站区考虑扩容），沿

线基站采纳02站型（。为全向型），03配置3个载频，1个BCCH（广

播限制信道），2个TCH（业务信道），02配置2个载频，一个BCCH有

8个信道，除去广播限制信道，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：调度吩咐、进路预报信息、无线车次号信息等）采纳1+3

的方式。

第三节GSM-R系统网络结构和功能

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（OSS）、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接口服务器、信号专业CTC）。

图3-15GSM-R系统网络结构与其它系统连接示

意图

二、GSM-R系统的网络结构:

hR系统的网络结构

图3-16GSM-R系统网络结构图

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由一个基站限制器BSC和若干个基站收发机BTS

组成，BTS主要负责与肯定覆盖区域内的移动台MS进行通信，并对空中

接口进行管理。BTS与BSC之间通过Abis接口通信。BSS中还可能存

在编码速率适配单元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肯定要运用

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。每个环运用2个2M传输通道。

（一）BSS基站子系统结构：

BSS基站子系统结构

图3・17BSS子系统结构图

BSS通过无线接口干脆与移动台相连，负责无线发送/接收和无线资

源管理，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主要负责限制和管理，假如加入TRUA（速率适

配单元），主要为了削减PCM链路数量。

1、BSC通用结构和功能

BSC通用结构和功能

BTS无线资源管理

区之间越区切换

信信道安排

rs之间的嫉率市新分M

rs时间和较率同步

:制软率跳变

’等

图3-18BSC结构图

BSC主要供应在其覆盖区域内的无线电资源管理与移动性管理的功

能，以与供应无线网络的运营与维护功能。一台BSC可以管理一个或多

达几十个BTS。BSS通过无线接口（Um）与移动台（MS）、机车台等移

动终端相连，负责无线发送/接受和无线资源管理；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通用结构和功能

通用结构和功能

SBTS

•天线,亍每个小区的收发信机之间的夫州

接口

•雄衲.加密.吸制.然后物射坏dH怙

送给天战

•将信号解密，均物,然后解调

•移动呼叫检测

•上行保略侪道舞M

•定时提前H

・跳领

Abis

•将语汗和川广数据信道合成以后送给BSC

-将信令信道合成以后送GBSC

图3-19BTS结构图

BTS是网络固定部分与无线部分之间进行通信的中继，移动用户过空

中接口与BTS连接。BTS能够进行语音、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、功率限制等基于无线接口的功能。

BTS

天线

耦

耦

TRXn合TRXn

合

系

系

TRXn-1统TRXn-1

统

耦

耦

合

合

系

TRX2系TRX2

统

・・・•・・・・・・・・・・・统

TRX1TRX1

RCF

基本机柜扩展机柜

TRX是BTS中最主要的设备。一台TRX管理着一个TDMA帧（8

个时隙，8个物理信道）。

3、TRAU通用结构和功能

速率适限单元（TRAU）结构及功处

M3kbpsGSM诂存帧格式乜换成64kbps将川户数捌流路由至和应的

1PCM上体或E1PCRA•博候格式互联功能

T1中继战

92路川广和

控制倒道

T1“，期找=24Hjr'fii

Ater

BSCMSC

接口

E1中绅线?

120路川户倡道E1中继线=31路用户信道

图3-20TRAU结构图

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）,探望位置寄存器（VLR）,归属位置寄存器（HLR）,

鉴权中心（AUC）,设备识别寄存器（EIR）,互连功能单位（IWF）o

NSS中还可以有实现语音组呼和语音广播的实体组呼寄存器（GCR）。

NSS结构

NSS主要负责端到端的呼叫、用户数据管理、移动性管理和固定网络

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

可以采纳E1中继线，供应30路用户信道，或采纳T1中继线，供应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，供应业务和功能接入。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管理在一个MSC区内漫

游移动用户信息的动态数据库；一个VLR可以管理一个或多个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

载和定制的用户信息等；一个GSM-R网络中可以不止有一个HLR,它的

数量确定用户的数量和系统容量。AUC完成对用户的鉴权与为移动台与网

络之间的无线通信加密；设备识别寄存器(EIR)可用可不用，互连功能

单位(IWF)能够供应不同网络与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)和语音广播(VBS)参考的小区信息与发起呼叫的MSC

是否负责处理呼叫的指示。GSM-R采纳NO.7信令系统，是一种公共信令。

图3-22MSC内部结构

1、HLR存储管理部门用于移动用户管理的数据。每个移动用户都应

在其归属位置寄存器（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、访问实力、用户

类别和补充业务等数据；

一是有关移动用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（IILR）

HLR

永久纪录

•IMSI

用户业务

•功俄2

临时，己录

•VLRMtt

(He.Sr«s.Rand>

图3-23HLR功能

2、认证中心AUC属于HLR的一个功能单元部分，特地用于GSM系统

的平安性管理。鉴权中心产生鉴权三参数组（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与对无线接口上的话

音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信的

平安。

认证中心

3、探望位置寄存器VLR通常与MSC合设，其中存储MSC所管辖区域

中的移动台（称探望客户）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服务等参数。

VLR是一个动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置寄存器

（HLR）处获得并存贮必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的限制区域,

则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消该移动用户的数据记录。

访问位置寄存8S（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与对应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管理、移动

设备管理与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。系统的每个组成部分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）和分组限制单元（PCU）;除此之外，还需对GSM系统中的相

关部件（如MSC/VLR、HLR、BTS等）进行软件升级，以支持GPRS的

移动性管理、路由管理与用户数据传送等。SGSN的功能与MSC/VLR类

似，具有网络接入限制、路由选择和转发、移动性管理、计费信息的收集

等功能；GGSN的主要功能是网络接入限制、移动性管理和边界管理等,

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，限制无线信道的安排。

图3-26GPRS系统结构

三、GSM-R系统的主要接口类型和位置:

Um接口Abis接口A接口

MSBSCMSCC

移动台（MS）基站子系统（BSS）网络子系统（NSS）

图3-27接口位置图

A接口采纳标准2MPCM数字传输链路来实现。传递的信息包括移动

台管理，基站管理，移动性管理，接续管理等。

Abis接口采纳2M或64KpeM数字传输链路来实现。它支持全部向用

户供应的服务，支持对BTS无线设备的限制和无线频率的安排。

空中接口为移动台与基站之间的通信接口，称为Um。是GSM-R系

统中最主要的一个接口，也是最困难，最难限制的一个接口。Um通过无

线链路实现。传递的信息包括无线资源管理，移动性管理，接续管理等。

第四节我国铁路GSM-R系统核心网络

我国铁路GSM-R核心网络包括三个部分，分别是（1）移动交换（2）

智能网（3）GPRS网络。

1、移动交换网

GSM-R核心网络采纳二级网络结构，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个铁路局所在地与拉萨设置MSC。

TMSC、MSC设置与汇接表：

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核心网结构图

(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达到肯

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,采纳地理冗余

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120〜15。%进行配置，确定HLR容量为

800000用户，远期可进行扩容。

(5)短消息服务中心(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

统建设的状况进行扩容。

(6)紧急呼叫确认中心(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行记录、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节点两部分。

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。本地层由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服务

器，全路共享。

北京、武汉、西安设骨干层路由器，在铁路局所在地与拉萨等地新设

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运用，在

完成QOS指标测试的基础上，可以全面供应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事务统计值，削减测试的来回次数，提

高测试效率，节约成本。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

意铁路调度通信、列车限制系统等特别要求供应相关数据。

2、系统构成。

GSM-R无线综合测试系统由八部分构成：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。

交流电220V

HSttl2V

块

天

统

接

口

大容过地fli

四不法”fit席

图3-29GSM-R无线综合测试系统结构

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QOS质量测试。

端到端建立时间与连接建立失败概率测试

端到端延迟测试

越区切换中断时间与切换胜利率测试

强制测试

(2)列控类数据传输QOS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

传输无差错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

味悬

当前频点

955A|

956

957

958

959

960

961

962

963

964

965

图3-31扫频测试频点图

(4)GPRS网络测试。

GPRS网络数据传输时延与丢包率测试

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，供应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行记录，以便进行回放和干扰分析。

2、系统构成

3、系统功能

⑴扫频干扰测试。

图3-33扫频干扰测试图

小区测试信息（连含图〉

4

当前黄试中（小区）

得试成功（有干扰）

蜀试成功（无干扰）

西试失败

图3-34干扰定位图

三、GIS管理系统

1、系统简介

铁路机车综合通信设备地理信息数据库管理系统是基于铁道部跨局

长大交路行车的需求，借鉴国外发达国家在铁路地理信息系统的建立与应

用的胜利阅历，结合国内目前铁路技术装备状况，满意铁路实际运输须要

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；集中管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应标准

的数据源。

2、系统构成

系统由铁道部数据库服务器、铁道部数据库管理器、铁路局数据库管

理器、采集管理器、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。

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技术中心

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GIS系统示意图

图3・48GIS系统示意图

GIS系统2M令线示意图

帙道部

接个铁道篙的2M线路

投至汇聚点的2M段路

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部分。

(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途的数据，依

据铁路途型分布的特点，以线路为基本单元来采集数据。

(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应自动工作模

式所需的线路信息数据，另外也为铁道建设后续发展规划供应完善的地理

数据与地图资料。

图3-50GIS系统地图演示示意图

四、SIM卡管理系统

1、系统简介

铁路GSM-RSIM卡是铁路GSM-R用户身份识别模块，是GSM-R

系统的重要组成部分。为规范SIM卡管理和配置开发了SIM卡管理系统。

GSM-RSIM卡管理系统设计符合三层体系架构，严格遵守国家、铁道部

有关标准规范，使系统具有良好的敏捷性、易操作性和可扩展性。

2、系统构成

铁路GSM-RSIM卡管理系统由铁道部数据管理中心、北京核心机房

主机设备、铁道部SIM卡业务管理终端、铁路局SIM卡业务管理终端、

读卡器等通过铁路数据网相连接用。

3、系统功能

(1)SIM卡数据管理

(2)SIM卡资源管理

(3)SIM卡个人化

(4)SIM卡业务受理

4、系统运用

(1)SIM卡申购上报

(2)SIM卡数据下发

(3)SIM