《铁路专用通信系统》课件-3.3铁路数字移动通信 GSM-R系统

铁路数字移动通信（GSM-R）系统

GSM-R系统网络结构及各系统组成第2页GSM-R各系统组成一、系统无线工作频率二、GSM-R系统结构三、GSM-R系统业务应用三、BSS无线子系统第3页一、系统无线工作频率GSM-R系统的无线工作频率范围为:上行885～889MHz,下行930~934MHz。频率隔为200kHz,除频段隔离外,可用频点19对。GSM-R系统频率分配见表2-26。GSM-R系统选择工作在900MHz频带的原因是:(1)适合500km/h高速移动体的通信(最大多普勒频移为415Hz);(2)抗电气化铁道电火花干扰(电火花的频率多集中在400～800MHz);(3)典型覆盖距离约为5～10km,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。第4页一、系统无线工作频率第5页上行频率=890+0.2(n-1024)

=890+0.2(1007-1024)

=886.6M。下行频率=45+上行频率

=45+886.6

=931.6M。若小区的频点n=1007，求上下行频率一、系统无线工作频率第6页习题：1、若小区的频点为1012,者其上行频率____，下行频率____。解：上行频率=890+0.2(n-1024)=890+0.2(1012-1024)=887.6M。下行频率=45+上行频率=45+887.6=932.6M。2、GSM-R系统使用的频段，上行频段是____，下行频段____。答案：885-889MHz；930-934MHz结构图第7页二、GSM-R系统结构及业务应用第8页（一）GSM-R系统结构第9页移动终端MS基站子系统BSS移动交换子系统SSS网络子系统NSS通用分组无线子系统GPRS智能网子系统IN操作维护子系统（OSS）固定终端FAS（一）GSM-R系统结构终端设备（MS）基站子系统（BSS）移动交换子系统（SSS）通用分组无线子系统（GPRS）智能网子系统（IN）操作维护子系统（OSS）第10页固定/移动终端基站子系统BSS移动交换子系统SSS网络子系统NSS通用分组无线子系统GPRS智能网子系统IN操作维护子系统（OSS）（一）GSM-R系统结构操作和维护子系统OSS终端子系统网络子系统NSS通用分组无线业务子系统（GPRS）智能网子系统（IN）移动交换子系统(SSS)GSM-R系统组成基站子系统BSS二、网络结构GSM-R系统由若干个功能实体组成,这些功能实体所实现的功能集合就是网络能够提供给用户的所有基本业务和补充业务,并完成对用户数据和移动性的操作和管理。GSM-R数字移动通信系统的网络结构如图2-37所示。GSM-R系统主要由网络交换子系统(NSS)、基站子系统(BSS)、运行和维护子系统(OSS)、智能网子系统(IN)、通用分组无线业务子系统(GPRS)GSM-R无线终端第12页第13页功能:MS用来使用户接入GSM-R网络,以获取移动通信服务.如通话、数据传输、短消息收发等。MS通过无线接口(Um)接入到GSM-R网络,同时还为用户提供了人机接口。组成:GSM-R移动台包括各类车载台和手持台。车载台放置在车上,用于司机通信、车载设备通信。手持台主要用于有关的铁路工作人员进行移动通信联络。一、GSM-R终端第14页二、基站子系统BSS功能：基站子系统（BSS）通过无线接口（Um）与MS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网用户之间的通信连接，并且传送系统信令和用户信息。组成：BSS主要由一个基站控制器（BSC）和若干个基站收发信机（BTS）组成。此外，BSS还包括编码速率适配单元（TRAU）、小区广播中心（CBC）等设备。在隧道等弱场区，为了提高无线信号强度，还需要配置直放站设备，如近端机、远端机、漏缆和天线等。第15页三

、移动交换子系统SSS功能：交换子系统（SSS）负责端到端的呼叫接续、用户数据管理、移动性管理和与其它网络的连接。SSS通过A接口与BSS连接，与其它网络的接口决定于所连接网络类型。组成：基本的SSS由移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AuC）、设备识别寄存器（EIR）、互连功能单元（IWF）。另外，组呼寄存器（GCR）、短消息服务中心（SMS-SC）、确认中心（AC）等，这些功能实体可以根据具体的需要进行选择。第16页四、智能网子系统IN功能：GSM-R智能网使得GSM-R网络能够灵活、方便地实现部分铁路特定的业务，如功能号注册注销与管理、功能寻址（FA）、位置寻址（LDA）、接入矩阵等。组成：GSM-R智能网的网络节点包括：业务交换点、智能外设（IP）、归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）、业务控制点（SCP）、业务管理点（SMP）、业务管理接入点（SMAP）以及业务生成环境点（SCEP）等。第17页五、通用分组无线业务子系统功能：在GSM-R网络中应用GPRS系统，解决数据应用需求，如调度命令传输、无线车次号传输等。具有通信实时性好、数据量大、免维护、可靠性高等明显优势。组成：GPRS子系统主要由GPRS服务支持节点（SGSN）、GPRS网关支持节点（GGSN）、分组控制单元（PCU）、域名服务器（DNS）、认证服务器（RADIUS）、GPRS接口服务器（GRIS）、GPRS归属服务器（GROS）等节点组成。第18页六、操作和维护子系统功能：操作和维护子系统OSS是相对独立的子系统，为GSM-R网络提供管理和维护功能。主要设备是操作维护中心OMC。组成：OMCOMC-ROMC-SOSSMSC/VLRMSC/VLRHLR/AuCEIRNSSBSCBSSTRAUWS用户和设备数据的管理，例如:SIM卡网络操作,配置和管理收集网络负荷信息并编辑统计报告错误检测并纠正安全管理性能控制OMC

操作维护中心BTS网络管理系统5种功能：安全管理、配置管理、故障管理、告警管理、性能管理。按照专业分为：交换、分组、智能网、无线等网管系统。按照职能：网络管理中心（NMC）和本地操作维护管理中心（OMC）。用户管理系统管理本网用户的相关数据，提供开户、销户以及用户业务权限更改等操作功能，支撑业务的正常运行。包括SIM卡管理系统以及计费、结算、营帐和客服系统等。习题练习1.GSM-R网络结构子系统有：（）、（）、（）、（）、（）、（）。基站子系统（BSS）通过无线接口（Um）与MS相连，负责（）和（）。交换子系统（SSS）负责（）、（）、（）（）。第21页答案1、终端设备（MS）、基站子系统（BSS）、移动交换子系统（SSS）、通用分组无线子系统（GPRS）、智能网子系统（IN）、操作维护子系统（OSS）2、无线发送接收、无线资源管理；3、到端的呼叫接续、用户数据管理、移动性管理、与其它网络的连接（二）业务应用第22页eMLPP广播VBS组呼VGCS标准GSM业务语音类应用列车调度通信编组场调车通信货运调度通信牵引变电调度通信施工养护通信站场调度通信道口调度通信应急语音通信数据类应用ETCS自动列车控制多机车牵引旅客信息服务调车机车信号和监控信息传送调度命令传送、车次号传送列尾信息传送

功能寻址功能号码显示接入矩阵位置寻址GSM-R基本业务GSM-R应用铁路紧急呼叫铁路应用铁路特色业务高级语音呼叫业务GSM业务GSM-R向铁路提供的业务语音业务（电路交换方式）数据业务点对点语音业务语音组呼业务VGCS广播业务VBS紧急呼叫业务电路域数据业务CSD分组域数据业务GPRSGSM-R向铁路提供的业务列控信息传送机车同步操作信息传送……….无线车次号信息传送调度命令传送列尾信息传送……….调度通信区间/公务通信应急通信……….第25页语音业务（电路交换方式）点对点语音业务语音组呼业务VGCS广播业务VBS紧急呼叫业务GSM-R向铁路提供的业务调度通信区间/公务通信应急通信……….数据业务电路域数据业务CSD分组域数据业务GPRSGSM-R向铁路提供的业务(安全数据传输)(非安全数据传输)列控信息传送机车同步操作信息传送……….无线车次号信息传送调度命令传送列尾信息传送……….数据业务电路域数据业务CSD分组域数据业务GPRSGSM-R向铁路提供的业务(安全数据传输)(非安全数据传输)1、非安全数据传输2、包括调度指挥、应急抢险、旅客服务等3、多用户共享一个分组数据传输通道，只有当传输数据时才占用网络资源1、安全数据传输2、指与列控有关的信息传送业务3、对数据传输质量要求较高，全程占用资源，为了保证安全数据传输通道资源的可用性，采用了emlpp业务，给安全型数据传输业务分配了较高的1级优先级4、占用一条独立的话音信道提供端到端的数据传输，且全程占用信道资源第28页GSM-R向铁路提供的业务图中应用分别属于电路域传送还是分组域传送？一、调度通信第29页1.定义调度通信是铁路各级调度人员与其所管辖区域内有关运输生产作业人员之间进行的专用电话通信业务。2,分类：列车调度通信---行调客运调度通信----客调货运调度通信----货调牵引供电（电力）调度通信----电调其他调度通信3,系统构成第30页一、调度通信在铁路总公司、铁路局、车站设置FAS，车站FAS不直接与MSC相连接4.系统功能第31页一、调度通信（1）列车调度通信对象：功能：个别呼叫语音组呼语音广播铁路紧急呼叫大三角“大三角”通信是指行车调度员、车站值班员和机车司机之间的通信。小三角“小三角”通信是指车站值班员、机车司机和运转车长之间的通信。4.系统功能第32页一、调度通信（4）牵引供电（电力）调度通信对象------牵引供电调度员、牵引供电配变电值班员、接触网工区值班员

开闭所值班员、自耦所值班员

电力机务段（折返段）值班员、等其他相关人员功能------个别呼叫组呼（5）其他调度通信

包括车务、工务、电务、供电、水电、机务、车辆、公安等调度。二、列车无线车次号校核信息传送1、系统结构GSM-R网络CIR机车数据采集编码器机车安全信息综合监测装置CTC/TDCS设备第33页无线车次号信息包括列车车次号、机车号、位置、运行速度、列车起动、列车听稔等信息。按需要由机车发送至CTC/TDCS设备。进行乍次号校核。三、调度命令信息传送第34页三、调度命令信息传送1.调度命令信息第35页调度命令，行车凭证，调车作业通知单、调车请求、列车进路预告。三、调度命令信息传送2.系统结构第36页调度员：调度命令行车凭证调车作业通知单车站值班员：行车凭证调车作业通知单司机：调车请求信息CTC/TDCS：列车进路预告信息（自动生成）第37页三、调度命令信息传送2.系统结构及功能四、列车尾部装置信息传送系统构成第38页四、列车尾部装置信息传送第39页五、调车机车信号和监控信息传送1.系统构成第40页五、调车机车信号和监控信息传送2.系统功能（1）提供调车机车信号和监控信息传输通道。（2）实现地面设备和多台车载设备间的数据传输。（3）存储进入和退出调车模式的有关信息。（4）多台调机同时作业时，地面设备使用连选功能，与每台车载设备分别建立电路连接。3.通信过程点对点电路连接第41页六、机车同步操作信息传送1.系统构成第42页车载通信单元控制模块AN六、机车同步操作信息传送1、系统构成第43页七、列车控制信息传送系统构成第44页六、机车同步操作信息传送2、系统功能(1)车载控制模块的功能包括:主控机车分别连接从控机车、主控机车分别和从控机车断开连接、排风和紧急制动操作、制动缓解指令发布、制动管路测试、状态检测和查询、从控机车确认收到操作指令等。(2)0CU的功能包括:通信链路建立、通信链路保持、通信链路监视、数据传送等。(3)AN的功能包括:通信链路连接控制、通信链路保持、通信链路监视、数据转发、数据记录和查询等。第45页2、系统功能（1）数据会议功能（2）数据链路的维护（3）OCU监测（4）信息存储和查询（5）告警六、机车同步操作信息传送3.通信过程

OCU通过GSM-R网络与AN建立电路数据链接。AN具备数据会议功能,能够将来自某个OCU的数据帧透明转发到其所属编组的其他成员的OCU上。OCU通过向AN发送注册和注销帧来加入和退出特定的编组。第46页七、列车控制信息传送第47页七、列车控制信息传送第48页第49页七、列车控制信息传送1、系统结构：七、列车控制信息传送2、系统功能1）TCU和OCU根据列车运行控制系统地面设备的命令，控制MT和NT通过GSM-R网络的CSD业务，建立列车运行控制信息传送系统的1个OBU和1个RBC（或2个具有切换关系的RBC）之间的可靠连接，并传送列车控制信息。（2）OCU和TCU应具备监测和记录功能，监测、记录OCU的注册、注销信息，以及可靠连接的状态，并在可靠连接异常中断时通知司机，并进行声、光或文字告警。第50页习题练习GSM-R的提出是为了解决铁路运输的话音通信、（）的需要。铁路特色业务（）、（）、（）和（）。无线车次号信息传送、调度命令传送属于（

）数据业务。GSM-R业务包括基础业务，高级语音业务和（）。第51页答案1、数据通信2、3、分组域4、铁路特色业务功能寻址功能号码显示接入矩阵位置寻址GSM-R在无线网络覆盖上需要采用冗余重叠覆盖的方式。交织单网同站址双网交织双网GSM-R无线覆盖方式一、单网交织冗余覆盖----------单网覆盖第53页优点：低成本无线参数易于设置最有效的利用频率需要最少的站址缺点：可靠性低:一旦某BTS故障，其服务区域将不提供业务。用途：用于普速铁路一、单网交织冗余覆盖---------交织单网第54页优点：BTS冗余（某一基站坏了，还能正常工作）投资高缺点：除了某一个BTS故障，其他基站子系统中设备出现故障时网络不提供冗余。对服务质量有一定影响（切换数量增加）较低的频率利用效率（高重叠区域）需要较多的站址中等的无线参数设置复杂度第55页一、单网交织冗余覆盖---------频率分配第56页二、同站址无线双层覆盖---------结构特点优点：全系统冗余较低的站址需求（机房、铁塔共享）缺点：投资较高无线参数设置较为复杂如果某一站址出现问题，同样发生服务中断。第57页二、同站址无线双层覆盖---------频率分配第58页三、交织站址无线双层覆盖---------交织双网第59页练习：看图判断下列图片的网络覆盖方式习题练习GSM-R在无线网络覆盖上需要采用（）的方式常用的无线覆盖方式有：（）（）和（）第60页答案1、冗余重叠覆盖2、交织单网、同站址双网、交织双网第61页二、基站子系统BSSBTS是网络中固定部分与无线部分之间的中继，移动用户通过空中接口与BTS连接。BTS主要负责与一定覆盖区域内的MS进行通信BSC用来管理BTS与MSC之间的信息流。BSC的功能主要是负责无线呼叫处理和无线资源管理。TRAU实现GSM-R编码速率向标准的PSTN或ISDN速率的转换。能够将13kb/s话音（或数据）复用，转换成标准的64kb/s数据。在BTS中，13kb/s话音（或数据）通过插入附加同步数据，使其和较低速率数据不同，插入数据后的速率变为16kb/s。CBC与BSC和小区广播设备相连接，负责小区广播和小区短消息的管理和存储。小区广播短消息业务可向指定区域的所有移动台周期性地广播数据信息。第62页1.BTS功能：

BTS是网络中固定部分与无线部分之间的中继，移动用户通过空中接口与BTS连接。BTS主要负责与一定覆盖区域内的MS进行通信。631.BTS第64页2.BSC结构及各部分功能65BSC1.BTS第66页4.BTS与BSC的连接方式3~5个基站共用1+1个2Mb/s中继电路并形成环形连接。当某段链路断开时，仍可实现BSC与各BTS之间的连接。第67页4.TRAU·将来自BSC的信息的速率和编码转换为MSC需要的速率和编码方式·将来自MSC的信息的速率和编码转换为BSC需要的速率和格式第68页5.BBS的接口习题练习1.GSM—R系统的完全标准化接口是（）和A接口。2.GSM-R无线网设备主要包括（）、（）、（）、（）、和直放站。3.GSM-R核心网设备有（）、（）、（）、（）。4.BSC能完成（）和（）。5.基站天馈系统的接地装置一般采用套（）。第69页答案1、Um2、BSC、TRAU、BTS、PCU3、SSS、GPRS、IN、OSS4、无线呼叫处理和无线资源管理功能5、3第70页一、GSM-R终端GSM-R终端固定终端调度终端车站终端用户话机移动终端（移动台）车载台机车综合无线通信设备CIR列控机车无线通信设备RTU--用于CTCS3列控系统机车同步操控车载通信单元OCU

列尾信息传输设备手持台作业手持台OPH通用手持台GPH调车手持台OPS其他移动台第71页一、GSM-R终端终端由移动设备和用户识别模块SIM两部分组成。一、GSM-R终端GPH：GPH主要用于铁路各类管理人员、与铁路业务等与运输有关的人员话音和数据通信。OPH：OPH主要用于列车、车站、编组场、沿线区间及其他铁路作业区直接参行车运输作业的各工种工作人员话音和数据通信。GPHOPH第73页习题练习OPH应具有（

）功能。OPH主要用于（

）语音和数据通信。GPH主要用于各类管理人员，铁路业务相关的人员进行语音和数据通信。通用手持终端，简称（

）。作业手持终端，简称（

）。9.手持终端主要由（

）、电池，充电器外置耳机，麦克风等组成。第74页1、“三防”（防水、防摔、防尘）2、列车车站、编组场、沿线区间及其他铁路作业区各工种的工作人员进行3、GPSOPH4、主机总结一、系统无线工作频率二、GSM-R系统结构三、GSM-R系统业务应用三、BSS无线子系统第75页GSM-R核心网络采用二级网络结构，包括移动汇接网和移动本地网，设立TMSC（汇接移动交换中心）和MSC。（1）TMSC:3个,北京、武汉、西安，兼作MSC和GMSC；（2）MSC：共计19个，