高铁通信概论

在车站附近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。
二、为什么要建设GSM-R?
1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。
（3）存在的问题
不具备网络能力 ① 移动终端对讲距离受限，邻站交界区易发生业务中
断。
② 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。
二、为什么要建设GSM-R?
2、铁路发展出现许多新业务需求： （3）车地信息化数据传输的需要
列车与地面之间的无线通信一直是信息化发展中的最薄弱环节。 随着铁路的发展，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、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、客票发售、货运计划、 货车追踪、集装箱追踪等提供基础信息，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行传送，为旅客提供多方位的综合 信息服务。
三、GSM-R系统介绍
1、网络子系统
智能网子系统：是在SSS中引入的智能网功能实体， 将网络交换功能和业务控制功能相分离，实现对 呼叫的智能控制 。
GSM业务交换点（gsmSSP） GPRS业务交换点（gprsSSP） 智能外设（IP） 业务控制点（SCP） 业务管理点（SMP） 业务管理接入点（SMAP） 业务生成环境点（SCEP）。
MSC/VLR/GCR/IWF
铁路应用系统
调度台
车站台
无线固定台
车载台 无线终端
手持台
有线终端
三、GSM-R系统介绍
1、网络子系统
移动交换子系统：主要完成用户的业务交换功能，完成用户数据与 移动性管理、安全性管理。 移动业务交换中心（MSC）：负责用户的移动性管理和呼叫控制； 拜访位臵寄存器（VLR）：负责存储进入该区域内已登记用户的信 息； 归属位臵寄存器（HLR）：是一个负责管理移动用户的数据库。HLR 存储本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位臵信息、签约业 务等； 鉴权中心（AuC）：是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体，AuC只 通过HLR和其他网络实体通信； 互连功能单元（IWF）：与固定网络的数据终端之间提供速率和协 议的转换； 组呼寄存器（GCR）：用于存储移动用户的组ID； 短消息服务中心（SMSC）：负责向MSC传送短消息信息； 确认中心（AC）：记录、存储铁路紧急呼叫相关信息。
一、什么是GSM-R？
GSM-R（Globle System of Mobile for Railway）
专门针对铁路对移动通信的需求而推出的专用系统，
它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技术 。
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。
一、什么是GSM-R？
铁路相对GSM公网的特殊需求：
三、GSM-R系统介绍
1、网络子系统
SGSN:服务GPRS支持节点, 移动性管理、寻路等功能。
GGSN:网关GPRS支持节点,为GPRS网与外部数据网络相连的网关。 DNS:域名服务器，负责提供GPRS网内部SGSN、GGSN 等网络节
点的域名解析等。
RADIUS:认证服务器,负责存储用户的身份信息，并完成用户的 认证和鉴权等功能。
三、GSM-R系统介绍
1、网络子系统
GPRS子系统：负责为无线用户提供分组数据承载业务。 GPRS核心层：由SGSN、GGSN、DNS、RADIUS等功能 实体组成； GPRS无线接入层：由PCU、基站、终端等组成。 GPRS无线接入层组网应充分利用GSM-R系统的设备资 源，保护投资；与GSM-R系统共用频率资源；利用 GSM-R系统的基站实现无线覆盖，不单独增加GPRS系 统基站。
PCU:分组控制单元，负责数据分组、无线信道管理、错误发送
检测和自动重发。
三、GSM-R系统介绍2、基站子系统
MSC
A接口
BSS
无线接口
移动终端
BSS通过无线接口直接与移动台相接，负责无线信号 发送接收和无线资源管理；与MSC相连，实现移动用户之 间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统 信号和用户信息等。 基站控制器（BSC） 编译码和速率适配单元（TRAU） 小区广播短消息中心（CBC） 基站收发信机（BTS） 弱场设备（直放站、漏缆）
③ 铁路无线、有线调度网基本独立，无法形成有机融
合的整体。
二、为什么要建设GSM-R?
1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。
（3）存在问题
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
三、GSM-R系统介绍（一）系统结构
1、网络子系统（NSS）
（1）移动交换子系统（SSS） （2）移动智能网（IN）子系统 （3）通用分组无线业务（GPRS）子系统
2、基站子系统（BSS） 3、运行与支持子系统（OSS）
（1）网管 （2）SIM卡管理系统 （3）计费、结算、营帐、客服子系统
4、终端设备
三、GSM-R系统介绍（一）系统结构
SSS 电路域数字 应用系统 SMSC DSS1 No.7 MSC/VLR 其他通信网 No.7 A DSS1 BSS Gr GPRS TRAU Ater CBC BSC Abis BTS 调度交换机 Um OSS OMC 用户管理 系统 BTS SGSN Gb Gb PCU Gn GGSN Gi GRIS GMSC E/G HLR/AuC C/D No.7 AC L SSP SMAP IP IN SCP SMP SCEP TCP/IP
二、为什么要建设GSM-R?
2、铁路发展出现许多新业务需求： （2）重载货运专线（机车同步控制传输）
定义：为了实现牵引过程中同时加速、减速、制动，主控机车和 从控机车之间需要通过无线信道实时传递控制命令，这就 是机车同步操控信息传送业务。 解决方案： ① DJ4型机车对讲电话系统，人工话音，一致性差 ② 基于800MHz的无线数据传输系统，主机和从控机车 之间间隔小于650米，只适用于万吨组合列车 ③ 基于GSM-R系统的解决方案，适用于所有组合形式 的列车
二、为什么要建设GSM-R?
3、欧洲选择GSM-R的原因
（1）取代落后的模拟设备、提升系统性能的需要；
（2）欧洲铁路互通性的需要； （3）新业务的需要（欧洲列车控制系统－2级以上）
二、为什么要建设GSM-R?
GSM-R在欧洲的发展状况：
目前已在欧洲13个国家开始广泛实施，具体包括：德国、英 国、法国、意大利、斯洛伐克、荷兰、瑞典、瑞士、西班牙、捷 克、芬兰、挪威、比利时。其中，瑞典、德国、意大利、瑞士、 挪威、西班牙、荷兰等7个国家开通了商用GSM-R网络。 最早开始建设的国家：瑞典（1998年） 在全国范围内普速干线建设的国家：意大利（7500km）、荷兰 （2800km） GSM-R覆盖里程最长的国家：德国（36000km） 最早在高速线开通ETCS2的国家：意大利，罗马－那不勒斯 ， 2005年12月21日商用，运营时速347km/h；米兰－都灵2006年2月 10日正式商用运行，设计时速350km/h。
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，现有系统无法达到。
二、为什么要建设GSM-R?
2、铁路发展出现许多新业务需求：
（1）客运专线的业务需求 （2）货运专线机车同步控制传输 （3）车地信息化数据传输的需要 （4）有线、无线调度两网融合的需求
二、为什么要建设GSM-R?
2、铁路发展出现许多新业务需求： （1）客运专线的业务需求（对通信系统在高速情况下的 安全性、可靠性、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 旅客综合服务信息的传送
二、为什么要建设GSM-R?
1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。
（2）系统功能
话音、数据业务争抢信道，传输可靠性低，数据传输能 力差。
经测算，在TDCS和CTC区段，当列车运行时速超过250
公里时，综合考虑调度命令、行车凭证、车次号、进路预 告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 。
高速铁路通信概论
北京交通大学轨道交通与安全国家重点实验室 吴 昊 hwu@
内容提要
一. 什么是GSM-R？ 二. 为什么要建设GSM-R? 三. GSM-R系统介绍 四. GSM-R网络规划 五. GSM-R调度通信系统 六. GSM-R在铁路运营和服务中的特殊 业务与应用 七. 国外高速铁路概况
二、为什么要建设GSM-R?
2、铁路发展出现许多新业务需求： （1）客运专线的业务需求 列控信息传送需求
① 无线通信网络提供车－地双向、实时数据传输通道，传 输速率至少2.4kbps，异步透明全速率传输方式。 ② 业务不能中断，因此无线信道必须实时可靠，无线网络 在铁路沿线应保证连续覆盖并支持切换。 ③ 每个列车数据传输需要占用至少一个专用无线信道，因 此，无线通信网络应能提供覆盖范围内的N列车所需的N 个的专用信道。 现有系统无法实现。
基于无线列调系统的数据传输速率仅达到 1.2Kb/s。
二、为什么要建设GSM-R?
1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。
（3）存在的问题
枢纽地区干扰严重 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，在枢纽车站设臵多套车站电台 （每条线1套），其中部分车站台使用同频工作，这些电台
二、为什么要建设GSM-R?
1、现有铁路无线通信系统存在许多问题 2、铁路发展出现许多新业务需求 3、欧洲选择GSM-R的原因和发展状况
二、为什么要建设GSM-R?
1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。
（1）投资方面：系统分散建设，投资浪费。
（2）系统功能方面：功能单一，不具备网络能力；频率 利用率低，容量有限；话音、数据业务争抢信道， 传输可靠性低，数据传输能力差。 （3）存在的问题：枢纽地区干扰严重；是开放系统，不 具保密性。
本较高。
二、为什么要建设GSM-R?
1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。
（2）系统功能 频点固定分配、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浪费。如北京、徐州、郑州枢纽等地已无频点可 供申请使用。 既有无线通信系统采用频点（信道）固定分配的方式，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出现阻塞，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浪费，也制约了用户数量的 进一步发展。
二、为什么要建设GSM-R?
2、铁路发展出现许多新业务需求：
（4）有线、无线调度业务融合的需求
二、为什么要建设GSM-R?
2、铁路发展出现许多新业务需求：
可见，既有系统无法满足铁路新业务需求，应建 立一个能完善解决铁路新业务需求、高安全可靠性、 联网能力强、可满足高速、重载运输及信息化需求 的通信系统。
（ห้องสมุดไป่ตู้）用户级别不同（高级语音呼叫，包括：组呼、群呼、 增强多优先级与强拆）
（2）功能寻址（调度）
（3）基于位臵的寻址（机车呼叫前方车站、后方车站） （4）高速情况下的移动通信
（5）大量特殊的数据业务需求（列控、列尾、车次号等）
一、什么GSM-R？
公网技术体制：GSM、CDMA 铁路专网技术体制：
（1）无线列调 （2）模拟集群： SMRATZONE（广深试验）、MPT1327 （北京局、柳南）、UNIDEN（北京、成都、上海等） （3）数字集群：TETRA（秦沈）、GT800（重庆）、GOTA （长春） （4）GSM-R（欧洲）
二、为什么要建设GSM-R?
1、现有铁路无线通信系统存在许多问题。
（1）投资方面：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、公务维修、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，维护运营成