GSM-R通信系统解析.pdf
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1、1 GSM-R(GSM for Railway) GSM,全名为: Global System for Mobile Communications,中文为 全球移动通讯系统,俗称“全球通 “,是一种起源于欧洲的移动通信技 术标准,是第二代移动通信技术,其开发目的是让全球各地可以共同 使用一个移动电话网络标准,让用户使用一部手机就能行遍全球。 全球贸易组织 (GSMA) GSM-R 数字集群移动通信系统简介 2006 年 7 月 1 日,随着青藏铁路的全线通车,我国铁路所使用的一种世界上领先 的铁路数字移动通信系统也在青藏线上正式投入使用。这种通信系统就是GSM-R 铁路 全球移动通信系统。 G
2、SM-R (Global System For Mobile Communications For Railway)系统是 欧洲 铁路综合调度移动通信系统的简称。是专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信 系统。它是在 8 时隙/200KHz TDMA多址方式 GSM 蜂窝系统上增加调度通信功能构成的 一个综合专用移动通信系统。它基于GSM 的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务, 提供铁路特有的调度业务,并以此为信息化平台,使铁路部门可以在这个平台上实现 铁路管理信息的共享。 GSM-R 系统是基于 GSM 的规范协议, 增加了优先级、 组呼、广播呼叫等铁路运输专 用调度通信功能,适用于铁路通
3、信的需要。为了完成调度通信的功能,GSM-R 系统与 GSM 系统不同的是在其结构中增加了组呼寄存器(GCR ) 。GSM-R 系统除了具有语音传送 功能外,更重要的是具有数据传送功能,它与GPS 卫星定位系统、机车车载计算机结 合后能够实现机车和地面之间列车控制信息的实时传送,达到控制列车运行,确保列 车安全的目的。 GSM-R 网络属于铁路运输指挥专用调度通信系统,因此其网络和业务 具有调度通信所要求的封闭性、安全性和实时性特征,要求与外部通信网络只能进行 有限的互联互通, 即为实现铁路运输指挥业务需要,与铁路专用电话网、 铁路各种 MIS 信息网络互联互通,一定程度上与公众通信网络互联互
4、通。同时在铁路运输各工种业 务之间也要从技术和管理两方面保证一定的封闭性。 从集群通信的角度来看, GSM-R 是在公网 GSM 技术基础上融合了调度通信功能的专 2 门用于铁路无线通信的数字集群通信系统。其突出特点是将高速铁路列车自动控制信 息的传输与以语音通信为主的调度通信统一纳入同一个无线通信平台。是一个功能完 善、实现通信信号一体化的先进高效的通信系统。GSM-R 能提供包括列车调度通信、 货 运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工 养护通信和道口通信等功能。GSM-R 能满足列车运行速度为0-500km/小时的无线通信 要求,安全性好。 GSM-R
5、 通信系统由六个子系统构成:交换子系统(SSS ) 、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) ,并通过交换子系统(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,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。(见下图) GSM-R通信系统包括:交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。交 换机是 GSM-R 系统的核心,其主 CPU 处理器及各个功能模块的CPU
6、处理器,交换矩阵, 内部总线等都是双备份配置。这种双备份的硬件结构和完备的软件体系具有极高的可 靠性。为铁路通信系统专门研制的基站,适应了沿铁路线型覆盖的要求,特别是适应 恶劣的自然环境,和无人值守的环境要求。专门用于GSM-R 网络的手机外观上与普通 手机大同小异,这种手机除了能像普通G SM手机那样进行语音通话外,还增加了 铁路运输专用的调度通信功能, 甚至能够 无线传输图像和数据信息。 GSM-R 铁路综 合数字移动通信系统与GPS卫星定位技 术相结合,实现了通信和信号技术的深度 融合。利用电子地图、 卫星定位等技术相 结合的方式来实现对列车的控制, 使远在 千里之外的工作人员也能够对列
7、车的运行位置和状态一目了然。下面为GSM-R 的手机 和车载台: 3 GSM-R 系统可以 在 876960MHz 整个频率范围内工作 ,移动站到基站 ( 上行链路 ) 为 876880MHz ,基站到移动站 (下行链路 ) 为 921925MHz 。GSM-R 系统选择工作在 900MHz 频带的理由是:适合500km/h 高速移动体的通信 ( 最大多普勒频移为415Hz); 抗电气化铁道电火花干扰 ( 电火花的频率多集中在400800MHz) ;典型覆盖距离约为 510 公里,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;更适于隧道内 通信( 相对 450MHz 和 1800MHz
8、频带) 。 为了满足铁路对传输的高可靠性,覆盖范围、服务质量和网络可用性是铁路通信 系统的关键。GSM-R 系统采用了独特算法和小区规划,成功地克服由于高速引起的信号 失真,减少了信道切换, 从而大大提高了通信系统的可靠性。GSM-R 系统在网络规划方 面,能够有效利用现有资源。根据铁路系统现有的机房条件,供电能力,传输条件等, 利用铁路系统各个车站台考虑基站选址,便于维护,提供丰富的网络覆盖解决方案, 满足铁路覆盖需求。 GSM-R 系统可以构成既含有面状覆盖又含有链状覆盖的网络,既可 用于地区性的覆盖,也可用于全国性的覆盖。例如,沿铁路线采用链状覆盖,车站及 枢纽地区采用面状覆盖。由于GS
9、M-R系统将完成无线列调功能,更重要的是要承载一 些重要的控制列车的数据,这就要求铁路沿线和车站进行双网重叠覆盖,保证可靠的 数据无线传输通道。 因此,GSM-R 系统有一个非常独特的地方, 它的信号采取了双重覆 盖,即类似于双备份,两套信号控制系统交错、重叠。一旦一套系统出现问题和故障, 另一套系统仍然可以保持正常的通信。下面为双网覆盖示意图: 4 GSM-R的电信业务是在 GSM 的电信业务的基础上,根据铁路通信的特殊需要进行 修改和补充后形成的, 所以 GSM-R 不仅可以提供 GSM 网络的话音、 数据业务, 除了 GSM 所具有的越区切换、漫游等特性外,而且还具有如下专有的特性: 功
10、能寻址 (Functional Addressing ,FA):便于固定 ( 移动)用户拨号呼叫列车上 移动用户的一种方式。 基于位置的寻址 (Location Dependent Addressing ,LDA):便于列车上移动用 户(如火车司机 ) 呼叫固定用户 (调度员 ) 的一种方式。 语音广播服务 (Voice Broadcast Service ,VBS):VBS可用来在指定区域 ( 可跨 多个小区 )内广播消息或发布紧急呼叫( 一点对多点的呼叫,主呼者讲话而众多的被呼 方只能收听 ) 。区域的定义和选择可动态设定,从而具有极大的灵活性。 语音组呼服务 (Voice Group C
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