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1、GSM-R 技术及应用发展摘 要铁路是我国国民经济的大动脉，铁路的运输能力直接影响着我国国民经济的发展。进入 21 世纪，随着铁路跨越式的发展，铁路通信系统也迎来了划时代的转变，近年来随着运输量的日益增长，使得列车重量加大，列车编组加长。GSM-R 技术是基于成熟、通用的公共移动无线通信系统 GSM 平台之上，专门为满足铁路应用而开发的数字式移动无线通信技术。在铁路通信中，它能够提供定制的附加功能，如优先级和强插功能、话音组呼及广播功能、位置寻址及功能寻址和安全数据通信等，是一种经济高效的综合数字移动通信系统。铁路无线全球通信系统 GSM-R 的建设和使用，表明中国铁路正不断吸取国外铁路的先进
2、经验和成果，努力提升自身的经济技术结构和规模水平，加快发展步伐，争取在较短时间内运输能力满足国民经济和社会发展的需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。AbstractRailway is the main artery of Chinas national economy, the railway transport capacity of a direct impact on the development of our national economy. In the 21st century, with the railway by leaps and bounds in the d
3、evelopment of railway communication systems have also ushered in an epoch-making changes in recent years with the growing traffic, making the train to increase the weight of the train formation length.GSM-R is based on mature technology, the general public mobile radio communication system GSM platf
4、orm, specifically for the railway to meet the application and development of the digital mobile wireless communication technology. In the railway communication, it can be customized to provide additional features such as priority functions Interpolation and strong, the group calls and voice broadcas
5、ting capabilities, addressing the location and function of addressing security and data communications, is a cost-effective integrated digital System for Mobile Communications. Railway global wireless communication system GSM-R and use of the building, indicating China Railway is abroad, and continu
6、ing to draw on the advanced experience of the railway and the results of efforts to upgrade its economic structure and technological level of the scale, speed up the pace of development in the relatively short period of time for transport capacity National Economic and Social Development to meet the
7、 needs of major technical equipment to reach or approach advanced international standards.目录1 绪论. 12 GSM-R 系统的介绍. 22.1 GSMR 系统组成. 32.2 GSM-R 工作频率. 32.3 GSM-R 系统结构与覆盖. 42.4 GSM-R 功能特点. 42.5 GSM-R 网络优化策略. 53 GSM-R 技术在我国铁路通信中的应用. 54 GSM-R 技术的发展方向. 65 总结. 8参考文献. 101 绪论新中国成立初期，铁路长途通信一直采用的是以架空明线和电缆为传输媒质的载
8、波通信设备，电话交换大量发展步进制自动交换机及人工长途台，在专用通信方面，全路调度、各站、养路等通信系统改造为铁路支流脉冲选叫方式。进入 70 年代，随着国外铁路开始应用光纤技术，我国铁路光缆、数字通信也随之进入研究阶段，进入 80 年代中后期，数字光纤通信已经在多条线上试用成功；90 年代数字光纤通信已经在铁路通信中被广泛使用，这一时期除光缆建设迅速发展以外，其他数字通信建设也得到了相应的发展。在交换方面大量采用程控交换设备，90 年代末全路长途交换网基本形成，在数据交换方面根据铁路运输管理信息系统（TMIS）、客票预定和发售信息系统及铁路其他信息业务的需要，建设了铁路第一个分组交换数据网，
9、在专用通信方面由于光数字分插设备的应用，区段通信电缆数大幅度增加，中间站通信条件大为提高。调度等共线电话也推广采用了程控共线设备。铁路无线通信系统使用的单信道模拟制式无线通信设备主要是为满足话音通信设计的，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，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
10、频率资源的一种浪费，也制约了用户数量的进一步发展。铁路无线通信系统枢纽地区干扰严重不具备网络能力，移动终端对讲距离受限，邻站交界区易发生业务中断，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，无线、有线调度网基本独立，无法形成有机融合的整体。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，给行车安全带来极大的隐患。随着我国铁路信息化建设的不断发展，铁路数据信息业务量的多样化和高速率，使得 GSM-R 系统在国内有着广阔的发展空间，GSM-R
11、 技术也正是顺应时代的发展，利用其固有的 GSM-R 网络特性，为铁路信息化和自动化发展奠定良好的基础，利用通信的手段实现铁路移动设施和固定设施的无缝连接，确保列车平稳高速、安全地运行。2 GSM-R 系统的介绍GSM-R（GSM for Railway）中文全称为铁路移动通信系统标准，和我国现在覆盖最大的 GSM 网络标准相仿，是中国首次从欧洲引进的移动通信铁路专用系统。随着 GSM 的技术日趋成熟，使用范 围迅速扩大，造价逐渐下降，并且又由于在用户迅速扩展的情况下，集群移动通信解决方案所存在的问题日趋突出，欧洲的铁路移动通信系统最后定位于 GSM的方式，也就是在 GSM 标准上加入了一些适
12、合高速移动环境使用的要素，该项技术在 GSM 的发起地区欧洲得到了推崇，德国和法国、荷兰、瑞士等国家已在铁路沿线进行了 GSM-R 的放号。GSM-R 是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统，基于 GSM 系统技术平台，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统，并将铁路移动通信所具有的特色（群呼、组呼、优先级别、强插、强拆等功能）加进去，构成 GSMR 用于铁路的全球移 动通信系统的解决方案。从集群通信的角度来看，GSM-R 是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、 应急通信、养 护维修组 通信等语音通信
13、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 可作为信号及列控系统的良好传输平台，正在试验中的ETCS 欧洲列 车控制系统（也称 FZB）和另一种用于 160 公里以下的低成本的列车控制系统（FFB），都是将 GSM-R 作为传输平台。2002 年以来铁道部经过几年的论证、研究，决定借鉴欧洲先进国家铁路通信在 GSM-R 系统上成功经验，决定在国内选择 GSM-R 作为铁路专用移动通信系统，替代原有的模拟通信系统，支持铁路跨越式发展，首批试点线路为青藏线、大秦线和胶济线，并在实验成功的基础上逐步在全国各条铁路干线和新建城际客运专线上推广使用。
14、既有的 GSM-R 通信系统主要由 BSS（基站子系 统）、NSS （交换子系统）、OSS（管理子系统）三大部分组成，根据业务的需要，增加了智能业务和GPRS 分组 数据业务功能 单元，我国目前在青藏、大秦、胶济线试用的GSM-R 系统基本上可以满足铁路运输信息业务十大功能：机车同步操作控制系统的信息传输、列车控制系统的信息传输、调度通信、无线车次号信息、CTC 调度命令的传送、列车尾部风压信息传送、机车综合监测信息传送（弓况、工况、轴温等）、客 车运行安全 监测系统（TCDS ）信息传送、旅客移动信息服务系统的信息传送、大型编组场/车站综合移动信息服务系统的信息传送、区间移动通信与公务移动通
15、信。2.1 GSMR 系统组成 GSM-R 系统由六个子系统组成：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。GSMR 系统框图如下图，A 接口往右是 NSS 系统，它包括有移 动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归 属位置寄存器（HLR）、鉴权中心
16、（AUC）和移动设备识别 寄存器（EIR ），组呼寄存器（GCR），操作维护中心（OMC），A 接口往左 Um 接口是 BSS 系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。Um 接口往左是移动台部分（MS），其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。图 2-1 GSMR 系统框图2.2 GSM-R 工作频率 GSM-R 系统可以在 876960MHz 整个频率范围内工作，但 CEPT（欧洲邮政与电信会议）为欧洲国家的铁路通信系统指定了一个专用频带，也即 UIC（国际铁路联盟）的 GSM-R 频带：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 选择工作在 900MHz 频带有如下的理由：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
